Instrumentação eletrônica

Instrumentação eletrônica
Projeto de um afinador de contrabaixo
+
Metrônomo
Professor: Luciano Fontes
Alunos: Alfredo Rodrigues de Lima, Cézar Augusto Paiva, Felipe
Gabriel
Introdução


Todos os sons que ouvimos são produzidos
por vibrações externas que excitam as
moléculas de ar ao nosso redor,as quais
transmitem essas vibrações para moléculas
vizinhas e assim por diante até que as
vibrações sejam percebidas pelo ouvido.
Ao serem captadas pelo ouvido são levadas
para o sistema nervoso central, onde são
processadas e entendidas como “som”.
Física e música

Fisicamente falando,o som possui
características interessantes pelas quais
podemos identificar a fonte sonora,
distinguir sensações musicais e observar
diferenças entre um ou mais sons emitidos.
Principais características do som



Intensidade  É dada pela amplitude da
onda emitida
Timbre è a combinação das freqüências
emitidas em um único sinal sonoro,ou seja,
os harmônicos.
Freqüência Determina a “altura” do som.
Isto significa que quanto mais agudo é um
som, maior é a sua freqüência
Afinação de instrumentos musicais



Para unificar a afinação de instrumentos
musicais foram adotadas freqüências
padrão.
A partir de 1939 foi adotado nos EUA o
valor de 440Hz como referência (que
corresponde ao lá da quarta oitava de um
piano).
Com base nessa referência foram criados
aparelhos acústicos para este propósito.
Afinação acústica


Para instrumentos monofônicos basta
comparar uma de suas notas com a
referência e todas as outras estarão
afinadas (se o instrumento for de boa
qualidade ).
Para instrumentos polifônicos todas as
fontes de som(ex: cordas) devem ser
comparadas com a referência.
Diapasão

Este objeto é projetado para vibrar com
uma freqüência igual a 440Hz
Afinação eletrônica



A afinação eletrônica ,que é o objetivo
deste trabalho, já é uma realidade dos
instrumentistas a um certo tempo.É
extremamente útil em vista da facilidade e
rapidez com que se pode obter uma ótima
afinação.
Para os músicos experientes, há a exigência
quanto a uma alta fidelidade principalmente
nas gravações.
Para os iniciantes há uma maior
dependência desses equipamentos devido a
maior dificuldade de afinar de “ouvido”.
Contrabaixo








Os contrabaixos mais usuais possuem de
quatro a seis cordas.
A freqüência de cada corda é:
1ª corda dó  130,8 Hz
2ª corda sol  97,9 Hz
3ª corda  ré  73,4 Hz
4ª corda lá  55 Hz
5ª corda  mi  41,2 Hz
6ª corda  si  38,6 Hz
Funcionamento do circuito





O sinal de áudio oriundo dos captadores do
baixo passa por uma etapa de controle de
ganho.
Segue para um filtro passa-faixa
sintonizado em uma freqüência estratégica.
O próximo bloco gera uma tensão
proporcional a freqüência de entrada.
O último bloco consiste numa espécie de
circuito comparador indicador.
A interface é feita através de três leds e e
uma letra para cada nota.
Diagrama simplificado de blocos
Para cada corda:
amp
FPF
Conv
Freq / tens
Comparador
indicador
informação
Continuação



O amplificador pode ser uma configuração
para pequenos sinais.
Filtros ativos são necessários pois há uma
necessidade de corte brusco.
O bloco indicador possui circuitos
comparadores e é ajustado através de
resistores variáveis para que cada
freqüência desejada ascenda o led central
da respectiva nota.
Amplificador e Filtro


O amplificador foi construído com o
LM741.O sinal de entrada é injetado na
entrada não inversora do Amp Op.
O filtro é composto por dois filtros passabaixas de primeira ordem com freqüência
de corte igual a 100 Hz.
Circuito do amplificador e dos filtros
Retificador e Comparador

Este bloco é responsável por ajustar o sinal
de entrada para uma forma compatível com
o monoestável.
Um comparador (LM311) transforma o sinal
de áudio em onda quadrada que segue por
um retificador de precisão de forma que na
saída haja uma onda com caracteristicas
semelhantes aos pulsos de clock de um
gerador de funções.
Circuito dos Retificadores e dos
Comparadores
Conversor Freqüência Tensão



Para esse tipo de conversão foi utilizado o
conceito de valor médio de uma função.
Para uma onda pulsada,tal valor é
diretamente proporcional à frequência
desde que se mantenha constante a largura
do pulso.
Logo,necessitamos de um circuito que
dispare um pulso de largura constante e
faça este disparo na mesma frequência de
entrada.
O circuito que nos permite essa
propriedade é o 74121 da TTL.
 Este Ci é um monoestável não redisparável.
Necessita de poucos componentes externos
e a largura do pulso é dada por :
tw = 0,7ReCe (em kohms e pF
respectivamente).





Uma vez garantido o fato que a largura dos
pulsos será a mesma independente da
freqüência,basta agora integrar estes pulsos.
Precisamos agora de um circuito capaz de
integrar sinais de freqüências apartir de 30 Hz.
Sabemos que para que o mesmo opere como
integrador ,sua frequência de corte tem que
ser muito menor que a frequencia mais baixa.
Então a frequência de corte do integrador é
3Hz

O integrador utilizado foi um simples filtro
passa-baixas com frequência de corte igual
a 1/2piRC.
Circuito do conversor Frequência
Tensão
Comparador Indicador


Esse bloco é constituido por dois
comparadores LM311, uma porta nor, uma
porta ou ex-or e inversores.
O valor médio do bloco anterior é
comparado com valores encontrados na
malha resistiva saturando um ou todos os
comparadores e assim permitindo o
controle dos leds.
Circuito
Organização

Para simplificar o projeto trabalharemos
com um equipamento destinado a
contrabaixos de quatro cordas,pois dessa
forma evitamos um trabalho repetitivo e
obtemos o mesmo aprendizado,visto que
para cada corda existe um mesmo circuito
distinguindo-se apenas na frequência de
operação do filtro e nos ajustes do
potenciômetro do bloco comparador.
Alternativas simplificadoras
A junção dos quatro circuitos será feita
através de uma chave seletora que
permitirá ao usuário enviar o sinal elétrico
para o filtro correspondente a freqüência da
corda.
O uso de chave seletora trás uma grande
vantagem em relação ao modelo proposto
anteriormente* pelo simples fato de o
circuito (completo) não necessitar de faixas
de freqüências super definidas.Assim, os
filtros passa-faixa poderão ser substituídos
por filtros passa-baixas e não precisam ter
ordem elevada
Diagrama completo
amp
Filtro
mi
conv +
comp
Filtro
lá
..
Filtro
ré
..
Filtro
sol
..
seleção
Leds
E
símbolos
Interface
E
A
D
G
Outros projetos de afinadores

Existe também outros projetos de
afinadores, como o da figura abaixo:

Este afinador é constituído de um PIC com
programação Assembly, o 16C84. Utiliza
também um filtro de 3ª ordem passa baixa
para a filtragem do sinal. Porém utiliza um
display HD44780, de LCD com duas linhas
de 8 caracteres, que não é tão trivial de se
encontrar.
Metrônomo

Para acompanhar o ritmo de uma música,
para determinar o compasso dos
movimentos numa dança ou em ginástica,
ou ainda simplesmente para cronometrar
operações rápidas, utiliza-se um aparelho
chamado metrônomo.

O circuito proposto produz estalidos de
bom volume num alto-falante num ritmo
constante que pode ser ajustado desde
uma batida a cada 3 ou 4 segundos até
mais de 10 batidas por segundo.
A alimentação do circuito pode ser feita
com tensões de 3 a 6 V (conforme o
volume desejado) e todos os componentes
são comuns. Existem inclusive alguns
componentes que podem ser aproveitados
de aparelhos fora de uso como o altofalante, potenciômetro, etc.
Como funciona?

Em um oscilador, parte do sinal de saída é
aplicada à entrada num processo
denominado realimentação. É a
realimentação dada por C1 e R2 que
determina, juntamente com a polarização,
dada por R1 e P1, a freqüência das
oscilações.
Com um capacitor de 1 μF (eletrolítico ou
poliéster) temos uma faixa baixa de
freqüências ou pulsos conforme o exigido
para um metrônomo.
Continuação

Os dois transistores, um NPN e outro PNP,
fornecem a amplificação do sinal e assim
mantêm as oscilações. Na figura anterior,
vimos o diagrama completo do oscilador de
baixa freqüência que forma o metrônomo.
Modelo utilizado
Metrônomo pronto
Especificação dos Componentes

Para P1 podemos usar tanto um trimpot
como um potenciômetro e valores entre 1 e
4,7 MW são permitidos. É claro que o uso
de um potenciômetro facilita a montagem
numa caixa, com um ajuste simples da
velocidade.

Os resistores são de 1/8 W ou maiores, e o
alto-falante pode ser de qualquer tamanho
tanto com 4 como 8 ohms. Uma escala no
potenciômetro, feita com a ajuda de um
cronômetro comum ou mesmo um
metrônomo “de verdade” como padrão,
ajudará bastante no uso do aparelho.
Para provar o metrônomo, basta colocar as
pilhas no suporte e acionar S1. O altofalante deve emitir pulsos intervalados que
serão ajustados em velocidade através de
P1.

Se desejar mudar a faixa de velocidades é
só trocar o capacitor C1. Valores entre 220
nF e 10 μF podem ser experimentados sem
problemas.
Para maior potência Q2 pode ser trocado
por um BD135, montado num pequeno
radiador de calor, e o circuito alimentado
por uma tensão maior, 9 ou 12 V.
Bibliografia
Metrônomo: Artigo originalmente publicado
na revista Eletrônica Total Ano 18 - Número
121 Janeiro/Fevereiro 2007
 Afinadores elétricos:
http://www.myplace.nu/avr/gtuner/index.htm
http://mattzz.dyndns.org/wiki/bin/view/Proje
cts/GuitarTuner
