In diesem Bericht wird ein Grundton-Generator vorgestellt, den der Autor selbst entworfen hat. Dieser Grundton-Generator dient dazu, Basstöne zur Begleitung abzuspielen. Das Gerät ist portabel, es arbeitet autark mit Batterien. Lediglich ein Lautsprecher muss angeschlossen werden. Als Hobby-Musiker wünschte der Autor sich ein Gerät, mit dem er per Fußbetätigung Grundtöne (Bass-Töne) abrufen kann. Diese sollten als Grundlage für Improvisationen und als Unterstützung beim Song-Writing dienen. Ihm schwebte ein Gerät vor, das autark ist und bereits einen Verstärker und einen Lautsprecher beinhaltet. Da so etwas bislang nicht existierte, blieb nur der Eigenbau.
Inhaltsverzeichnis
Das Konzept
Das Schaltbild
Rechteck-Dreieck-Wandler
Modulation
Verstärker
Aufbau
Das Programm des Generators
Das Programm der Spannungsüberwachung
Zielsetzung & Themen
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines autarken, fußbedienbaren Grundton-Generators für Musiker, der als Unterstützung beim Songwriting und für Improvisationen dient und ohne externe Zuspielgeräte auskommt.
- Entwicklung eines Mikrocontroller-basierten Frequenzgenerators
- Implementierung eines Rechteck-Dreieck-Wandlers zur Klangoptimierung
- Integration einer Frequenzmodulation zur lebendigeren Tonwiedergabe
- Konstruktion eines kompakten Gehäuses mit integrierter Spannungsüberwachung
Auszug aus dem Buch
Rechteck-Dreieck-Wandler
Allerdings war ich mit dem Ergebnis nicht zufrieden. Der Klang ist nicht gut. Vor allem bei den sehr tiefen Tönen hört man deutlich die Oberschwingungen, die störend wirken. Deshalb habe ich einen Rechteck-Dreieck-Wandler ergänzt. Bei einem Dreiecksignal haben die Obertöne wesentlich kleinere Amplituden. Der Rechteck-Dreieck Wandler ist unten rechts im Schaltbild zu sehen. Er arbeitet mit drei Operationsverstärkern und ist im Schaltbild rechts unten zu sehen.
In der Tabelle 2 sind die Fourierkomponenten für ein Rechtecksignal – so wie es der Mikrocontroller ausgibt – und für ein Dreiecksignal – so wie es der Rechteck-Dreieck-Wandler am Ausgang liefert – aufgelistet. Die Tabelle 2 zeigt, dass die Vielfachen der Oberschwingungen identisch sind: in beiden Fällen treten ungeradzahlige Vielfache der Oberschwingungen auf. Aber es zeigt auch, dass die Amplituden der Oberschwingungen beim Rechtecksignal deutlich größer sind als beim Dreiecksignal.
Bei der Konstruktion des Rechteck-Dreieck-Wandlers musste beachtet werden, dass es nur eine singulare Versorgungsspannung gibt. Somit muss das Dreiecksignal "schwebend" gehalten und über einen Kondensator ausgekoppelt werden. Auch bei der Wahl des Operationsverstärkers war dies zu beachten. Es stellte sich heraus, dass der zunächst vorgesehene Typ LM348 erst bei einer Versorgungsspannung über 5V zufriedenstellend als Rechteck-Dreieck-Wandler arbeitet. Da das Gerät mit vier Babyzellen versorgt wird, müssen aber bereits 4 V zum Betrieb ausreichen. Beim Typ LM324 ist die kleine Versorgungsspannung aber kein Problem. Dieser Funktioniert in der Anwendung gut.
Zusammenfassung der Kapitel
Das Konzept: Vorstellung der Grundidee, einen fußbedienbaren Generator für 12 Basstöne mittels Mikrocontroller-Technik zu entwickeln.
Das Schaltbild: Detaillierte Beschreibung der Hardware-Architektur, der Energieversorgung sowie der verwendeten Mikrocontroller für Tonerzeugung und Überwachung.
Rechteck-Dreieck-Wandler: Erläuterung der Schaltung zur Umwandlung des Rechtecksignals in ein obertonärmeres Dreiecksignal zur Verbesserung der Klangqualität.
Modulation: Beschreibung der Frequenzmodulation, die dem Ton durch leichtes Schwanken eine natürlichere, musikalische Dynamik verleiht.
Verstärker: Auswahl und Integration eines hocheffizienten Klasse-D-Verstärkermoduls zur Ansteuerung des Lautsprechers.
Aufbau: Dokumentation der mechanischen Konstruktion, des Gehäuseaufbaus und der internen Verkabelung der Bedienelemente.
Das Programm des Generators: Analyse der Softwareimplementierung zur Frequenzerzeugung mittels Timer-Modulen auf dem Mikrocontroller.
Das Programm der Spannungsüberwachung: Erläuterung der Software zur zyklischen Messung der Batteriespannung und optischen Signalisierung des Ladezustands über LEDs.
Schlüsselwörter
Grundton-Generator, Mikrocontroller, MSP430, Frequenzmodulation, Rechteck-Dreieck-Wandler, Klasse-D-Verstärker, Bass-Töne, Elektronik-Eigenbau, Spannungsüberwachung, Batteriebetrieb, Fourier-Analyse, Musik-Elektronik, Schaltungsdesign
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschreibt die Entwicklung und den Eigenbau eines tragbaren, fußbedienbaren Generators für tiefe Musiktöne (Bass-Töne).
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen Mikrocontroller-Programmierung, Schaltungsdesign für Signalkonditionierung (Wandlung von Signalen) und die mechanische Gehäusekonstruktion.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist der Bau eines autarken Geräts, das Musikern die einfache Abrufbarkeit von Basstönen für Songwriting und Improvisation per Fußtaster ermöglicht.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine ingenieurtechnische Vorgehensweise gewählt: Analyse der Anforderungen, Schaltungsentwurf, Implementierung der Steuerungssoftware und praktische Umsetzung der Hardware.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden das Schaltbild, die Signalumwandlung (Rechteck zu Dreieck), die Modulation, die Verstärkertechnik sowie die Programmierung des Mikrocontrollers detailliert erläutert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Grundton-Generator, Mikrocontroller, Frequenzmodulation, Klasse-D-Verstärker und Schaltungsdesign.
Warum wird ein Rechteck-Dreieck-Wandler eingesetzt?
Das vom Mikrocontroller erzeugte Rechtecksignal enthält zu viele störende Oberschwingungen, weshalb eine Wandlung in ein Dreiecksignal für einen angenehmeren Klang notwendig ist.
Wie wird der Benutzer über den Zustand der Akkus informiert?
Das Gerät nutzt ein Programm zur Spannungsüberwachung, das den Batteriestatus über drei LEDs im Gehäuse visualisiert.
- Citation du texte
- Franz Peter Zantis (Auteur), 2018, Grundton-Generator für Musiker. Konzept, Schaltbild, Aufbau und Programmierung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/510114
