La cornamusa elettronica

Costruiamo una piccola cornamusa elettronica: uno strumento musicale che farร  la gioia dei bambini e che permetterร  loro di suonare 8 note e di traslare la loro frequenza a piacimento mediante un potenziometro.

Il progetto che vi presentiamo รจ un semplice strumento musicale che possiamo considerare un remake elettronico di una cornamusa, giacchรฉ come il popolare e antichissimo strumento, peraltro saldamente ancorato alla tradizione natalizia, permette di far slittare a tonalitร  delle note mentre lo si sta suonando.

Questo piccolo circuito, alla portata di chiunque perchรฉ essenziale, economico e di facile realizzazione, puรฒ diventare il primo strumento musicale per un bambino o un ameno gadget per accompagnare con delle musichette le feste di fine dโ€™anno.

Schema elettrico cornamusa elettronica

 

Andiamo subito a vedere di cosa si tratta, analizzando il circuito che realizza lo strumento musicale, il quale sostanzialmente รจ un multivibratore astabile a BJT di tipo NPN, cui abbiamo aggiunto un cicalino piezo (senza elettronica, perchรฉ verrร  pilotato dal segnale variabile prodotto dallโ€™astabile stesso) e un trimmer in modo da alterare la frequenza spostandola anche di unโ€™ottava.

Grazie a una scala di resistenze e ad un filo che facciamo toccare su otto piazzole corrispondenti ai nodi di unione delle resistenze della suddetta scala, possiamo impostare il multivibratore astabile per fargli generare altrettante note, semplicemente toccando con un filo collegato al punto STYLUS le piazzole che nello schema elettrico sono raggruppate sotto la dicitura KEYBOARD.

Chi volesse, potrร  rendere piรน pratico da suonare il piccolo strumento realizzando una vera e propria tastiera, che potrebbe essere composta semplicemente da otto pulsanti normalmente aperti, uniti per unโ€™estremitร  e con i contatti liberi connessi ciascuno ad una delle piazzole KEYBOARD.

Il circuito รจ un generatore di segnale rettangolare, dato che non riesce a mantenere uno stato stabile e i suoi transistor commutano in continuazione e uno in alternativa allโ€™altro, facendo in modo che TR1 e TR2 presentino sempre livelli opposti.

Questo fenomeno inizia quando si alimenta il circuito, allorchรฉ, pur essendo scarichi entrambi i condensatori, il transistor che ha tensione di soglia piรน bassa entra per primo in conduzione e blocca lโ€™altro, almeno fin quando il condensatore collegato alla base di questโ€™ultimo non si carica.

Per comprendere il funzionamento del circuito studiamo innanzitutto quello del multivibratore astabile che ne รจ il cuore, partendo dalla considerazione che puรฒ funzionare, sebbene sia teoricamente composto da due stadi a transistor simmetrici, per il fatto che due BJT, per quanto di uguale modello, hanno caratteristiche leggermente differenti e tali che, nellโ€™istante in cui il circuito riceve lโ€™alimentazione, uno dei due entri in conduzione per primo condizionando lโ€™altro. Infatti nellโ€™astabile le condizioni dei due transistor che lo compongono sono intrecciate e una influenza lโ€™altra.

Per il nostro studio supponiamo che il contatto STYLUS sia collegato a una delle resistenze R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 e che nellโ€™istante in cui applichiamo tensione al circuito tramite i punti + e โ€“ BATTERY, entri in conduzione per primo TR1; per effetto di ciรฒ, il collettore di questโ€™ultimo si porta a circa zero volt (ponendo a massa lโ€™armatura ad esso collegata del condensatore C1) e comunque e un potenziale tale da non permettere la polarizzazione della base del TR2, giacchรฉ la corrente di collettore del TR1 causa nella resistenza R11 una caduta di valore tale da mantenere la Vbe al disotto di quella di soglia. Ciรฒ avviene perchรฉ C2 รจ inizialmente scarico e fa passare corrente.

In questa condizione TR2 resta interdetto e tramite R11 inizia a caricarsi il condensatore C2, fin quando la base del T2 non si trova ad un potenziale tale da far saturare tale transistor, quindi pian-piano la tensione di base del TR2 si abbassa al disotto della tensione di soglia e lo stesso TR2 si interdice.

Adesso รจ il collettore del TR2 ad andare a zero logico e scaricare C1, fornendo alla base del TR1 un impulso a livello basso che porta lo stesso transistor in interdizione, il che comporta che il collettore di tale BJT si porta a livello alto.

Ora C1 inizia a caricarsi e a un certo punto porta la base del TR1 a un potenziale tale da provocarne nuovamente la conduzione di tale BJT, il cui collettore torna a zero volt e fa scaricare immediatamente C2, il quale dร  un impulso a livello basso sulla base del TR2, facendo interdire questโ€™ultimo.

Il ciclo descritto si ripete fin quando il circuito resta alimentato e porta alla produzione di due onde rettangolari opposte di fase su TR1 e TR2, quindi connettendo il cicalino PIEZO tra i due collettori otteniamo un segnale variabile, anzi, alternato, di forma dโ€™onda rettangolare e di ampiezza teorica pari al doppio di quella degli impulsi presenti tra collettore ed emettitore dei transistor.

Unโ€™ampiezza di valore sufficiente a pilotare la pastiglia piezoelettrica che si trova allโ€™interno del cicalino e da farle emettere una vibrazione acustica abbastanza intensa da essere udita al giusto livello nellโ€™ambiente circostante e comunque quanto basta a soddisfare le esigenze di una persona che sta suonando il piccolo strumento.

La durata dei cicli di carica e scarica dei condensatori dellโ€™astabile determina la frequenza della nota riprodotta, nel senso che questโ€™ultima vale:

f = 1/ (t1 + t2)

dove chiamiamo t1 la durata della permanenza del livello alto sul collettore del transistor TR1 e quindi della carica del condensatore C1, mentre con t2 intendiamo la durata del livello alto sul collettore dellโ€™altro transistor (TR2) e della carica del C2.

A loro volta i cicli dipendono dai valori di resistenza e condensatore interessati, quindi R11 per C2 (t2) e la somma di R9, VR1 e quella, tra R2รทR8 collegata dal filo che parte da STYLUS (ci riferiamo alla carica di C1 e quindi al tempo t1). In vero nella determinazione dellโ€™intervallo t1 rientra anche il rapporto tra la resistenza inserita R2รทR8 ed R10, ma prendiamo per buono che questa sia poco rilevante, altrimenti i calcoli si complicherebbero, anche perchรฉ allora dovremmo comprendere anche lโ€™effetto delle correnti di base di TR1 e TR2.

Comunque il calcolo di massima รจ quello proposto dalla formula, dal quale vediamo che, essendo t2 condizionato dai valori delle resistenze inserite, possiamo ottenere dal cicalino tante frequenze quante sono le note piรน una, quindi 8: tante sono le note musicali componenti unโ€™ottava, ovvero DO, RE, MI, FA, SOL, LA, SI, DO.

Resta inteso che le frequenze esatte si ottengono accordando lo strumento con qualcosa simile a quegli strumentini per accordare le chitarre; non va bene il classico diapason, perchรฉ emette tipicamente la nota LA superiore al DO centrale (per centrale si intende quello dellโ€™ottava centrale della tastiera del pianoforte, che ha 88 tasti suddivisi in tre tasti a sinistra, 7 ottave e un ulteriore DO a destra) che per convenzione suona a 440 Hz ma si puรฒ usare un fischietto accordatore.

Nel nostro caso, siccome la minima frequenza riproducibile รจ dellโ€™ordine dei 580 Hz serve qualcosa che suoni a una frequenza maggiore o uguale.

Lโ€™accordo si puรฒ eseguire con il trimmer VR1, il quale essendo montato come reostato permette di variare la resistenza che pone in serie al circuito di carica del condensatore C1 e, piรน esattamente, di aumentarla portando il cursore verso la base del TR1 (allโ€™aumento corrisponde lโ€™allungamento del tempo t1 e quindi lโ€™abbassamento della tonalitร  delle note) o di diminuirla se il cursore si porta nella direzione opposta (la frequenza riprodotta sale perchรฉ t1 si accorcia).

In ultimo, notate (e lo potrete verificare suonando lo strumento) che la nota riprodotta dal nostro piccolo strumento musicale รจ tanto piรน acuta quanto piรน STYLUS viene collegato vicino al positivo di alimentazione, ovvero la nota diviene piรน grave passando dal nodo R1-R2 a quello R2-R3, fino ad arrivare allโ€™estremo libero della R8, condizione alla quale corrisponde la nota piรน grave.

Visto che siamo in tema di frequenze, la minima riproducibile (collegando STYLUS allโ€™estremo libero della resistenza R8 e con il trimmer RV1 tutto inserito) รจ di circa 580 HZ, come appena esposto, mentre la massima รจ dellโ€™ordine dei 2.400 Hz: in questo caso ci troviamo nella condizione di RV1 cortocircuitato e STYLUS collegato al positivo di alimentazione.

Riepilogando, la gamma piรน bassa delle note spazia tra 580 (nota relativa al pad piรน a sinistra del PCB) e 1.680 Hz (nota relativa al pad piรน a destra) portando STYLUS dal positivo di alimentazione allโ€™estremo libero di R8 e corrisponde a RV1 tutto inserito; la piรน acuta, invece, va da circa 990 Hz (pad piรน a sinistra) a 2.400 Hz (pad piรน a destra) e corrisponde a RV1 cortocircuitato. Nelle posizioni intermedie del trimmer si ottengono frequenze intermedie, il che ci permette, volendolo fare, di slittare la nota (funzione Pitch Bend) mentre la suoniamo, un poโ€™ come si fa con il distorsore della chitarra.

Piano di montaggio

Elenco componenti

RรทR91: 1 kohm
R10, R11: 47 kohm
C1, C2: 4,7 nF ceramico
TR1, TR2: BC547
PITCH: Trimmer 47 K MO
PIEZO: Buzzer senza elettronica

Varie: 
- Alberino per trimmer
- Clipo batteria 9V
- Spezzone filo 10 cm
- Circuito stampato S1421

Realizzazione pratica

Bene, spiegato come funziona il circuito, passiamo alla costruzione di questo ameno strumento musicale, che รจ alla portata di tutti, sia perchรฉ utilizza esclusivamente componenti elettronici tradizionali e di facile saldatura (senza le complessitร  e la necessitร  di particolari attrezzature che gli SMD implicherebbero), sia per lโ€™essenzialitร  e il basso costo di realizzazione.

Disponete i componenti a partire dalle resistenze e dai condensatori, per poi passare ai transistor e al cicalino piezo, che deve essere del tipo senza elettronica di controllo, in quanto riceverร  un segnale variabile dal bistabile; essendo senza elettronica, il cicalino puรฒ essere montato senza riguardo per la polaritร .

Il trimmer devโ€™essere dotato di un perno per poterlo azionare tramite una manopola; volendo potete sostituirlo con un potenziometro, che il perno giร  ce lo ha. Per completare il montaggio, inserite e saldate nelle piazzole + e โ€“ BATTERY i due fili (rispettivamente rosso e nero) di una presa volante a strappo per pile da 9V o portapile.

Lโ€™intero circuito va alimentato con una pila da 9 volt (o un alimentatore che fornisca tale tensione ma stabilizzata, nonchรฉ una corrente continua di almeno 60 milliampere) e racchiuso in un contenitore in plastica basso che lasci esposta la fila di pad corrispondenti alle note, da toccare con uno spezzone di filo in rame flessibile isolato da scoprire alle estremitร  e saldare, da un lato, alla piazzola STYLUS del circuito stampato.

Se volete potete realizzare una tastiera composta da otto pulsanti unipolari normalmente aperti uniti per un capo (da collegare al contatto STYLUS del PCB) e gli estremi liberi, uno per ciascun pad; i pulsanti devono possibilmente essere rettangolari, meglio ancora se trovate una piccola tastiera da riciclare di un vecchio organino elettrico o un giocattolo musicale guasto.

I pulsanti andranno posizionati sul pannello superiore del contenitore, dal quale dovrร  spuntare anche la manopola del trimmer; magari aggiungete anche un interruttore di accensione, che collegherete in serie al filo del polo positivo del portapile in modo da risparmiare la pila.

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