Как настроить гитару

Мы увлекаемся музыкой, а точнее игрой на гитаре. Периодически нам приходится настраивать свои инструменты, так как со временем они расстраиваются. Делали мы это на слух, но такой способ настройки не точен. Мы решили настраивать наши инструменты с помощью электронных приборов. В магазинах гитарные тюнеры стоят дорого, и мы решили изготовить такой прибор сами.

Целью нашей работы является создание способа настройки гитарных струн при помощи электронного частотомера.

Музыкальный звук

Любой звук, в том числе и музыкальный, характеризуется частотой, или, как говорят музыканты, высотой. Когда источник звука совершает гармонические колебания, он называется музыкальным тоном. Традиционными физиологическими характеристиками воспринимаемого звука являются высота, тембр и громкость.

Громкость тона какой-либо данной высоты определяется амплитудой колебания. Изменение давления в звуковой волне влияет на громкость звука (тона).

Высота звука определяется частотой источника звуковых колебаний. Чем больше частота, тем выше звук. Колебаниям малых частот соответствуют низкие звуки.

Звучание одной и той же ноты в исполнении различных музыкальных инструментов или голоса отличает тембр. Различие формы колебаний, имеющих одинаковый период, связано с разной относительной амплитудой моды и обертонов.

Звуковые волны - упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения. Колебания источника звука (например, гитарной струны) вызывают в воздухе волны сжатия и разрежения.Для гармонического колебания частота - это количество пол-ных колебаний в секунду

Частота колебаний равна единице, если в секунду совершается одно колебание. Эта единица называется герц (Гц).

Необходимым условием для распространения звуковых волн является наличие упругой среды (твёрдого тела, жидкости, газа).

Человеческое ухо способно воспринимать колебания, частота которых лежит в пределах от 17-20 до 20000 Гц.

В музыкальных инструментах высота звука зависит от геометрических размеров вибратора, который создаёт звук. Таким вибратором у гитары является струна.

Изучению звука посвящена специальная область физики - акустика.

Можно провести такой опыт. Вбить в доску 2 гвоздя на расстоянии 1 метр и, натянув между ними тонкую стальную проволоку, оттянуть её и отпустить. Мы услышим звук определённой высоты. Затем закрепим один конец провода в половине длины. Звук станет выше, хотя он будет похож на первый. Сократив в 2 раза геометрический размер струны, мы получили удвоенную частоту звука. Такой частотный диапазон называется октавой.

Числом октав оценивается диапазон частот музыкальных инструментов. Первая октава начинается звуком "до" и кончается звуком "си". Вверх от этой октавы идёт вторая октава, а вниз - малая октава.

При настройке музыкальных инструментов за эталон принят звук "ля" первой октавы. Можно посчитать какой должна быть частота "ля" других октав звукового диапазона.

Обычно для настройки струнных музыкальных инструментов применяют механические приспособления - камертоны.

Мы решили использовать для настройки электронный частотомер.

Для этого нужно преобразовать звук струны в аналогичный ему электронный сигнал. Это делается при помощи адаптеров, преобразующих преобразующие звуковые колебания в электрические той же частоты. Эту частоту мы определили с помощью электронного частотомера.

Частотомер

Звуковой сигнал, преобразованный в электрический, подаётся на вход усилителя на транзисторе VT1. Транзистор почти полностью открыт, он ограничивает только полупериоды отрицательной, и усиливают только полупериоды положительной полярности.

К резистору нагрузки R3 подключена схема на транзисторах VT2 и VT3, которую называют триггер Шмидта. Эта схема при входном сигнале определённой амплитуды и полярности формирует прямоугольные импульсы с частотой повторения, равной частоте входного сигнала.

Формируемые импульсы, амплитуда которых не зависит от формы запускающего сигнала, подаются через переключатель SA1 в измерительную цепь. Она состоит из конденсаторов C4 - C6, диодов VD1, VD2 и цифрового микроамперметра, с пределами измерения 200 мА, зашунтированного подстроечными резисторами R10.1, R10.2, R10.3.

В зависимости от положения переключателя, один из конденсаторов C4 - C6 будет через резистор R8, диод VD3 и микроамперметр заряжаться прямоугольными импульсами и разряжаться через транзистор VT3, резистор R5 и диод VD2 с частотой следования импульсов. Так как частота следования импульсов равна частоте входящего сигнала, средний ток, протекающий через микроамперметр, будет пропорционален частоте сигнала.

Пределы измерения, в зависимости от положения переключателя, 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц. Переменными резисторами R10.1 - 10.3 осуществляется подстройка микроамперметра под выбранный диапазон, на микроамперметре установлен предел измерения 200 мА, используются цифровые значения от 0 до 100, соответственно умножаемые на 10 - на пределе "1 кГц" - и на 100 - на пределе " 10 кГц".

Частотомер питается от сети переменного тока 220 В. мостовой выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке понижающего трансформатора, после конденсатора С3 обеспечивает напряжение 15 В постоянного тока, а после параметрического стабилизатора на диоде VD1 и резисторе R9, напряжение стабилизировано на уровне 12 В.

Для усиления и преобразования сигнала неправильной формы с гитары в прямоугольные импульсы с частотой следования равной частоте колебания струны мы использовали схему усилителя напряжения, собранного на двух транзисторах с общим эмиттером.

Вывод

Частотомер выполнен в коробке, на передней, панели которой находится принципиальная схема с контрольными гнёздами для подключения осциллографа, микроамперметра и гитары. Монтаж выполнен на печатной плате.

Дополнительно опытным путём мы установили, как преобразовать сигнал с гитары в сигнал, частоту которого может измерить наш частотомер.

Работа ещё не завершена. Мы планируем добиться стабилизации уровня быстрозатухающего сигнала. Кроме того, мы намерены экспериментировать с полосовыми резонансными фильтрами.

Частотомер, кроме указанной нами цели - настройки гитарных струн - можно использовать на уроках физики совместно со звуковым генератором или микрофоном при изучении темы "Электрические колебания" и "Звуковые волны".