ЦВЕТОВОЙ СИНТЕЗАТОР
Цветовой синтезатор является инструментом, с помощью которого исполнитель может воспроизвести на экране цветовую партитуру произведения, создавая его цветовое сопровождение. Синтезатор снабжен устройством, которое позволяет записать исполняемое произведение на магнитную ленту и многократно его воспроизвести синхронно с музыкой.
При разработке конструкции особое внимание уделялось ее простоте и доступности повторения.
Основные технические данные
Напряжение питания, В .... 220 + 20%
Максимальная коммутируемая мощность в канале, кВт . . . . . . . . 1,5
Количество каналов....... 22
Диапазон нарастания и убывания светового
потока лампы, с.......0,3 — 6
Площадь экрана, м2.......50
Габариты, мм......1100X600X190
Масса, кг..........23
На входе каждого из двадцати двух идентичных каналов управления световым потоком имеется клавиша, а на выходе — лампа накаливания, которая через светофильтр освещает экран. Предусмотрено устройство, формирующее сигналы последовательного опроса состояния клавиш каналов и последующей записи этих сигналов на магнитную ленту. Опрос производится со скоростью около 40 раз в секунду. Цветограмма записывается на одну из дорожек магнитофона, а другая дорожка предназначена для фонограммы.
При воспроизведении записанной цветограммы автоматически включаются те каналы, клавиши которых были нажаты в это время при записи.
Структурная схема устройства приведена на рис. 1. Синтезатор состоит из блока кодирования и декодирования импульсов БКДИ, каналов управления световым потоком КУС, блока синхронизации БС, блока питания БП.
Блок кодирования и декодирования включает в себя генератор 1, стабилизированный кварцевым резонатором, логические элементы «И» 4 и 5, делитель 6 усилитель-формирователь сигналов 3, воспроизводимых с магнитной ленты, селектор сигналов сброса 7, JK-триггер 2, селектор сигналов включения каналов 8, распределитель импульсов 10, логический элемент «И — НЕ» 9, формирователь импульсов сброса 11, инвертор 12 и логический элемент «ИЛИ» 13.
Каждый канал управления световым потоком включает в себя геркон К1, К2 ... К22, управляемый клавишей, трехвходовый логический элемент «И» 1, два двухвходовых элемента «И» 2 и 3, RS-триггер 4, стыковочный модуль 5, генератор пилообразного напряжения 6 (один на восемь каналов), компаратор 7, усилитель мощности 8 с тиристором Д2 на выходе и лампу накаливания Л1, Л2 ... Л22.
Блок питания состоит из стабилизаторов на + 5 В±5%, -6 В±5%, +6 В±5% с защитой от коротких замыканий и превышения напряжения более чем на 15% от номинального, а. также не-стабилизированного напряжения — 10 В.
В режиме записи цветовой синтезатор позволяет одновременно исполнять цветовую партитуру и записывать её на магнитную ленту. Переключатель В.1 — В 1.4 должен быть при этом установлен в положение «Запись». Тогда на вход элемента 5 будет подан логический «0», и на его выходе появится логическая «1», которая не изменяется даже при изменении фазы сигнала на втором входе элемента. Импульсы с генератора 1 через открытый элемент 4 поступают на делитель 6. Частота следования импульсов генератора равна 8 МГц. Делитель уменьшает их частоту сначала в 1000 раз, а затем с помощью трёх триггеров ещё в 8 раз.
Структурная схема цветового синтезатора
Обозначим периоды импульсов на выходах триггеров как Т, Т/2 и Т/4. Распределитель импульсов 10 поочередно подключает каждый элемент 1.1 ... 22.1 для опроса на время 2Т. Для этого на него с выхода делителя Г подаются сигналы сдвига. По окончании опроса 22-го канала формируется импульс сброса.
На контакты герконов каналов К1 — К22 подаются импульсы Т/2. Все каналы работают идентично, поэтому для примера рассмотрим работу первого канала. На вход трехвходового элемента «И» 1.1 подается сигнал логической «1» с первого выхода распределителя. Когда клавиша нажата, на выходе элемента будет импульс длительностью Т/2, когда отжата — Т. Сигнал с выхода элемента 1.1 через элемент «ИЛИ» 13 подается на магнитофон и записывается на ленту.
При записи на первый вход элемента «И» 1.3 подается запрещающий потенциал (логический «О»). Это необходимо для того, чтобы сигнал с выхода элемента 1.1 не изменил состояния RS-трпг-гера 1.4 при отжатой клавише геркона К1.
При перебросе триггера на стыковочный модуль 1.5 подается сигнал разрешения — логическая «I». В результате происходит разряд конденсатора 1С1 со скоростью, обусловленной положением движка резистора 1R2. Это изменяющееся во времени напряжение подается на вход компаратора 1.7. На другой его вход поступает пилообразное напряжение с генератора 1.6, синхронизированное с сетью с помощью блока синхронизации БС. Когда пилообразное напряжение на входе компаратора превысит напряжение разряда конденсатора, компаратор изменит свое состояние и через усилитель включит тиристор 1Д2, в анодную цепь которого включена лампа Л1.
Таким образом меняется момент включения тиристора относительно фазы сети, ток, протекающий через лампу, увеличивается, лампа разгорается.
Когда клавиша отжата, конденсатор 1С1 заряжается со скоростью, обусловленной положением движка резистора 1R1, лампа начинает гаснуть.
Скорость разгорания и погасания лампы можно менять от 0,3 до 6 с.
Импульс сброса формируется логическим элементом «И» 11. На него приходят импульс от распределителя длительностью 2Т и импульс длительностью Т/2.
Все выходы элементов 1.1 ... 22.1 соединены со входом элемента «ИЛИ» 13. Кроме того, на него поступает импульс сброса. Полный сигнал подается на усилитель записи магнитофона.
При воспроизведении переключатель В 1.1 разомкнут, В1.2 соединяет выход формирователя импульсов, считываемых с магнитной ленты, со входом К триггера 2 и селекторами 7 и 8. Импульс, поступающий на триггер, вызывает появление на его прямом выходе логического «0», который через элементы 5 и 4 разрешает прохождение счетных импульсов на делитель.
При достижении триггерами делителя на 8 кода 111 на выходе элемента 9 возникает импульс, поступающий на вход J и перебрасывающий триггер 2 таким образом, что на его прямом выходе появится логическая «1».
Если счетчик будет считать до 8, то импульсы на входы J и К триггера 2 будут приходить одновременно со счетчика и с ленты, что может вызвать неустойчивый режим работы.
На выходе элемента 5 будет логический «0», запрещающий дальнейшее прохождение импульсов с генератора. В то же время логический «0» с инверсного выхода триггера устанавливает триггеры делителя на 8 в исходное состояние (000).
Сдвиг распределителя импульсов происходит так же, как и при записи.
Таким образом, генератор с делителем по команде сигнала, записанного на магнитной ленте, вырабатывают однократную последовательность импульсов, которая управляет работой селекторов, выделяющих импульсы сброса и- включения канала. Селектор включения канала работает в первую половину такта 2Т, селектор сброса — во вторую. Сбои распределителя при первом включении магнитофона, помехах и т. д. возможны только в течение одного цикла, а так как длительность цикла (около 23 мс) гораздо меньше инерционности лампы, они будут незаметны для глаза.
Переключатель В1.3 соединяется с выходом селектора включения каналов; на третьи входы трехвходовых элементов 1 каждого канала подаются сигналы включения, однако включится только тот канал, который открыт распределителем.
Переключатель В1.4 закрывает элементы 2 и открывает — 3. Сигнал включения с выхода элемента 1 через открытый элемент 3 перебрасывает триггер 4 избранного канала (клавиша которого была нажата). Триггер же включает лампу своего канала — аналогично режиму записи.
Сброс триггера 4 осуществляется импульсом предыдущего канала распределителя. Таким образом, триггер 4 открыт 22 мс.
Поскольку во время воспроизведения исполнитель может дополнительно включать каналы и менять скорость разгорания и погасания ламп, возможности цветового синтезатора расширяются.
Время цикла можно увеличить до 100 мс без заметного мигания ламп (инерционность мощных ламп колеблется от 0,15 до 0,25 с).
Принципиальные схемы отдельных узлов синтезатора показаны на рис. 2 — 7. На рис. 2 приведена схема блока кодирования и декодирования импульсов (без инвертора 12 и логического элемента «ИЛИ» 13).
Генератор 1 собран на микросхемах Mcl.l, Mel.2 и кварцевом резонаторе Пэ1. Элементы 4 и 5 выполнены на микросхемах Мс1.3 и Мс1.4 соответственно.
Делитель на 1000 состоит из трех микросхем Мс2 — Мс4, каждая из которых делит на 10. Делитель на 8 выполнен на триггерах Мс5.1, Мс5.2 и Мсб.1.
Распределитель представляет собой счетчик, работающий в коде Джонсона. Он требует большего числа триггеров, чем счетчик, работающий в двоичном коде, зато дешифратор получается значительно проще (микросхемы Мс18 — Мс23).
Номера проводов (1 — 22) с выхода дешифратора соответствуют номеру канала распределителя, причем информационным сигналом является логический «0». 23-й выход распределителя поступает на микросхему Мс10.З и далее на Me 10.4, которые формируют сигнал сброса.
Селекторы включают в себя устройство формирования импульсов опроса Мс.9.1, Мс9.2, Мс10.1, селектор включения канала Мс19.3 и селектор сброса Mel 1.2.
На рис. 3 показана принципиальная схема логической части одиннадцати каналов управления световым потоком. Элементы, указанные на структурной схеме (см.
рис. 1), соответствуют следующим элементам первого канала (остальные аналогичны) на принципиальной схеме: 1.1 — Мс4.1. 1.2 — Мс5.1, 1.3 — Мсб.1, 1.4 — Мс6.2, Мсб.З, Мсб.4. Микросхема Mcl.l выполняет функцию ин вертора распределителя импульсов, так как для управления необходим сигнал логической «1» на избранном канале, а на выходе дешифратора сигналом разрешения является логический «0». Инвертором 12 блока кодирования и декодирования импульсов служит микросхема МсЗ.2.
Сигналы первых восьми каналов с трехвходо-вых элементов «И» {Met, Mc2) подаются на микросхему Мс17, сигналы остальных трех — на Мс21.3 и после необходимого согласования с помощью Мс18.4 и Мс24.1 суммируются микросхемой Мс24.2. Сигнал с её выхода инвертируется микросхемой Мс24.3 и поступает на один вход микросхемы Ме.24.4. На её второй вход приходит сигнал сброса.
Схема блока синхронизации показана на рис. 4. Напряжение с обмотки трансформатора Tpl выпрямляется диодами Д1 — Д4, ограничивается по амплитуде стабилитроном Д5 и поступает на вход нуль — органа, выполненного на микросхеме Мс1. На её выводе 5 выделяется отрицательное напряжение около — 3 В. В момент перехода напряжения сети через нуль на выводе 5 возникает положительный импульс, открывающий транзистор 77. С его коллектора импульс поступает на микросхему Мс2, которая формирует положительный синхроимпульс длительностью 0,1 мс (длительность зависит от параметров диода Д6).
Генератор пилообразного напряжения выполнен на микросхеме Mel (рис. 5). На начальном участке заряд конденсатора С1 можно считать линейно нарастающим. В момент прихода синхроимпульса конденсатор С1 разряжается через микросхему и резистор R1. Затем процесс повторяется.
Пилообразное напряжение, синхронизированное сетью, подается на вывод 9 микросхемы Мс2 (компаратора).
Номиналы деталей подобраны так, что конденсатор С1 за время 10 мс (частота 100 Гц) заряжается до напряжения около 1,5 В.
Стыковочный модуль (рис. 6) представляет собой транзисторный аналог размыкающего и замыкающего контактов. В исходном состоянии его транзисторы 77 и Т2 закрыты, а когда на вход приходит логическая «1», они открываются.
Компаратор (1.7 на рис. 1) выполнен на микросхеме К.1УТ402Б. На ее вывод 9 подается пилообразное напряжение, на вывод 10 — напряжение со стыковочного модуля. Как только напряжение на выводе 10 станет ниже, чем на выводе 9, на выходе появится импульс отрицательной полярности поступающий на усилитель мощности.
Усилитель мощности (его схема не имеет особенностей и потому не приводится) выполнен на транзисторе. Когда на выходе компаратора появится отрицательный импульс, транзистор открывается. В коллекторной цепи транзистора включен импульсный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между управляющим электродом и катодом тиристора. Применение импульсного трансформатора позволяет полностью устранить электрическую связь силовой части с устройством управления. Тиристор, нагрузкой которого служит лампа, включается от первого импульса.
Для питания ламп служит выпрямленное пульсирующее напряжение, получаемое с помощью выпрямителя блока питания (рис. 7), что позволяет использовать один тиристор в канале. Принцип регулирования степени накала ламп поясняется рис. 8. (Uc — напряжение на конденсаторе; заштрихованные участки синусоиды — моменты протекания тока через лампу).
Принципиальная схема блока кодирования и де-кодирования
Рис. 3. Принципиальная схема логической части каналов управления сиетоннм потоком
Может быть предусмотрена возможность и постоянного горения любой из ламп. Для этого вход компаратора следует подключить не к конденсатору 1С1 ... 22С1, а к движку резистора 1R1. Тогда яркость лампы будет регулироваться этим резистором.
Формирователь служит для формирования прямоугольных импульсов из близких к синусоиде сигналов, записанных на магнитной ленте.
По своему построению и принципу работы формирователь аналогичен блоку формирования синхроимпульсов.
Конструкция и детали. Вся установка смонтирована в одном корпусе по блочной системе, чем обеспечивается легкий доступ к каждому из блоков.
Основанием конструкции служит рама из алюминиевого уголка размерами 1000x550 мм, разделенная на три секции перегородками. Эти перегородки придают дополнительную жесткость конструкции. В каждой секции находятся текстолитовые панели размерами 400x300 мм. В первой установлены автоматический выключатель АЕ3000 для защиты от коротких замыканий в нагрузке, силовые диоды В25, расположенные на стандартных алюминиевых радиаторах площадью 180 см2, и блок питания. Все стабилизаторы блока питания собраны на печатной плате, кроме регулирующих транзисторов, которые установлены на радиаторах площадью 120 см2. На этой же плате собран блок синхронизации.
Рис. 4. Принципиальная схема блока синхронизации
Рис. 5. Принципиальная схема генератора пилообразного напряжения
Рис. 6. Принципиальная схема стыковочного модуля
Для стыковки синтезатора с лампами использован разъем ШР32; для стыковки блоков между собой — РПНи РШ2Н.
Во второй секции находятся 22 тиристора К.У202Н, расположенные на алюминиевых радиаторах площадью 25 см2 и толщиной 5 мм. В качестве этих радиаторов использован алюминиевый уголок 50x10 мм, на одной полке которого установлен тиристор, а другая, меньшая, использована для крепления к плате.
В этом же отсеке установлены импульсные трансформаторы МИТ-3 с диодами Д220. Трансформаторы можно применить самодельные, намотанные на кольцах типоразмера К20Х7Х4 из феррита 600НН проводом ПЭЛ 0,15 — 0.2, количество витков — 100 в каждой обмотке.
Находящиеся в третьей секции остальные блоки устройства собраны на печатных платах размерами 120X150 мм, заканчивающихся 56 контактными разъемами. Они вставляются в разъем РПН-З-бк. Провода, связанные с конденсаторами клавиатуры, должны иметь длину не более 50 см, они выполнены витыми парами (два провода, скрученные вместе, один из которых является экраном). Экранный провод должен быть заземлен в начале и в конце линии.
Рис. 7. Принципиальная схема блока питания
Контакты клавиатуры представляют собой гер-коны КЭМ-2, расположенные под клавишами. Клавиши — от рояля, в них вмонтированы небольшие магниты. Все клавиши крепят на единой оси. Их ход составляет 10 — 12 мм, что вполне достаточно для надежного срабатывания герконов.
При отсутствии герконов можно использовать микропереключатели КМ1, можно применить и сенсорное управление.
Справа и слева от клавиатуры расположены ползунковые резисторы для управления разгоранием и погасанием ламп.
В синтезаторе применены малогабаритные детали: резисторы МЛТ-0,25, электролитические конденсаторы К50-6, остальные — КЛС, переменные резисторы СП-23а. Трансформаторы в блоке питания — ТН46.
Настройку начинают с того, что убеждаются в правильности соединения. Затем проверяют работу стабилизаторов блока питания, подключая эквиваленты нагрузок. При изменении сетевого напряжения на ±20% напряжение на выходах схем стабилизаторов не должно изменяться более чем на 2%.
Рис. 8. Эпюры напряжения, поясняющие принцип регулирования накала ламп: о -процесс угасания; б — процесс разгорания
Затем проверяют работу блока защиты питания.
Для дальнейшей настройки необходим осциллограф с входом постоянного тока (С 1-18, С1-30 С1-47ит.
д.).
Проверяют наличие импульсов на выходе блока синхронизации. Они должны следовать с частотой 100 Гц и иметь амплитуду 2,5 — 3 В.
Следующий этап — проверка компараторов и усилителей мощности, генераторов пилообразного напряжения. Удобно собрать на небольшом щите 22 лампы накаливания на 220 В мощностью 15 Вт и подключить их-к тиристорам.
Проверяют наличие пилообразного напряжения на выводе 9 каждого компаратора (амплитуду 1,5 В подбирают с помощью резистора R2). На вывод 10 каждого компаратора подают напряжение 0,1 — 1,5 В. При напряжении 1,5 В тиристор не должен включаться, и по мере уменьшения потенциала на выводе 10 лампа будет гореть ярче. При номинальном напряжении сети и в крайнем нижнем по схеме положении движка резистора на лампе должно быть не менее 210 В.
При подаче логической «1» на вход стыковочного модуля должен включаться соответствующий канал, причем скорость разгорания должна регулироваться.
При подаче логического «0» лампа гаснет, также с регулируемой скоростью.
Проверяют работу блока кодирования и декодирования импульсов и делителя.
Распределитель проверяют следующим образом: временно отключают шину «Сброс» от вывода 8 микросхемы Mel 1.2 и шину «Сдвиг» от вывода. 6 микросхемы Mel 1.1. На шину «Сброс» кратковременно подают логический «0». Распределитель при этом должен быть установлен в исходное состояние. Затем на шину «Сдвиг» подают одиночные импульсы. На выходах распределителя (с 1-го по 23-й) поочередно должен появляться логический «0».
Переключатель B1.1 — B1.4 ставят в положение «Запись». При нажатии клавиш должны включаться лампы соответствующего канала. При отжатой клавише лампа должна гаснуть. Подключают магнитофон и записывают любую последовательность включения клавиш. Затем переключатель ставят в положение «Воспроизведение». Проверяют работу формирователя. На его выходе должны быть четкие прямоугольные импульсы.
Проверяют работу селекторов канала и сброса, а также работу JK-триггера.
Следует отметить, что правильно собранное устройство почти не требует налаживания, а описанная выше методика приведена для нахождения возможной неисправности.
В заключение следует отметить, что данная конструкция требует определенного мастерства исполнения для создания художественного образа.
Авторы рекомендуют исполнителям внимательно ознакомиться с имеющейся литературой по цветомузыке, например с книгами Г. Фрининга, К- Ауэра «Человек — цвет — пространство» (Строй-издат, Москва, 1973) и Б. Галеева «Светомузыка: становление и сущность нового искусства» (Казань, 1976).
24.2.2 Л 87
Л87 Лучшие конструкции 28-й выставки творчества радиолюбителей. Сборник / Сост. А. В. Гороховский. — М.: ДОСААФ, 1981. 159 с., ил. 1 р. 70 к.
Помещены статьи о лучших разработках радиолюбителей -участников выставки. Рассказано о спортивной, звукотехнической, электромузыкальной, радио- и телевизионной измерительной аппаратуре и аппаратуре для народного хозяйства, которая еще не была описана в технической литературе.
Для радиолюбителей средней квалификации, имеющих достаточный опыт в чтении схем, в монтаже и налаживании радиотехнических устройств.
30406 — 022
Л------------85—80 2402020000 24.2.2
072(02) — 81
ЛУЧШИЕ КОНСТРУКЦИИ 28-й ВЫСТАВКИ ТВОРЧЕСТВА РАДИОЛЮБИТЕЛЕЙ
Составитель Анатолий Владимирович Гороховский
Редактор Л. И. Карнозов
Художник В. А. Клочков
Художественный редактор Т. А. Хитрова
Технический редактор С. А. Бирюкова
Корректоры В. Д. Синева. И. С. Судэиловская
Сдано в набор 12.12.79. Подписано в печать 22.01.81. Г-44475. Формат
60X90 1/8. Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать
глубокая. Усл. п. л. 20,00. Уч.-изд. л. 22,10. Тираж 150000 экз. № за
каза 1054. Цена 1 р. 70 к. Изд. № 2/1933.
Ордена «Знак Почета» Издательство ДОСААФ СССР. 129110. Москва,
И-110. Олимпийский просп.. 22.
Ордена Трудового Красного Знамени типография издательства ЦК КП
Белоруссии, Минск, Ленинский проспект, 79. 160
© Издательство ДОСААФ СССР, 1981 г.
OCR Pirat
