Мелодичний автомат з поліфонічним звучанням

Анотація. Автомат, розглянутий у цій статті, має дуже приємне мелодійне звучання, завдяки змішуванню двох тональних частот. Реалізація відтворення послідовності тональних частот на основі генератора випадкових чисел забезпечує отримання великого різноманіття унікальних музичних фрагментів.

Загальні відомості. Існує велике різноманіття різних музичних автоматів: імітатори співу птахів, електронні дзвоники, музичні шкатулки, генератори спецефектів. Але всі ці автомати об'єднує великий недолік — одна й та ж мелодія з часом набридла. Подібного недоліку позбавлений мелодичний автомат на основі генератора випадкових чисел. Принцип роботи такого пристрою базується на тому, що результуючий вихідний сигнал отримується змішуванням двох тональних сигналів певних частот, які, в свою чергу, отримуються діленням частот опорних генераторів тону в ціле число раз. Коефіцієнти ділення вибираються випадковим чином, завдяки генератору випадкових чисел. На слух послідовне відтворення подібних сигналів є гармонійним, оскільки тони мелодії є цілими похідними фіксованих опорних частот.

Прототипом цієї конструкції послужив мелодичний автомат на основі генератора випадкових чисел, колись знайдений в Інтернеті. Принциповою відмінністю цієї конструкції є формування двох тональних частот, які після змішування утворюють вихідний сигнал з поліфонічним звучанням.

Схема електрична принципова. Схема електрична показана на рис.1.

Автомат містить чотири незалежних генератора прямокутних імпульсів. На логічних елементах DD2.1 і DD2.2 зібрано тактовий генератор, що визначає темп виконання мелодії. Сигнал з виходу цього генератора через диференційуючу ланцюг C6-R6 управляє ключовим елементом DD2.3 і стробує буферний регістр DD7. Генератор на елементах DD1.3 і DD1.4 стробує регістри DD4.1 і DD4.2, що входять до складу генератора випадкових чисел. Також до його складу входять елементи «виключне АБО» DD1.1 і DD1.2. Ланцюг запуску виконана на елементах C1 і R1. При вмиканні живлення на резисторі R1 виникає стрибок позитивної напруги — рівень лог.1, який виводить регістр з нульового стану. Елемент «виключне АБО» при нульовому потенціалі одного з його входів є повторювачем стану іншого входу. Отже, якщо при вмиканні живлення всі розряди регістра будуть знаходитися в нульовому стані, то елементи DD1.1 і DD1.2 повторюють рівень лог.1, сформований на резисторі R1. Тоді в перші розряди буде записана логічна одиниця. Після заряду конденсатора C1 на резисторі R1 встановлюється нульовий потенціал і елемент DD1.1 стане повторювачем логічного стану виходу регістра і вплине на роботу формувальника не буде.

Таким чином, на виходах регістрів DD4.1 і DD4.2 формуються псевдовипадкові двійкові комбінації, які по фронту імпульсу на вході синхронізації «С» (вивід 11) записуються в буферний регістр DD7. Двійкові комбінації з виходів регістра DD7 надходять на входи попередньої установки лічильників DD5, DD6 і визначають коефіцієнти ділення цими лічильниками частот опорних тональних генераторів, зібраних на логічних елементах DD3.1, DD3.2 і DD3.3, DD3.4. Імпульси опорних тональних генераторів надходять на реверсивні входи (виводи 4) лічильників DD5 і DD6 і починають відніматися з чисел, які надходять на їх входи попередньої установки у двійковому коді з виходів буферного регістра.

В якийсь момент часу лічильники DD5 і DD6 обнуляються і на їх виходах переносу «<=0» (виводи 13) з'являються рівні лог.0, які надходять на відповідні входи попередньої установки «PE» (виводи 11) і дозволяють запис інформації з інформаційних D-входів у власні двійкові розряди. А це і є нічого іншого, як випадкові коди, сформовані генератором випадкових чисел. З них знову будуть відніматися частоти опорних тональних генераторів.

Таким чином, на виходах лічильників DD5 і DD6 будуть з'являтися імпульси опорних тональних генераторів, поділені на певне ціле (але випадкове) число раз. Але змішувати і подавати такі сигнали на підсилювач звукової частоти ще рано, так як на сигнали на виходах лічильників мають дуже маленький коефіцієнт заповнення (велику скважність). Тому сигнали з виходів лічильників надходять на «симетризуючі» тригери DD8.1 і DD8.2, що формують «меандр». Тепер вже сигнали необхідної форми, придатні для змішування, надходять на логічний елемент DD2.4, а з його виходу — на підсилювач на транзисторі VT1, після чого відтворюються динамічною головкою BA1.

Конструкція та деталі. Автомат зібраний на друкованій платі розміром 70x100 мм з двостороннього фольгованого склотекстоліту товщиною 1 мм (рис.2).

В пристрої використані постійні резистори типу МЛТ-0,125, підстроювальні — СП3-38б в горизонтальному виконанні, конденсатори оксидні К50-35 або імпортні, керамічні — К10-17. ІМС серії К561 замінюються на імпортні аналоги серій CD4000AN або CD4000BN. Усі ІМС серії КР1564 замінюються на відповідні аналоги серії КР1554 або імпортні серії 74HCxx або 74ACxx. Для живлення автомата на платі встановлений інтегральний стабілізатор типу L7805 (на схемі не показаний) з двома фільтруючими конденсаторами номіналом 220мкФx16В. Живлення здійснюється від стабілізованого джерела живлення постійного струму напругою 9…15 В з мінімально допустимим струмом навантаження не менше 100 мА. У налаштуванні автомат практично не потребує, за винятком вибору бажаного темпу відтворення мелодії підстроювальним резистором R3 і опорних частот, що задають генераторів, резисторами R4 і R5.

Відгуки та запитання щодо вдосконалення цього пристрою читачі можуть надсилати в коментарях або через особисті повідомлення на сайті.