方波合成器 square wave synthesizer

Baby Head Synths 作者: Ron Lam

在这个项目中,我们将使用六路施密特触发器芯片(型号:CD40106)来制作声音和光效。为了进一步了解这些芯片是如何工作的,我建议阅读Elliot Williams在Hackaday上发表的文章,名为 Logic Noise: Sweet Sweet Oscillator Sounds。每个芯片可以输出六个方波振荡,这些方波可以使用基本元件进行放大、调谐和调制。

将这些芯片焊接到原型板上很容易。也有一些专门为这种合成器设计的pcb板,它们价格便宜,也可以定制。除了按钮和旋钮等标准控件外,你可以尝试使用光、温度、压力、方向和弹性等变量来控制电路。你也可以深入研究电子器件,制作可调制蜂鸣器或者噪声音序器,或者设计电路,使它变得可拓展,有深度,或通过交互产生故事效果。

这个页面涵盖了制作基础电路的教程,以及关于如何扩展的一些思路。页面中的很多想法都是直接或者间接地从下面的文本和视频中获得的。我会尽可能地放一些关于六路施密特触发器、声音交互以及相关技术文化的资源连接。


方波

方波展示图

从某种意义上说,我们使用的这种芯片能够产生“开”或“关”两种信号(高电压和低电压)。如果信号的振荡频率超过20HZ(每秒钟震荡20次),我们将会听到音调。我们能够通过电阻和电容来调节音调的频率。一个六路施密特触发器能够发出6个独立的振荡音调。也就是说,只需要1刀,我们就能够得到6个复音,它的声音听起来像是一群愤怒的电子蜜蜂。让方波舒缓平滑的方法有很多种,比如说使用滤波器或者调制电路,但我们先来看看如何制作基于基础芯片的可调节的方波。

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在这个网站中展示电子器件的功能介绍可能会很奇怪,但是请通读这个关于基础电路知识的页面,这是一个了解diy电路及其原理的绝佳入门材料。

同时,这里有一些关于构建施密特触发器-声音合成器的资料。你可以使用它们作为参考或激发灵感。“Simple Synthesizes”就是我在课堂分发给大家的参考材料。


面包板介绍

让我们从面包板开始。面包板是制作电路原型的好工具。你可以不用焊接,直接将元器件插入到它上面的孔洞中。理解面包板的工作原理非常重要…

在上图的面包板中,每一条绿色线下的孔洞是相连的,同样,每一条蓝色线下的孔洞也是相连的。我们可以将边上的两条长线称作“公交车”。这些公交车垂直于每一列,并将电源(+正极)和地线(-负极)接入面包板中。面包板中间的灰色区域阻断了蓝色线和绿色线之间的连接。跨过灰色区域,面包板中间刚好可以插入一个芯片。如下图所示,让我们将芯片插入到面包板上…


基础电路

用导线分别将面包板两侧的正负极相连,这样做是为了让面包板的两侧边缘都通上电。请注意,芯片上有一个细微的缺口,插入时请保持这个缺口朝左。如果你使用的是其他型号的面包板,没有关系。你可以先忽略图片中面包板上的数字,只关注如何操作就好。我们本次使用的芯片是有6个音的六路逆变电路,芯片的引脚说明如下…

从芯片缺口开始数,缺口正左下方的是1号引脚,顺时针向上数,芯片缺口右上方的就是14号引脚。这套编号系统对于绝大多数集成电路芯片都适用。请查看上图的引脚排布,注意哪些引脚是成对的(1和2,3和4,…)。每一对引脚都可以创造出一个合成的音调。14号是电源引脚(+),负责给整个芯片供电,而7号是接地引脚(-),需要与地面相接。让我们给芯片供电并接入地面吧…

下面让我们在电路中接入一个10k的电阻,一个小电容器以及一个光敏电阻,来生成我们合成器的第一个声音。我们需要这三个元器件协同工作来生成音调。电容器是一种周期性存储和放电电子的元件,它的这种特性可以使集成电路在高电平和低电平之间切换。电容器数值的大小决定了我们合成器声音的频率范围。光敏电阻改变了电容器充电的速率,可以让我们动态的改变方波的频率(在电容器设定的频率范围内)。10k的定值电阻可以调节输出信号,使它能被扩音器或音响播放。请如下图所示,在芯片的3、4引脚处添加10k电阻,小电容器以及光敏电阻…

为了听到它的声音,我们需要给面包板供电,并且在电路上添加一个能够连接扩音器的插孔。完成这些步骤后,你可以用吉他连接线将电路的插孔和外置音响相连,注意捂好你的耳朵: )

我们刚刚通过了示意图的方式学习并制作了合成器电路,但当电路复杂了之后,我们就需要另一种方式来描绘电路。看看下面这个让人又爱又恨的电路原理图吧!

这与我们刚才制作的是同一个电路,但是使用了不同的表现形式(点击后可放大)。

在下面的教程中,我们将讨论如何添加声音以及如何控制音量。

开/关