Камертон

Созданный английским музыкантом камертон, воспроизводил ноту «ля» первой октавы частотой 419,9 Гц. Однако в известном миланском оперном театре «Ла Скала» камертон звучал уже с частотой 451,5 Гц, в Лондонской опере — 455 Гц, а в Петербурге — 436.

Теперь же, международным стандартом для этой ноты узаконено значение 440 Гц, которое и является образцовым для всего музыкального звукоряда.

Чтобы стабилизировать частоту электронного камертона, потребуется кварцевый резонатор. Из миниатюрных наиболее доступен так называемый «часовой» резонатор частотой 32 768 Гц. Однако такая частота для камертона слишком низкая, а потому сначала ее необходимо удвоить. Полученное значение 65 536 Гц достаточно поделить на 149, чтобы получить частоту 439,8 Гц. Она почти совпадает со значением 440 Гц, поскольку погрешность ее воспроизведения составляет всего 0,04 %, что более чем достаточно для практических целей.

принципиальная схема камертона

На микросхеме DD1, резисторах R1, R2, конденсаторах С1, С2 и кварцевом резонаторе ZQ1 выполнен задающий генератор, причем задействована лишь генераторная часть микросхемы К176ИЕ5. На ее выходе (выводы 11 и 12) формируются взаимно противофазные прямоугольные импульсы частотой 32 768 Гц. Через разделительные конденсаторы СЗ и С4 они подаются на диодный мост VD1-VD4, нагрузкой которого служит резистор R3. Поскольку постоянная времени дифференцирующих цепей C3R3 и C4R3 выбрана равной 10 мкс, по фронту каждого положительного импульса на резисторе R3 формируется импульс длительностью около 8 мкс. Таким образом, на выходе диодного моста частота импульсов увеличивается вдвое, до 65 536 Гц.

Импульсы удвоенной частоты подаются на вход CN двоичного счетчика DD2.1, который совместно со счетчиком DD2.2, диодами VD5-VD7, резистором R4 и логическими элементами DD3.1-DD3.3 образует делитель частоты на 149. Диоды и элемент DD3.1 дешифрируют это число. Поэтому, пока состояние 8-разрядного двоичного счетчика соответствует числу меньше 149, на выходе элемента DD3.1 присутствует высокий уровень. Следовательно, триггер на элементах DD3.2 и DD3-3 установлен (по нижнему на схеме входу элемента DD3.3) в состояние, при котором на выходе элемента DD3.2 напряжение низкого уровня, а на выходе DD3.3 — высокого. Но как только состояние 8-разрядного счетчика станет соответствовать числу 149, на выходе элемента DD3.1 появится низкий уровень, переключающий триггер в противоположное состояние. Ранее заряженный конденсатор С7 разрядится через выходную цепь элемента DD3.2 и входную — DD3.4.

Поскольку установочный вход R счетчиков DD2.1 и DD2.2 напрямую соединен с выходом элемента DD3.2, каждый раз после появления на этом выходе напряжения высокого уровня триггеры 8-разрядного счетчика будут установлены в нулевое состояние. Из-за этого на выходе элемента DD3.1 появится напряжение высокого уровня, и примерно через 8 мкс после этого триггер возвращается в первоначальное состояние. В дальнейшем описанный процесс циклически повторяется, в результате чего на выходе элемента DD3.2 с частотой 440 Гц появляется импульс длительностью 8 мкс.

Как только этот импульс заканчивается, разряженный конденсатор С7 вновь заряжается через резистор R5. На выходе элемента DD3.4 формируются импульсы, открывающие транзистор VT1 на время около 0,6 мс, что соответствует примерно одной четверти от периода повторения импульсов при частоте 440 Гц. Поэтому, во-первых, транзистор VT1 работает в экономичном переключательном режиме, когда он закрыт в течение 75 % общего времени; во-вторых, спектр колебаний, воспроизводимых пьезоэлектрическим излучателем НА1, в значительной степени обогащен высокочастотными гармониками, а потому звук камертона хорошо различим даже на фоне окружающего шума.

Однако при необходимости камертон можно подключить и к входу звукоусилительной аппаратуры, снимая сигнал ЗЧ с низкоомного резистора R7 через разделительный конденсатор С8, благодаря чему уровень фона переменного тока будет весьма небольшим.

Включать камертон целесообразно обычной замыкающей кнопкой с самовозвратом, выполняющей функцию выключателя питания. Диод VD8 препятствует случайной подаче на устройство напряжения обратной полярности. Блокировочные конденсаторы С5 и С6 служат для устранения в цепи питания высокочастотных и низкочастотных пульсаций напряжения.

Но музыканты применяют не только камертон частотой 440 Гц. Например, оперные певцы и хоровые дирижеры пользуются камертоном, воспроизводящим ноту «до» второй октавы (частотой около 523,3 Гц). Чтобы из частоты 65 536 Гц получить необходимую, следует поделить ее на 125. Тогда будет сформирована частота 524,3 Гц, которая почти (с погрешностью 0,2 %) соответствует ноте «до» 2-й октавы, что вполне приемлемо для пения.

Такой вариант электронного камертона содержит тот же задающий генератор, аналогичный удвоитель частоты и делитель, собранный на счетчиках DD2.1, DD2.2, элементах DD3.1-DD3.3, резисторе R4 и диодах VD5-VD9. Отличающаяся часть схемы показана на рисунке чуть ниже.

Камертон

По принципу действия камертон почти такой же, как и описанный выше. Разница состоит лишь в том, что с помощью диодов VD5-VD9 и элемента DD3.1 дешифрируется число 125. Именно поэтому здесь коэффициент деления частоты 65 536 Гц равен 125, а на выходе элемента DD3.2 с частотой 524,3 Гц возникает импульс длительностью около 8 мкс. Он разряжает конденсатор С7 так, что на выходе элемента DD3.4 с той же частотой образуются импульсы длительностью 0,5 мс, также равные приблизительно четверти от периода повторения. В остальном же работа этого камертона ничем не отличается от предыдущего. Одинаков и потребляемый ими ток.

Если такой камертон дополнить строенным двухпозиционным переключателем, отключающим катод трех диодов (VD6, VD7, VD9) от выхода 8 счетчика DD2.1 и выходов 2 и 4 счетчика DD2.2 и одновременно подключающим катод одного из этих диодов к выходу 8 счетчика DD2.2, то вместо ноты «до» 2-ой октавы камертон станет воспроизводить ноту «ля» 1-ой октавы. Таким образом, этот камертон превратится в универсальный, и им можно будет пользоваться как певцам, а также музыкантам при настройке своих инструментов.

Однако «певческий» камертон удается выполнить и проще, если собрать делитель на 125 по схеме на рисунке представленном ниже.

принципиальная схема делителя для камертона

Здесь нужный коэффициент деления получается с помощью трех счетчиков-дешифраторов К561ИЕ9 (DD2-DD4), работающих в режиме деления частоты на 5 каждый. Для этого установочный вход R микросхем соединен с выходом 5. Поэтому открывающие транзистор VT1 импульсы (с выхода 0 микросхемы DD4) составляют пятую часть от периода их повторения на частоте 524,3 Гц. Благодаря этому потребляемый ток немного снижается, но громкость камертона практически не меняется. И хотя в этом варианте камертона на одну микросхему больше (здесь их четыре вместо трех), он содержит заметно меньше деталей и соединительных перемычек. Микросхемы К561ИЕ9 вполне заменимы на К561ИЕ8, нужно лишь скорректировать разводку выводов.

Микросхему К176ИЕ5 (DD1) можно заменить четырьмя элементами 2И-НЕ либо 2ИЛИ-НЕ, например, К561ЛА7 либо К561ЛЕ5. Все четыре элемента включают инвертором и соединяют последовательно. Выходы К и К — соответственно последнего и предпоследнего инверторов. Конденсатор С1 подключают к входу первого инвертора, а резистор R1 — между этим входом и выходом предпоследнего инвертора, куда подключают и верхний по схеме вывод резистора R2. Остальные детали — резонатор ZQ1 и конденсатор С2 — подключают в соответствии с первой схемой.

Частоту задающего генератора настраивают (конденсаторами С1 и С2) по цифровому частотомеру, причем конденсатор С1 служит для грубой настройки частоты, а С2 — точной. При настройке следует измерять период повторения импульсов на выходе элемента DD3.4, а не стремиться к точному воспроизведению резонатором ZO1 частоты 32 768 Гц.

Вместо микросхем серии К561 в камертонах допустимо применить аналогичные микросхемы серии К564 или К176. Однако стоит заметить, что с последними, по мере разрядки питающей батареи, камертон, как правило, перестает работать несколько раньше. Увеличению продолжительности его работы будет способствовать и замена защитного кремниевого диода VD8 германиевым (например ГД507А) либо вместо этого диода использовать перемычку. Правда, тогда возможен выход микросхем из строя, если по ошибке будет изменена полярность источника питания.

Диоды могут быть практически любыми маломощными кремниевыми. Вместо четырех отдельных диодов моста VD1-VD4 лучше использовать готовую диодную матрицу, например, серии КД906 (с буквенным индексом А, Б или В). Вместо диодов VD5-VD7 можно применить диодную сборку серии КДС526. Из этой же диодной матрицы можно осуществить и замену диодов VD5-VD9. Однако здесь все же лучше использовать удобную сборку серии КДС525 (с индексами А-Д).

Вместо транзистора VT1 подойдет любой кремниевый маломощный с коэффициентом передачи тока более 20. Если применять внешний усилитель ЗЧ не предполагается, конденсатор С8 исключают, а резистор R7 заменяют перемычкой. Излучатель допустимо использовать практически любой.

скачать архив

Если вам понравилась статья, вы можете подписаться на RSS или E-mail рассылку. Для получения обновлений по электронной почте, введите ваш e-mail адрес в эту форму (Доставка от FeedBurner):

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *