Elektromechaniczny efekt audio typu LESLIE.PDF

Elektromechaniczny efekt audio typu LESLIE

P R O J E K T Y

Elektromechaniczny efekt

audio typu LESLIE

AVT−5061

Efekt LESLIE zosta³ po raz

pierwszy zrealizowany

w†przystawcie do

elektroniczno-mechanicznych

organÛw Hammonda juø

w†latach czterdziestych.

Zasada dzia³ania klasycznego

generatora tego efektu jest

bardzo prosta, ale uzyskiwane

efekty niezwykle interesuj¹ce.

Efekt LESLIE jest uzyskiwany

za pomoc¹ czterech g³oúnikÛw

umieszczonych we wspÛlnej

obudowie pod k¹tem 90 O do

siebie tak, øe g³oúniki patrz¹

na cztery strony úwiata. Na

tym jednak oczywiúcie nie

koniec. Tak specyficznie

skonstruowana kolumna

g³oúnikowa umieszczona jest

na obrotowej podstawie

i†wraz ni¹ wiruje dooko³a

w³asnej osi. Liczba obrotÛw

na minutÍ, wykonywanych

przez zespÛ³ g³oúnikowy, moøe

byÊ rÛøna i†zwykle waha siÍ

pomiÍdzy 50 a†500obr./min.

Niestety, zbudowanie

prawdziwego uk³adu generuj¹cego

efekt LESLIE, ktÛry z†za³oøenia

jest prawie wy³¹cznie urz¹dze-

niem mechanicznym, a†nie elek-

tronicznym, wydaje siÍ byÊ, jak

na razie zbyt trudnym zadaniem.

Napotkalibyúmy tu na rozliczne

i†trudne do przezwyciÍøenia

trudnoúci: zapewnienie bezszeles-

tnej pracy napÍdu zespo³u obro-

towego, przezwyciÍøenie skutkÛw

dzia³ania si³y odúrodkowej na

g³oúniki (wynikaj¹ z†tego zjawiska

niepoø¹dane zniekszta³cenia

düwiÍku), doprowadzenie przewo-

dÛw elektrycznych do wiruj¹cej

czÍúci urz¹dzenia. To tylko czÍúÊ

problemÛw jakie musi rozwi¹zaÊ

konstruktor.

Pozwoli³em sobie przytoczyÊ

obszerne fragmenty artyku³u napi-

sanego kilka lat temu (EP01/99)

i†udowodniÊ, øe pewne niemoø-

noúci moøna pokonaÊ dziÍki dob-

remu pomys³owi i†niekonwencjo-

nalnemu wykorzystaniu powszech-

nie znanego elementu.

G³Ûwnym problemem, na jaki

napotka³em podczas prÛb projek-

towania urz¹dzenia realizuj¹cego

efekt LESLIE by³o oczy-

wiúcie zdobycie silnika,

a†w³aúciwie ca³ego ze-

spo³u napÍdowego, ktÛ-

ry wprawia³by w†ruch

obrotowy g³oúniki. Taki

zespÛ³ napÍdowy mu-

sia³by charakteryzowaÊ

siÍ praktycznie bezsze-

lestn¹ prac¹, przy roz-

wijaniu sporej prÍdkoúci

obrotowej i†momencie

obrotowym pozwalaj¹-

cym na poruszenie doúÊ

ciÍøkich g³oúnikÛw.

Ale w³aúciwie dlaczego te g³oú-

niki musz¹ byÊ ciÍøkie? Przecieø

efekt typu LESLIE nie s³uøy do

bezpoúredniego s³uchania, ale je-

dynie do odbierania go za poúred-

nictwem mikrofonu i†dalszej ob-

rÛbki tak zarejestrowanego sygna-

³u. Tak wiÍc zastosowane w†urz¹-

dzeniu g³oúniki wcale nie musz¹

mieÊ zbyt duøej mocy i†w†zupe³-

noúci moøemy zadowoliÊ siÍ g³oú-

nikami o†mocy nawet u³amka wa-

ta, ale o†przyzwoitej jakoúci. Ta-

kie g³oúniki, nawet wyposaøone

w†prost¹ obudowÍ, wcale nie mu-

sz¹ byÊ ciÍøkie i†nie bÍdziemy

musieli stosowaÊ zespo³u napÍdo-

wego o†zbyt wielkiej mocy.

Nierozwi¹zany zosta³ jeszcze

problem zapewnienia cichej pracy

zespo³u napÍdowego. Przez pewien

czas myúla³em o†zastosowaniu sil-

nika indukcyjnego od starego gra-

mofonu, aby napÍdzaÊ tarczÍ

z†umieszczonymi na niej g³oúnika-

mi za poúrednictwem przek³adni

pasowej, ale jakoú ìnie mia³em

serca do takiego rozwi¹zaniaî.

Pomys³ na wykonanie uk³adu

napÍdowego by³ dla mnie pewne-

Elektronika Praktyczna 4/2002

Elektromechaniczny efekt audio typu LESLIE

Rys. 1. Schemat elektryczny urządzenia.

go rodzaju olúnieniem. Przecieø

potrzebny uk³ad mechaniczny by³

ca³y czas dos³ownie w†zasiÍgu

rÍki! Moøemy go zdobyÊ bez

wiÍkszego trudu, ìzagospodaro-

wuj¹cî urz¹dzenie przeznaczone

juø do z³omowania. Urz¹dzeniem

tym jest stacja dyskÛw 5,25",

obecne nie przedstawiaj¹ca juø

najmniejszej wartoúci uøytkowej,

ale bÍd¹ca ürÛd³em cennych pod-

zespo³Ûw: silnikÛw krokowych. Je-

den z†nich, silnik wolnoobrotowy

napÍdzaj¹cy g³owicÍ stacji, by³

juø wykorzystywany w†naszych

konstrukcjach. Opracowaliúmy teø

wiele uk³adÛw do jego sterowa-

nia. Drugi silnik, s³uø¹cy do

bezpoúredniego napÍdu dyskietki

nie by³, z†uwagi na swoj¹ specy-

ficzn¹ budowÍ, jak dot¹d wyko-

rzystywany.

Silnik krokowy napÍdzaj¹cy

dyskietkÍ w†stacji dyskÛw 5,25"

jest doúÊ nietypowym przedstawi-

cielem tej grupy silnikÛw. Prze-

znaczony jest do pracy ze sta³¹

prÍdkoúci¹ obrotow¹ i†w†jednym

kierunku. Uk³ad elektroniczny ste-

ruj¹cy jego prac¹ wspÛ³pracuje

z†rezonatorem kwarcowym, co za-

pewnia bardzo dobr¹ stabilizacjÍ

prÍdkoúci obrotowej, nieosi¹galn¹

w†przypadku stosowania silnikÛw

komutatorowych, a†niezbÍdn¹ dla

prawid³owego dzia³ania stacji dys-

kÛw. Pomimo tego bardzo specy-

ficznego dla silnikÛw krokowych

systemu sterowania, silnik ten

moøemy wykorzystywaÊ jako

zwyk³y silnik krokowy, z†wynika-

j¹cymi z†tego szerokimi moøliwoú-

ciami. Niestety, niezbÍdne bÍd¹

pewne, na szczÍúcie ³atwe prze-

rÛbki.

Elektronika Praktyczna 4/2002

Elektromechaniczny efekt audio typu LESLIE

Rys. 2. Zasada działania generatora efektu LESLIE z dwoma głośnikami

podłączonymi równolegle.

nej moøliwoúci zmiany prÍdkoúci

obrotowej. Taka moøliwoúÊ jest

nam niezbÍdna, i†to z†dwÛch po-

wodÛw. Po pierwsze, reguluj¹c

prÍdkoúÊ wirowania g³oúnikÛw

moøemy zmieniaÊ w†szerokim za-

kresie rodzaj uzyskiwanego efektu

akustycznego. Po drugie, jak juø

wspomnia³em, zastosowany silnik

ma spore trudnoúci z†samodziel-

nym ìruszeniem z†miejscaî i†na-

leøy go powoli rozpÍdzaÊ, aø do

osi¹gniÍcia maksymalnych obro-

tÛw.

Zasada dzia³ania silnikÛw kro-

kowych, bÍd¹cych idealnym

ìprze³oøeniemî pomiÍdzy elektro-

nik¹ a†mechanik¹, by³a juø kilku-

krotnie opisywana na ³amach

Elektroniki Praktycznej. Dlatego

teø przypomnimy j¹ sobie jedynie

w†najwiÍkszym skrÛcie.

W†duøym uproszczeniu silnik

krokowy zbudowany jest z†magne-

su - wirnika umieszczonego po-

miÍdzy dwoma cewkami. Prze-

p³yw pr¹dy przez cewki powodu-

je powstanie wiruj¹cego pola mag-

netycznego i†w†konsekwencji ob-

racanie siÍ wirnika. Schemat bu-

dowy takiego silnika oraz sposÛb

zasilania jego cewek pokazano na

rys. 3 . W†rzeczywistoúci wewn¹trz

silnika krokowego umieszczonych

jest kilka-kilkanaúcie cewek po³¹-

czonych ze sob¹ w†dwie grupy,

a†i†w†wirniku znajduje siÍ znacz-

nie wiÍcej magnesÛw.

Wiemy juø jak¹ rolÍ ma spe³-

niaÊ nasz sterownik: w³¹czaÊ ko-

lejno pr¹d w†cewkach silnika oraz

zmieniaÊ kierunek jego przep³y-

Zanim jednak przyst¹pi³em do

opracowywania sterownika do sil-

nika krokowego, maj¹cego praco-

waÊ jako napÍd wiruj¹cych g³oú-

nikÛw w†naszym generatorze efek-

tu zbliøonego do LESLIE, poczy-

ni³em stosowne prÛby, maj¹ce wy-

kazaÊ ewentualn¹ przydatnoúÊ sil-

nika do nowego, postawionego

przed nim zadania. Po wymonto-

waniu ca³ego zespo³u napÍdowego

- sk³adaj¹cego siÍ z†silnika i†ste-

ruj¹cego nim uk³adu elektronicz-

nego - z†wnÍtrza stacji dyskÛw,

do³¹czy³em do niego w³aúciwe

napiÍcie zasilaj¹ce (12VDC) i†po-

da³em na wejúcie steruj¹ce uk³adu

napiÍcie o†poziomie wysokim.

Zgodnie z†oczekiwaniami, silnik

zacz¹³ obracaÊ siÍ z†spor¹ prÍdkoú-

ci¹, nie wydaj¹c przy tym prak-

tycznie øadnego düwiÍku. Kolejna

prÛba polega³a na obci¹øeniu tar-

czy silnika mas¹ zbliøon¹ do masy

dwÛch ma³ych g³oúniczkÛw. PrÛba

ta zakoÒczy³a siÍ jedynie czÍúcio-

wym powodzeniem: dodatkowo ob-

ci¹øony silnik nie chcia³ samo-

dzielnie rozpocz¹Ê pracy i†ruszy³

dopiero po delikatnym ìpopchniÍ-

ciuî, szybko osi¹gaj¹c nominaln¹

prÍdkoúÊ obrotow¹.

Wyniki prÛb by³y jednak na

tyle zachÍcaj¹ce, øe postanowi-

³em opracowaÊ specjalny sterow-

nik przeznaczony do sterowania

silnikiem krokowym wykorzysty-

wanym do napÍdu wiruj¹cych

g³oúnikÛw. Wyniki tej pracy po-

zwalam sobie obecnie przedsta-

wiÊ Czytelnikom Elektroniki Prak-

tycznej.

Opis dzia³ania

Schemat elektryczny propono-

wanego uk³adu zosta³ pokazany

na rys. 1 , a†na rys. 2 przedsta-

wiono zasadÍ dzia³ania generatora

efektu LESLIE wykorzystuj¹cego

dwa po³¹czone ze sob¹ rÛwnoleg-

le g³oúniki. Schemat elektryczny,

ktÛry w†pierwszej chwili moøe

wydaÊ siÍ nieco skomplikowany,

moøemy podzieliÊ na dwa, prak-

tycznie niezaleøne i†po³¹czone ze

sob¹ tylko wspÛlnym zasilaniem

bloki funkcjonalne. Dla zwiÍksze-

nia czytelnoúci rysunku zosta³y

one oddzielone od siebie lini¹

przerywan¹ i†oznaczone jako ìAî

i†ìBî. W†pierwszej kolejnoúci zaj-

mijmy siÍ uk³adem s³uø¹cym do

bezpoúredniego sterowania silni-

kiem krokowym.

Najpierw powinienem wyt³u-

maczyÊ siÍ Czytelnikom, dlaczego

namawiam Ich do budowy nowe-

go sterownika silnika krokowego,

zamiast zaprogramowaÊ wykorzys-

tanie uk³adu zintegrowanego z†sa-

mym silnikiem, ktÛry w†dodatku

stosowany by³ z†powodzenie pod-

czas pierwszych eksperymentÛw

z†mechanicznym napÍdem do

efektu LESLIE. OtÛø uk³ad umiesz-

czony w†obudowie silnika napÍ-

dzaj¹cego dyskietkÍ w†stacji dys-

kÛw elastycznych nie posiada øad-

Rys. 3. Schemat budowy silnika

krokowego oraz sposób zasilania

jego cewek.

Elektronika Praktyczna 4/2002

Elektromechaniczny efekt audio typu LESLIE

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na

płytce drukowanej.

Opisany cykl pracy silnika

bÍdzie powtarza³ siÍ aø do

wy³¹czenia zasilania, powo-

duj¹c obracanie siÍ silnika

w†jednym kierunku, z†prÍd-

koúci¹ regulowan¹ za pomoc¹

potencjometru P1. Tak wiÍc

uk³ad steruj¹cy prac¹ silnika

krokowego spe³nia przyjÍte za-

³oøenia i†naleøy s¹dziÊ, øe

bÍdzie pracowa³ poprawnie.

Druga czeúÊ schematu,

oznaczona jako ìAî, zawiera

schemat typowo skonstruowa-

nego wzmacniacza m. cz. úred-

niej mocy, przeznaczonego do

zasilania g³oúnikÛw. W†uk³a-

dzie zastosowa³em popularny

i, co bardzo waøne, tani sca-

lony wzmacniacz mocy typu

TDA2030. Przy napiÍciu zasi-

lania 16VDC jest on w†stanie

dostarczyÊ mocy ok. 12W, co

nawet znacznie przekracza nasze

potrzeby. NatÍøenie düwiÍku do-

cieraj¹cego do g³oúnikÛw moøemy

regulowaÊ za pomoc¹ potencjo-

metru P2.

niestety poci¹gnÍ³o za sob¹ ko-

niecznoúÊ zastosowania kilku, tak

przez nas nie lubianych zworek.

Od nich w³aúnie rozpoczniemy

montaø uk³adu, lutuj¹c w†dalszej

kolejnoúci elementy o†coraz wiÍk-

szych gabarytach. Po wlutowaniu

kondensatora C10 przyst¹pimy do

montaøu scalonego wzmacniacza

mocy - IC3. W†pierwszej kolejnoú-

ci musimy przykrÍciÊ uk³ad sca-

lony do radiatora (nie zapomina-

j¹c o†zastosowaniu pasty popra-

wiaj¹cej kontakt termiczny pomiÍ-

dzy tymi elementami), a†nastÍpnie

w³oøyÊ wyprowadzenia uk³adu

w†przeznaczone na nie otwory

w†punktach lutowniczych na p³yt-

ce. Kolejn¹ czynnoúci¹ bÍdzie

przylutowanie radiatora do p³ytki,

a†nastÍpnie wyprowadzeÒ uk³adu

scalonego.

Uk³ad zmontowany ze spraw-

nych elementÛw nie wymaga ja-

kiegokolwiek uruchamiania ani re-

gulacji i†dzia³a natychmiast po-

prawnie.

No, a†teraz najgorsze: mechani-

ka. Na szczÍúcie zastosowanie

silnika krokowego uwolni³o nas

od koniecznoúci budowania prze-

k³adni mechanicznej i†uproúci³o

znacznie konstrukcjÍ urz¹dzenia,

ale i†tak natkniemy siÍ na przy-

najmniej jeden problem do roz-

wi¹zania. Problemem tym bÍdzie

doprowadzenia zasilania do wiru-

j¹cych g³oúnikÛw. WagÍ problemu

znacznie powiÍkszy³ fakt, øe obie

czÍúci silnika: wirnik i†podstawa

s¹, wbrew oczekiwaniom, elekt-

rycznie odizolowane od siebie.

wu. Zobaczmy, czy uda³o mi siÍ

zrealizowaÊ postawione zadanie.

Generator zbudowany z†wykorzys-

taniem popularnego uk³adu NE555

- IC2 wytwarza ci¹g impulsÛw pros-

tok¹tnych, ktÛrych czÍstotliwoúÊ mo-

øemy zmieniaÊ w†szerokim zakresie

ca pomoc¹ potencjometru P1. Impul-

sy te podawane s¹ na wejúcie

zegarowe licznika Johnsona IC1 -

4017 zliczaj¹cego do 4.

Rozpatrzmy teraz, co siÍ stanie

w†momencie pojawienia siÍ wyso-

kiego poziomu napiÍcia na pier-

wszym wyjúciu tego licznika - Q0,

czyli w†pierwszym kroku cyklu

pracy silnika. Skutkiem tego bÍ-

dzie przewodzenie tranzystora T1,

a†w†konsekwencji takøe spolaryzo-

wanie baz tranzystorÛw T5 i†T3.

Przez pierwsz¹ z†cewek silnika

krokowego do³¹czon¹ do zaciskÛw

1 i†2 z³¹cza CON4 pop³ynie pr¹d,

umownie w†kierunku zgodnym

z†wskazÛwkami zegara. Pojawienie

siÍ wysokiego poziomu napiÍcia

na wyjúciu Q1 IC1 spowoduje

z†kolei przep³yw pr¹du w†tym sa-

mym kierunku przez drug¹ z†ce-

wek, a†tym samym wykonanie dru-

giego kroku pracy silnika.

Uaktywnienie wyjúcia Q2 IC1

spowoduje w³¹czenie tranzysto-

rÛw T6 i†T2 i†pr¹d pop³ynie tym

razem znowu przez pierwsz¹ cew-

kÍ, lecz w†przeciwnym kierunku

co uprzednio. W†ostatnim, czwar-

tym kroku cyklu pracy silnika

trzeba zasilaÊ drug¹ cewkÍ, takøe

w†przeciwnym kierunku niø

w†kroku 2.

Montaø i†uruchomienie

Montaø czÍúci elektronicznej

urz¹dzenia nie nastrÍczy z†pew-

noúci¹ nikomu wiÍkszego k³opotu.

Natomiast pomÍczymy siÍ trochÍ

z†czÍúci¹ mechaniczn¹, ale zarÍ-

czam Wam, øe uzyskane efekty

bÍd¹ warte tego zachodu.

Na rys. 4 pokazano mozaikÍ

úcieøek p³ytki obwodu drukowa-

nego oraz rozmieszczenie na niej

elementÛw. P³ytkÍ zaprojektowano

na laminacie jednostronnym, co

Rys. 5. Sposób wykonania styków ślizgowych.

Elektronika Praktyczna 4/2002

Elektromechaniczny efekt audio typu LESLIE

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

P1, P2: potencjometr obrotowy

100k

SposÛb wykonania takich stykÛw

zosta³ pokazany na rys. 5 i†nie

wymaga chyba øadnych dodatko-

wych komentarzy.

Naleøy teraz wspomnieÊ parÍ

s³Ûw na temat sposobu korzysta-

nia z†wykonanego urz¹dzenia. Za-

sada postÍpowania jest prosta:

eksperymentowaÊ, eksperymento-

waÊ i†jeszcze raz eksperymento-

waÊ! Eksperymenty te mog¹ do-

tyczyÊ wielu elementÛw urz¹dze-

nia, jego obudowania lub zrezyg-

nowania z†obudowy i†innych. Na

przyk³ad, w†uk³adzie modelowym

zastosowano dwa g³oúniki, a†tak-

øe wykonano prÛby z†jednym

g³oúnikiem. W†obydwÛch przy-

padkach uzyskiwane efekty by³y

bardzo interesuj¹ce, lecz rÛøne.

Przy prÛbach, w†ktÛrych nasz

generator efektu LESLIE pracowa³

bez obudowy, uzyskiwany efekt

by³ w†zasadzie czystym ìDopple-

remî, bez jakichkolwiek domie-

szek. Prawdziwa zabawa rozpo-

czÍ³a siÍ jednak po umieszczeniu

urz¹dzenia w†skrzynce wykona-

nej z†pleksiglasu o†gruboúci 5†mm

(szczegÛ³y widoczne na fotogra-

fii). Uzyskiwane efekty by³y bar-

dzo interesuj¹ce, lecz trudne do

opisania dla kogoú, kto nie po-

trafi nawet rozpoznawaÊ instru-

mentÛw muzycznych. W†kaødym

razie by³a to zawsze mieszanka

efektu Dopplera i†z³oøonego po-

g³osu, powstaj¹cego w†wyniku od-

bijania siÍ fali düwiÍkowej od

úcianek obudowy.

Do wszystkich prÛb wykorzys-

tywany by³ mikrofon elektretowy

po³¹czony z†typowym przed-

wzmacniaczem mikrofonowym

i†wzmacniaczem s³uchawkowym.

Naleøy jeszcze wspomnieÊ parÍ

s³Ûw na temat koniecznych prze-

rÛbek silnika. Silnik napÍdzaj¹cy

dyskietkÍ w†stacji dyskÛw 5,25î

zblokowany jest w†jedn¹ ca³oúÊ

z†uk³adem elektronicznym steruj¹-

cym jego prac¹. Przed wykorzys-

taniem w†naszym urz¹dzeniu, sil-

nik naleøy rozebraÊ i†zlokalizowaÊ

wyprowadzenia zespo³Ûw cewek,

do ktÛrych nastÍpnie naleøy do-

³¹czyÊ wyjúcie nowo zbudowane-

go sterownika.

Zbigniew Raabe, AVT

Ω

R4, R9, R10, R12: 200

Ω

R13, R14, R18: 10k

Ω

R15, R19, R20: 100k

Ω

Kondensatory

C1, C3, C5, C6: 220nF

C2, C9: 1000

F/16V

C4: 22nF

C7, C11: 470nF

C8: 22

F/25V

Półprzewodniki

BR1: mostek prostowniczy 3A

D1...D10: 1N4148 lub odpowiednik

IC1: 4017

IC2: NE555

IC3: TDA2030

IC4: 7812

T1, T7, T4, T10: BC548 lub

odpowiednik

T2, T3, T8, T9: BD139 lub

odpowiednik

T5, T6, T11, T12: BD140 lub

odpowiednik

Różne

CON1, CON2, CON3: ARK2

Radiator typ 3

Jest to prawdopodobnie spowodo-

wane zastosowaniem w†konstruk-

cji ³oøysk kulkowych, na ktÛrych

u³oøyskowany jest wirnik silnika,

z†tworzywa sztucznego. Tak wiÍc

musimy doprowadziÊ do wiruj¹-

cych silnikÛw aø dwa przewody.

Perfekcyjnym rozwi¹zaniem

staj¹cego przed nami zadania by-

³oby... nie doprowadzanie do g³oú-

nikÛw øadnych przewodÛw, lecz

doprowadzenie do nich sygna³u

drog¹ radiow¹ lub za pomoc¹

podczerwieni. Rozwi¹zanie takie

jest jednak nie do przyjÍcia po-

niewaø nie tylko spowodowa³oby

drastyczny wzrost kosztÛw, ale

takøe zwiÍkszy³oby znacznie masÍ

(koniecznoúÊ zastosowania zasila-

nia akumulatorowego lub bateryj-

nego) i†wymiary wiruj¹cej czÍúci

urz¹dzenia. Pozostaje nam zatem

wykonanie stykÛw úlizgowych, od

ktÛrych jakoúci zaleøeÊ bÍdzie

w†znacznym stopniu jakoúÊ düwiÍ-

ku dostarczanego do g³oúnikÛw.

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/kwiecien02.htm .

Elektronika Praktyczna 4/2002

Ω

R1...R3, R5, R6, R11, R16,

R21...R23: 820

R7, R8: 560

R17: 30

F/16V

C10: 2200

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: