Polyflûte: 8 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

El projecte Polyflûte consisteix en realitzar un instrument de música natural.

Le but est de create un instrument de musique respectant des conditions particulières; Cet instrument doit être:

-Autonome et portable (Batterie, pile …)

-Autodidacte (Enseigner à l’utilisateur à partir d’un site internet, el funcionament i la construcció de l’aparell)

-Auto tune (Produir un son musical a partir d’una freqüència rellevant en l’entorn -alentour)

Le but est donc de réussir à convertir una onde vibratoire, oscillante de la vie courante ou issue d’objets du quotidien en onde sonore et musicale.

Pas 1: Creació del circuit analògic

Notre système se base sur le principi de la détection delumière: On place une LED et photodiode face à face séparé par une hélice propulsé en roue lliure per un ventilador. Ainsi le passage d'une pâle devant la photodiode créera un signal de type T. O. R (plutôt proche du sinusoïdale en prenant en compte le temps de réception de la lumière).

Le capteur constitueix el cœur de la partie analogique. Nous avons donc décidé de distinguer un circuit d’émission i un circuit de réception. El circuit està alimentat per 6 piles recarregables d’1,2 V o bé al total de 7,2V. El circuit d’emissió està constituït d’una LED i d’un motor ramificat en paral·lel (un diode de protection a also been place for éviter les retours de courants). El circuit d'emissió constitueix una fotodiode no el senyal està amplificat per un AOP; així que de 2 filtres passen d’ordre 1 filtrant à environ 80 Hz (freqüència màxima de rotació de l’hèl·lic).

Pas 2: Seleccioneu els composants

Une fois le circuit théorique établit, on choisit les composants les plus adaptés au montage.

Retroverez ci-dessous les références and valeurs des different composants (en se basant on the schéma électronique anterior):

LED: SFH 4550

Ventilador: MB40200V1 (5V)

Diodo: 1N4001

Fotodiode: SFH 203

AOP: LM358N

CAN: MCP3008

Resistència R1 (LED): 47 ohms

Resistència R2 (Filtre 1): 220 Ohms

Resistència R3 (Filtre 2): 220 Ohms

Résistance R4 (Filtre en sortida de Vref): 1 kOhms

Condensateur C1 (Filtre): 10nF

Condensateur C2 (Filtre): 10nF

Condensateur C3 (Filtre en sortida de Vref): 5µF

Régulateur: 0J7031 reg09b

Connecteur 40 pins

Raspberry PI 2 Model B.

Hélice d'hélicoptère de 3, 8 cm

6 piles recarregables 1,2 V

Pas 3: Réalisation Du PCB

La realització del PCB (placa de circuit imprès) s'ha produït en diversos etapes:

- Le dessin de la carte (Agencement des composants)

- Le routage des composants a la carta i Impressió de la carta

- Soudage des composants

Le dessin et le routage de la carte ont été faits on the logiciel ALTIUM Designer (logiciel used in entreprise pour le routage de PCB). Nous avons donc dû nous initier au logiciel. Les composants han estat disposades de manera a reduir la mida de la carta (9 cm de llarg, 5 cm de gran). Le routage fut la partie la plus délicate, car the carte étant imprimed in double couche nous devions decidés de la disposition des connections in couche Top ou Bottom. Une fois la carte imprimée, nous avons soudés les composants sur des supports afin de pouvoir enlever les composants en cas de défaillances ou de changements de composants. Nous avons également dû placer sur la carte le connecteur reliant le PCB et la Rasberry. Nous avons pour cela dû identifier les ports SPI de la Rasberry et faire la bonne correspondance avec le PCB.

Trobareu els fitxers Gerber (fitxer Altium Designer).

Pas 4: Realització de la part mecànica (suport i instrument)

Le tube constituent la flûte és un tube en PVC (plomberie) qui ha estat coupé a una longueur de 15 cm et 4, 1 cm de diamètre. On retrouve 4 trous de 1 cm de diamètre espacé chacun de 2 cm. A l'intérieur on retrouve una hélice soutenu par une tige en plastique de 2 cm. Le PCB et le tube sont fixés sur una placa en bois à fixé aid d'entretoises et de vis. Sur la partie gauche du tube on a fixé le ventilateur à l'aide d'un scotch de cable electric. De l’altre costat, el tub és bouché per un morceau de carton.

- tub en PVC

- placa en bois d'environ 30 cm x 30 cm

- 4 entretes de 3, 5 cm

- 4 écrous

- Un interrupteur 2 positions classique

- Suport de pila

- Caixa de cartró

Pas 5: Connexió MCP-Raspberry

La connexió MCP-3008 / Rasberry és essencial per a la comunicació, recepció de transmissió de dades.

La connexió Raspberry / MCP és detallada en les imatges.

La connexió s’efectua en bus SPI, el codi d’inicialització del bus és conjunt en els fitxers.

Pas 6: Adquisició de dades

Une fois la Raspberry connectée a un anunciador analògic / numèric de tipus MCP3008 amb ajuda d’un bus SPI, cal que tinguis les dades desitjades. No tenim rellevància que un tipus de valor, l'amplitud del nostre senyal freqüent, sobre la cadena 1 del MCP3008. Ces valeurs sont stockées dans un tableau de taille 512: on choisit une puissance de 2 pour faciliter les algorithmes de transformé de Fourier à venir, i més el nombre de punts és elevat més el signal discret sera précis.

L'adquisició de dades no pot deixar de fer-se de manera aleatòria, en efecte la freqüència d'adquisició i per tant la freqüència d'eschantillonnage és primordial. Hem determinat empíricament que no senyalitzem mai les freqüències superiors a 80Hz. Per a respectar Shannon, la nostra freqüència d’eschantillonnage ha de ser superior a 160Hz, hem escollit una Fe a 250Hz.

Afin d’acquérir les données à cette fréquence, nous avons créé un timer qui fait appel a notre function d’acquisition tous les 4ms (Te = 1 / Fe = 4ms). El primer fil del nostre programa inclou per tant la funció del temporitzador que efectua l’adquisició de dades.

Pas 7: FFT

Une fois le tableau de données d’acquisition rempli, on peut effectuer the transformer de Fourier discrète pour retrouver la frequence du signal.

On utilise pour cela la bibliothèque GSL qui permet partir d'un quadre de dades, tenir el quadre d'amplitud des de les freqüents composites del senyal. En écartant la première case du tableau contenant l'amplitude des composantes continues, on peut retrouver l'indice i de la fréquence qui a la plus forte amplitude à l'aide de la formula següent: Freq = i * Fe / (2 * Nb_Points).

Notre fréquence d'échantillonnage étant 250Hz i el nombre de punts adquirits des de 512.

Pas 8: Génération Du Son

Mantenir que l’on a recuperat la freqüència del senyal el suficient per generar un sinus per tenir un son. Deux solutions se sont ouvertes à nous: Emetre un sinus directament a partir de les freqüències que s’aconsegueix en el multipliant per a fer audible, o bé associar les freqüències precises als platges de les diferents notes del nostre prototip.

Nous avons testé les deux méthodes et nous avons finalement retenu la seconde plus concluante. Les notes jouées sont celle de la gamme 4, però els contraintes del nostre sistema ens permeten només d’avoir 8 plages distinctes et ainsi de jouer 8 notes different: Do, Ré, Mi, Fa, Sol, Sol bémol, La et Si.

Enfin vous trouverez els codes complets des deux solutions citées au-dessus.