Современные цифровые технологии изменили буквально все – от нашего быта до искусства, в любом его проявлении. Деревянная рама, струны, смычковый звук – первая ассоциация, возникающая при упоминании слова арфа. Но что если представить перед собой не один из древнейших щипковых инструментов, а инструмент, который работает по современным технологиям и издает музыку при движении рукой в воздухе? Все кажется непонятным и интригующим. К идее создания такого инструмента нас натолкнуло световое шоу французского композитора Жана-Мишель Жарра. Следует сказать, что электронные музыкальные инструменты появились еще в конце 70-х годов 20 века, такие как электронные гитары, синтезаторы, ударные установки. Первые технологии использования лазерного луча для создания музыкальных инструментов появились в прошлом десятилетии. К сожалению, на сегодняшний день они еще не получили широкого распространения. Причинами этого являются высокая стоимость данного устройств и отсутствие российского производства.
Объект исследования: процесс проектирования и создания электронных музыкальных инструментов;
Предмет исследования: использование лазера как технологической основы работы электронных музыкальных инструментов;
Цель проекта: создание музыкального инструмента – арфы, принцип работы которой основывается на использовании технологии лазерного луча;
1. Изучить и обобщить информационные источники по теме исследования;
2. Проанализировать рынок подобных устройств;
3. Разработать прототип и спецификацию электронных компонентов лазерной арфы;
4. Смоделировать и изготовить дизайн данного устройства;
5. Осуществить сборку, комплектацию, программирование и тестирование прибора;
6. Выполнить технико-экономическое обоснование проекта и разработать рекомендации по его применению.
Методы исследования: изучение и систематизация информации, проектирование, компьютерное моделирование, кодирование (программирование), тестирование
1. Исторический аспект проекта
Арфа – один из древнейших музыкальных инструментов человечества (рис. 1). Она произошла от лука с натянутой струной, которая мелодично звучала при выстреле. Позже звук тетивы стали использовать как сигнал. Человек, впервые натянувший на лук три-четыре тетивы, которые из-за своей неодинаковой длины издавали звуки разной высоты, и стал создателем первой арфы. Даже на египетских фресках 15 века до нашей эры арфы еще напоминают лук. А эти арфы не самые древние: древнейшую арфу археологи нашли при раскопках шумерского города Ура в Месопотамии – она была изготовлена четыре с половиной тысячи лет назад, в 26 веке до нашей эры.
В древности на Востоке, в Греции и в Риме арфа оставалась одним из самых распространенных и любимых инструментов. Часто ей пользовались для сопровождения пения или игры на других инструментах. Рано появилась арфа и в средневековой Европе: здесь особым искусством игры на ней славилась Ирландия, где народные певцы – барды – пели под ее аккомпанемент свои саги.
В XX веке, в связи с появлением цифровых технологий была изобретена лазерная арфа. Впервые лазерная арфа была использована на китайском концерте JMJ еще в 1981 и произвела большое впечатление на зрителей. Более сложная – двухцветная лазерная арфа – была изобретена и изготовлена в 2008 году Маурицио Карелли. Итальянский инженер по программному обеспечению и электронной аппаратуре создал портативную двухцветную лазерную арфу под названием «КромаЛАЗЕР КЛ-250». Она базировалась на слабых (всего 80-100 mW) лазерных лучах, ведь это был всего лишь прототип существующей в настоящее время Лазерной Арфы. После этого Карелли разработал окончательную и более мощную версию Лазерной Арфы под названием «КромаЛАЗЕР КЛ-450». Характерной чертой данного инструмента являлась сконфигурированная полная октава с зелёными лучами для любых диатонических нот и красными лучами для любых хроматических нот. Во второй половине 2010 года Маурицио Карелли также разработал полную цветовую версию лазерного устройства, не зависящую от дневного света автономную модель с 1W лазером под названием «КромаЛАЗЕР КЛ-ПРО», а также другую версию лазерной арфы, способную управлять лазерными сканерами ИЛДА, используя синий/голубой цвет для реализации первого многоцветного лазерного регулятора: «КЛ-Контроль» (KL-Kontrol), прототипом которого был «КЛ-ИЛДА».
В рамках нашего исследования был проведен анализ рынка музыкальных инструментов подобного рода, в результате которого было выяснено, что существующие инструменты можно классифицировать по технологии функционирования:
по сфере применения:
Безрамочная (открытая) лазерная арфа – это обычно ничем не огороженный лазерный «веер», исходящий из лазерного проектора той или иной конструкции. Она потому и называется «открытой», что ни с боков, ни сверху, она ничем не закрыта. При использовании в помещении лучи просто достигают потолка, на открытых же площадках они могут свободно уходить в небо. (рис. 2)
Первые лазерные фреймовая (закрытые) арфы были одноцветными – обычно с зелеными лучами. Связано это с особенностью человеческого зрения: при одной и той же мощности лазерного проектора зеленый свет лазера гораздо лучше виден нам, чем красный. Но потом стали появляться двухцветные и многоцветные лазерные арфы. (рис. 3)
2. Принцип работы лазерных арф
С точки зрения физических процессов в основе работы лазерной арфы лежит явление фотоэффекта – т.е. способность вещества испускать поток электронов под воздействием света – фотогальванический эффект (рис. 4). Впервые его наблюдал в 1839 году французский физик Антуан Анри Беккерель. В 1888 году Александр Столетов создал первый в мире фотоэлектрический элемент, а в 1905 году Альберт Эйнштейн в своей работе объяснил явление фотоэлектрического эффекта, за что был удостоен Нобелевской премии по физике в 1921 году.
Принцип работы открытых лазерных арф достаточно сложен, и основную роль тут играют специальные сенсоры, расположенные снизу, у ног исполнителя. Эти сенсоры регистрируют световые вспышки от рук исполнителя: когда музыкант накрывает своей ладонью тот или иной луч, его ладонь вспыхивает ярким светом. По принципу работы этих сенсоров открытая лазерная арфа подразделяется на аппаратную и программно-аппаратную.
В первой – сигналы от фоточувствительных элементов обрабатываются приборами на основе микроконтроллеров, во второй – сенсорами обычно выступают скоростные видеокамеры (от 60 кадров в секунду и выше), изображение от которых обрабатывается специальными программами на компьютерах в реальном времени (рис. 5).
В рамках своего проекта мы выбрали фреймовый вариант технологии. Арфа в этом случае представляет собой замкнутую конструкцию, у которой идущие вертикально лучи лазера попадают на фотоэлементы, как в системах лазерной сигнализации или в турникетах метро. Фотоэлементы в свою очередь в зависимости от яркости светового потока вырабатывают электрические сигналы определенного уровня, которые затем преобразуются в звуки (рис. 6).
В рамках данного исследования нами был проанализирован рынок музыкальных инструментов с целью выяснения стоимости современных лазерных арф. По результатам анализа были получены следующие данные:
– минимальная цена за закрытую арфу составляет 270 долларов (18500 руб.) на китайском сайте (Aliexpress).
– самая высокая цена за инструмент составляет 490 тысячи рублей.
Проанализировав рынок подобных музыкальных устройств, мы делаем вывод о том, что в магазинах музыкальных инструментов лазерные арфы большая редкость, а в России они вовсе отсутствуют. Ниже представлены сведения о различных моделях лазерных арф (таблица 1):
Характеристики лазерных арф
Название и характеристика
150000 руб., Китай
Винтажная лазерная арфа. – Лазеры: полупроводник, 100, 150, 200 мВТ; – Струны: количество струн-лазеров по выбору; – Габариты: бокс
Арф закрытого контура сравнительно небольшое количество в сравнении с открытым типом. Страна производитель обоих типов – Китай. Аналогов данного устройства, выпускающегося в производстве в России, не существует. В отсутствии подобных устройств в нашей стране и высокая стоимость за границей определяет актуальность нашей работы.
4. Проектирование лазерной арфы закрытого типа
Для функциональной организации работы устройства нам потребовался следующий набор электронных компонентов:
– Микроконтроллер Arduino UNO – контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов, 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи. (рис. 7)
– Полупроводниковые лазеры – это лазеры с усиливающей средой на основе полупроводников, где генерация происходит, как правило, за счет вынужденного излучения фотонов при межзонных переходах электронов в условиях высокой концентрации носителей в зоне проводимости (рис. 8).
– Резисторы и фоторезисторы. Основным функциональным элементом в нашем устройстве является фоторезистор – это датчик, электрическое сопротивление которого меняется в зависимости от интенсивности падающего на него света. Чем интенсивней свет, тем больше поток электронов и тем меньше становится сопротивление элемента (рис. 9 и 10).
Принципиальная и организационная схемы нашего устройства, созданные в программе Fritzing, представлены на рисунках 13 и 14.
С фотоэлементов электрический сигнал снимается и подается на пьезоэлемент, который издает звук.
Что касается дизайна будущего устройства, то рассмотрев все варианты, начиная от классического стиля до хай – тек, мы решили разработать свой собственный. Форма рамы арфы будет напоминать собой широко известный лист компании «СИБУР». Используя возможности среды 3D моделирования Fusion 360, мы разработали модель рамы будущего музыкального инструмента, который будет создан в итоге работы над проектом (рис.15)
Так же для удобства применения арфы в той же самой среде 3D моделирования Fusion 360 были разработаны и напечатаны на 3D принтере корпуса для фоторезисторов и лазеров (рис. 17, 18, 19).
Исходя из больших размеров арфы, нами было принято решение не печатать ее на 3D принтере, а воспользоваться лазерным станком для резки фанеры. Для этого мы воспользовались программой Sliser для Fusion 360. (рис. 16).
5. Программирование лазерной арфы
Данная система работает под управлением программируемого микроконтроллера Arduino UNO, средой программирования нами была выбрана IDE. IDE представляет собой единственную программу, в которой проводится вся разработка. Она содержит много функций для создания, изменения, компилирования, развертывания и отладки программного обеспечения. Фрагмент управляющей программы представлен ниже.
Источник
Лазерная арфа своими руками
Ребят, профи и начинающие, помогите более чем начинающему!
Дело вот в чем. Я задумал сделать некое, намного упрощенное подобие музыкального инструмента, коим пользуется Жан Жарр — лазерную арфу. Источник света — лазерная указка, несколько штук. Теперь мне нужно собрать механизм для замыкания/размыкания контактов синтезатора. По моим замыслам он должен состоять из фотодиода и реле. При освещении фотодиода (далее «фд») контакты разомкнуты и синтезатор молчит. При помещении между фд и лазером руки (читай — затемении фд) реле срабатывает, контакты замыкаются и синтезатор издает определенный звук. Пара фотодиодов у меня уже есть, а вот с реле проблема, об этом и хочу вас спросить. Я тут порылся в Инете — нормальное механическое реле изрядно стоит, плюс учитывая, что мне их нужно не менее 10 штук. Поэтому прошу совета — можно ли сделать такое реле на микросхемах или хотя бы на транзисторах? Последнее более желательно, ибо с мелкосхемами я фактически и не работал ни разу. И если да, то каковые детали для этого нужны, с какими параметрами?
Заранее благодарен за возможную помощь.
Реклама
Мышонок
Друг Кота
Карма: 6 Рейтинг сообщений: 30 Зарегистрирован: Чт сен 14, 2006 11:42:09 Сообщений: 3792 Откуда: Обитаю на чердаке Рейтинг сообщения: 0
Интегратор82, я так понял, лучи лазера — это «световые струны»? Т.е. они имитируют настоящие струны?
Механические реле явно не нужны, всё можно реализовать на электронике. Интегратор82, можешь примерно рассказать, что будет использоваться в качестве синтезатора, которым ты хочешь управлять? Какие у него возможности для управления?
Тему я переименую в «Лазерная арфа» и перенесу в «Умные мысли». Идея хорошая.
_________________ Память очень интересная штука: бывает так, что запомнишь одно, а вспомнишь другое.
Реклама
JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!
Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc
Сэр Мурр
Модератор
Карма: 46 Рейтинг сообщений: 232 Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07 Сообщений: 11174 Откуда: из мест не столь отдалённых Рейтинг сообщения: 0 Медали: 2
Реклама
Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет
Все верно, при добавлении искуственного дыма веерообразно расходящиеся лучи имитируют струны.
О синтезаторе. Все предельно просто. Есть такая музыкальная компьютерная студия — FL Studio. В ней есть возможность использовать стандартную комп. клавиатуру в качестве синтезаторной. Это-то меня на мысль и натолкнуло. Суть в чем — я выбрал ряд клавиш, соответствующих определенным нотам. Затем припаиваю к контактам этих клавиш провода и сочленю их с реле. При его срабатывании контакты замыкаются — т.е. получается, будто я как обычно нажимаю кнопки клавиатуры. Программа это улавливает и издает звук. Как видите, все действительно примитивно, но зато вполне работоспособно. Все дело теперь только в реле. Я, видите ли, не знаком со всякими триггерами, хотя книги по радиотехнике более-менее читал, а радиодеталей в нашем городке фактически не продают. Но достать их все же можно, потому и спрашиваю совета по части реле.
Фотодиоды у меня типа ФД263. Поначалу хотел воспользоваться поляризованным реле, но когда узнал про их стоимость.
В общем жду совета. Поможете — первую свою композицию посвящу вашему радиообществу. 😉
Реклама
Вебинар поможет в выборе недорогих источников питания оптимальных для систем охраны, промышленных и телекоммуникационных приложений, а также для широкого применения. Будут представлены основные группы источников питания по конструктивным признакам и по областям применения в контексте их стоимости или их особенностей, позволяющих снизить затраты на электропитание конечного устройства.
Мышонок
Друг Кота
Карма: 6 Рейтинг сообщений: 30 Зарегистрирован: Чт сен 14, 2006 11:42:09 Сообщений: 3792 Откуда: Обитаю на чердаке Рейтинг сообщения: 0
Очень грубое представление о работе клавиатуры.
Механические реле не рекомендую по двум причинам: 1) Шум от них большой; 2) Дребезг контактов. Да, и ещё: низкое быстродействие (время «пролёта» надо учитывать). Все функции клавиатуры можно воспроизвести.
С радиодеталями сейчас проблем нет, многие торговые фирмы высылают их почтой.
В общем ясно: управляем лучом света, соответственно имитируем работу клавиатуры и отправляем это дело на компьютер с программой-синтезатором.
Кстати, а ведь число струн ограничено, и высоту тона надо как-то менять. Можешь описать вкратце возможности программы, и что мы можем сделать, исходя из ограниченного числа «струн»?
_________________ Память очень интересная штука: бывает так, что запомнишь одно, а вспомнишь другое.
Реклама
Реклама
Приглашаем всех желающих 13 октября 2021 г. посетить вебинар, посвященный искусственному интеллекту, машинному обучению и решениям для их реализации от Microchip. Современные среды для глубинного обучения нейронных сетей позволяют без детального изучения предмета развернуть искусственную нейронную сеть (ANN) не только на производительных микропроцессорах и ПЛИС, но и на 32-битных микроконтроллерах. А благодаря широкому портфолио Microchip, включающему в себя диапазон компонентов от микроконтроллеров и датчиков до ПЛИС, средств скоростной передачи и хранения информации, возможно решить весь спектр задач, возникающий при обучении, верификации и развёртывании модели ANN.
Сам как фанат Жан Мишеля Жарра скажу, что ето оригинальный инструмент. В оригинале применен голубой аргоновый лазер, расщепляемый на 12 лучей. Из них 8 отвечают за ноты, еще 4 — за спецэффекты типа вибрато и т.д. Для управления можно поставить транзистор в инвертирующем включении и подцеплять к клавиатуре. Особо грамотные обязательно поставят МК и будут управлять по MIDI. Если уж приспичит, то делать буду не попсовые указки, а что-от посерьезнее, и другого цвета. Что касается MIDI, то управление там предельно простое. Поскольку тут особой техники (типа скорости нажатия или щипании струн ) нет, то передавать можно только два вида команд — включение и выключение нот. Кому интересно, могу выложить таблицу MIDI команд.
И вообще! РебятЫ! давайте сделаем ето вместе! кто из Челябинской области, пишите! Мне как тому, кто знает что такое синтезатор, очень хочется оригинальную вещь!
_________________ Увлекательный ресурс об электронике и не только
Стоп, стоп, дайте мне-то на вопрос ответить. Я же тему начал. В моем случае, конечно, ни о каких эффектах вызываемых с помощью тех же лучей речь не идет. Все это, если надо, можно будет сделать в той же FLStudio. Короче, это уже моя забота, не заморочивайтесь насчет этого. Поскольку арфа предназначена не для того, чтобы исполнять всю мелодию полностью, а для аккомпанемента, то я решил задействовать только 17 клавиш. Повторю еще раз — схема примитивная, но я и не планирую с ней совершать мировые турне с последующей трансляцией по ТВ. Если удастся сделать то, что задумал — уже хорошо, а там посмотрим. А о самой FLStudio можно прочесть вот здесь: http://www.mixgalaxy.ru/fruityloops/fruity_school.shtml
Итак, по прежнему жду ваших предложений насчет реле. Именно электронного реле, что механические не годятся — это я уж давно усек.
p.s. >грубое представление о работе клавиатуры Чем же оно грубое? Вроде все понятно описал.
Мышонок
Друг Кота
Карма: 6 Рейтинг сообщений: 30 Зарегистрирован: Чт сен 14, 2006 11:42:09 Сообщений: 3792 Откуда: Обитаю на чердаке Рейтинг сообщения: 0
Итак, по прежнему жду ваших предложений насчет реле. Именно электронного реле, что механические не годятся — это я уж давно усек.
p.s. >грубое представление о работе клавиатуры Чем же оно грубое? Вроде все понятно описал.
_________________ Память очень интересная штука: бывает так, что запомнишь одно, а вспомнишь другое.
Поняли, говоришь. Ну, тогда для «понятливых» еще раз говорю — громкость, тембр, тональность и проч. будет регулировать сама программа, автоматом. Еще раз повторю — все это я устрою сам. Да, это детская игрушка, но большего мне и НЕ НАДО. Тем более, что в наших краях никто даже таких игрушек никогда не видел. Теперь-то надеюсь все ясно?
Если опять все понятно:) — повторю: мне нужна ТОЛЬКО схема реле для этой «игрушки»! Все остальное — целиком и полностью моя забота.
ыыхъ никто так и не понял. ставится ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ТРАНЗИСТОР в связке с ФОТОДИОДОМ. а пресловутый транзистор, будь он уже трижды неладен, цепляется КУДА УГОДНО, будь то синтезатор или обычная клавиатура. Однако я пошел бы дальше и сделал свой миди контроллер на МК, тем более, что это очень просто. А про эффекты я сказал — 4 струны использовались для управления эффектором в оригинальном варианте JMJ.
Ну так никто еще не возжелал делать лазерное пинанино? давайте уже, решайтесь. лично я хочу, и представляю как это будет здорово
PS: не подскажете, чье это мультяшное творчество, увязанное с JMJ? http://www.cdrr.ru/gallery/lepic.shtml Интегратор, уж не ваше ли?
_________________ Увлекательный ресурс об электронике и не только
В связке с фотодиодом. Это параллельно, так, нет? А какого именно типа транзистор нужен? И главное — в продаже таковой где имеется, или как? В смысле, достать реально?
Вот появится капитал — может и мк обзаведусь, что мне мешает-то?:) А пока — с этим надо разобраться.
Творчество-то мое. Хы, а ты как это до него докопался?;)
Вопщем без минимальных знаний, дорогой Интегратор, тут никуда. Цепляем к транзистору типа КТ315 фотодиод, да так, чтобы одной лапой висел на базе, а другой — на земле. Подтягиваем базу резистором к плюсу. Пока фотодиод засвечен, база притянута на землю, транзистор закрыт. Как только луч закрывается, на базу через резистор поступает напряжение питания и транзистор открывается. Все гениальное просто!
Что касается креатива, то нашел его я незамысловатыми манипуляциями и почему-то догадался, что это ваше. Кстати, если не секрет, как оно нарисовано?
_________________ Увлекательный ресурс об электронике и не только
>Все гениальное просто! Я почему-то так и подумал.
Да знания-то есть, просто щас нет особо возможности мозги в этом плане напрягать. Все мимолетно, мимодумно. Планировал заняться этим всерьез летом, как в отпуск уйду, но — невтерпеж. Потому и достаю всех. 😉
А рисунки те рисовал в CorelDraw, с применением PhotoPaint’а и 3DSMax’а.
Однако статья про арфу меня удивила не меньше. Лучи там вроде никуда не выходят, однако странно вот что:
Очень трудно (читай НЕВОЗМОЖНО) определить, в каком месте пересечен луч, для изменения тона. Хотя и на обычно арфе такого эффекта нет. скорее всего это посто ошибка. Наиболее нормальная фотография в конце статьи.
Терменвокс Жарр использовал только при игре Oxynene 10, в других композициях используются только синтезаторы. Перчатки маэстро использует лишь для защиты от ожогов, которые при такой мощности лазера (десятки ватт) неизбежны. В общнм, насколько я понял, лучи арфы никуда не уходят, а упираются в планку с фотодиодами. Ессно ни о каком изменении тона не может быть и речи. На фотографиях видны лазерные вееры, уходящие вдаль — это лазерное шоу, они зеленые. Сам лазер арфы аргоновый — он голубого цвета. Хотя на фотографиях других арф есть и красные гелий-неоновые лазеры, и смотрятся они, вопреки моему мнению, ничуть не хуже — инферно прям. Дык что генератор дыма с глицерином — и возрадуйтесь братия! Однако почему то часто упоминается сложность прошивки LaserHarp. Уж какая там прошивка, скажите мне? явно не сложнее, думаю тини2313 и то потянет
_________________ Увлекательный ресурс об электронике и не только
Мышонок
Друг Кота
Карма: 6 Рейтинг сообщений: 30 Зарегистрирован: Чт сен 14, 2006 11:42:09 Сообщений: 3792 Откуда: Обитаю на чердаке Рейтинг сообщения: 0
Уважаемый WildCat, поясню про экран: это всевозможные рекламные надписи, часы и т.п., появившиеся в последнее время. Проще говоря: берём проволочку, раскручиваем её с большой скоростью (она становится практически невидимой), направляем на неё модулированный лазерный луч — и получаем различные надписи и изображения.
Прочитал статью,написана она явно не технарём. Вот что бросилось в глаза:
_________________ Память очень интересная штука: бывает так, что запомнишь одно, а вспомнишь другое.
Страница 1 из 6
[ Сообщений: 120 ]
На страницу 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 След.
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Кто сейчас на форуме
Сейчас этот форум просматривают: mic1960, Serg-YC и гости: 20
