Bateria Eletrônica (ART1839)

Apresentamos neste artigo um interessante projeto de gerador de sons

de instrumentos de percussão, como o bongô, tambor, clave, caixa, etc., o qual pode ser usado para o acompanhamento de músicas em equipamentos de som, em conjuntos, ou mesmo por alguém que toque violão. Hoje encontramos este tipo de gerador na forma integrada em muitos órgãos eletrônicos de diversos tamanhos, mas a idéia de se montar um gerador de percussão isolado é interessante, principalmente se levarmos em conta a possibilidade de criar nosso próprio som, é com esse intuito que levamos aos leitores interessados mais uma montagem.

Nos órgãos eletrônicos, mesmo alguns de baixo custo, encontramos geradores de percussão que permitem a produção de sons de tambores, bongôs, pratos e outros que servem para o acompanhamento, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – Percussão em instrumentos eletrônicos simples

Os circuitos para estes efeitos já estão incluídos num chip único que também é responsável pelas notas musicais e até por imitar sons de dezenas de instrumentos musicais.

Infelizmente tais integrados são dedicados e fabricados sob encomenda para o fabricante do órgão, e mesmo se quiséssemos montar o instrumento completo, teríamos dois pontos negativos a considerar:

O primeiro é a parte mecânica que envolve a elaboração de teclas com contatos que devem ser infalíveis para que não ocorram falhas na produção do som e o segundo é que o preço de um protótipo destes é muito menor do que o do próprio material que seria gasto para a montagem de um órgão.

Este segundo ponto é conseqüência da fabricação em massa, quando além da possibilidade de se adquirir os componentes mais baratos é envolvido um processo automático de montagem.

É claro que tudo isso não deve desestimular o leitor que gosta de fazer montagens, e mesmo usando componentes discretos e componentes comuns numa montagem algo tradicional, o nosso projeto tem algumas vantagens em relação aos circuitos dedicados.

Uma delas é que podemos alterar o som obtido trocando os componentes e assim criar novas percussões.

A outra é que teremos o prazer de dizer que fomos nós que montamos algo que somente quem pratica eletrônica sabe como é bom ver um projeto que funciona sair de nossas próprias mãos!

Assim, acrescentamos algumas modificações que modernizam o projeto original, publicado em 1980 levamos ao leitor uma Bateria Eletrônica que gera os sons de 5 instrumentos de percussão:

Tambor

Bongô alto

Bongô baixo

Clave

Caixa

Na versão básica, o acionamento é feito por toque dos dedos, mas nada impede que uma pequena modificação possibilite o uso de interruptores de pressão.

Esta versão inclui seu próprio amplificador de pequena potência, mas nada impede que, num conjunto musical, seu sinal seja aplicado em um mixer e depois a um potente amplificador, ou diretamente num amplificador maior.

Características:

Tensão de alimentação: 110 V

Número de instrumentos sintetizados: 5 (ver introdução)

Potência do amplificador: 1 W com 8 Ω

COMO FUNCIONA

Na figura 2 temos um diagrama de blocos que representa o PercuSom e por onde faremos sua análise.

Fig. 2 - Diagrama de blocos da bateria eletrônica.

 O primeiro bloco a ser analisado corresponde ao sensor de toque.

Neste bloco já temos uma modificação em relação ao projeto original que usava transistores e circuitos integrados 4001.

Modificamos, passando a usar Hex-Inverters do tipo 40106 que tem sensibilidade suficiente de entrada para dispensar o uso dos transistores.

Desta forma, pelo toque em cada sensor de entrada, levamos a saída dos inversores rapidamente ao nível alto, de modo a proporcionar a excitação dos geradores de percussão.

Nestes inversores, os resistores de 2,2 M Ω ligados à entrada, determinam sua sensibilidade, podendo ser aumentados caso houver uma certa dificuldade no disparo.

Observe que, para haver disparo, cada ponto de entrada X1 a X5 deve ser colocado no nível baixo, o que significa que o ponto X deve estar ligado ao corpo do operador.

Isso pode ser conseguido facilmente por meio de uma “pulseira”, conforme mostra a figura 3.

Fig.3-Modo de tocar com o sensor de toque.

Os pontos de toque podem ser feitos num painel de circuito impresso, com o padrão e medidas do projeto original, conforme mostra a figura 4.

Figura 4 – Pontos de toque

Uma possibilidade interessante para os leitores que gostam de expandir nossos projetos consiste em transformar esta bateria num gerador de ritmos.

Basta utilizar um contador, por exemplo com um ou mais 4017, e programar os instrumentos que devem ser acionados numa seqüência por meio de uma matriz de diodos.

Esta matriz, pode ser comutada por meio de uma chave de modo a resultar nos diversos ritmos, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Usando uma matriz de programação

O segundo bloco a ser analisado é o que contém os 5 geradores de percussão.

Temos dois tipos de circuitos para estes geradores.

Um deles é o conhecido oscilador de duplo-T que gera oscilações amortecidas, com o mesmo padrão dos instrumentos de percussão.

Basta então selecionar os valores dos componentes que correspondem ao instrumento desejado e ajustar o trimpot para que o grau de amortecimento seja correspondente.

Observe que, em cada duplo T os capacitores mantém uma relação de valores.

O projetista pode alterar estes valores, mas mantendo sua relação, de modo a criar novos efeitos.

Pode até expandir o circuito com mais integrados 40106 para o acionamento de novos osciladores, aumentando o número de instrumentos da bateria.

E interessante observar que, para um mesmo oscilador como, por exemplo, o do bongô, quando ajustamos o potenciômetro do duplo T para um amortecimento rápido, temos a bateria seca correspondente a este instrumento, mas quando o ajuste produz um amortecimento lento, temos uma batida metálica que se aproxima do triângulo.

A figura 6 mostra os dois tipos de amortecimento.

Figura 6 – Amortecimento longo e amortecimento curto

O gerador de som de caixa se caracteriza por ter um espectro muito largo de freqüências, com uma boa parte composta do que denominamos de “ruído branco”.

O ruído branco é aquele que ouvimos quando colocamos um receptor de FM fora de estação, parecendo uma chuva ou chiado.

No caso do rádio, o ruído é produzido tanto pela infinidade de pequenas descargas estáticas que ocorrem na antena, como também pelos próprios componentes do circuito, os quais, estando numa temperatura acima do zero absoluto têm seus átomos agitados e por isso geram ruídos.

Uma maneira simples de se obter ruído branco é aproveitando o que é gerado na junção semicondutora de um transistor.

Para obter este ruído, basta polarizar esta junção no sentido inverso, tendo um resistor de carga para a retirada do sinal.

Assim, usamos a junção emissor/base de Q5 mantendo o coletor desligado e aplicamos o sinal obtido na base de Q5 para amplificação.

O controle deste sinal é feito pelo sinal aplicado na base de Q7 de modo que Q8 se mantenha no corte em condições normais.

Assim, quando ele recebe o pulso de comando, o “chiado” amplificado passa por Q8 e é transferido ao amplificador.

No coletor de Q8, de onde o sinal vai ser retirado para amplificação, temos um circuito ressonante formado pelo enrolamento primário de um pequeno transformador e C27.

Este circuito está sintonizado em aproximadamente 2 kHz que corresponde a freqüência central do som de caixa.

Com a utilização de um indutor de maior valor é possível ter um som de prato.

Este transformador é o único componente critico do projeto, pois sua resistência de primário e indutância é que vão determinar a qualidade do som produzido.

Como se trata de um componente que não pode ser especificado com precisão sugerimos que o leitor procure na sucata alguns e experimente o que der melhor resultado.

Pequenos transformadores de saída ou drivers de transistores com resistências ôhmicas entre 200 Ω e 1000 Ω devem servir.

Entretanto, alterações de C27 e C23 podem ser feitas no sentido de se chegar ao som exato do tambor ou caixa.

O próximo bloco a ser analisado consiste no amplificador de áudio, que recebe o sinal de todos os osciladores e os amplifica de modo a poder excitar um alto-falante.

Optamos pelo LM386 que é bastante comum no mercado, mas se o leitor quiser pode até usar um integrado mais potente como o TDA2002, redimensionando a fonte de alimentação.

Para usar J1 ligado a um amplificador externo, basta fechar o potenciômetro de volume.

O alto-falante deve ser obrigatoriamente de 8 Ω com pelo menos 10 cm de diâmetro, para melhor qualidade de efeito.

Completamos a análise do circuito com a fonte de alimentação que é bastante simples, tendo por base um circuito integrado regulador de tensão 7812.

A filtragem desta fonte é importante no sentido de garantir a eliminação de qualquer ronco, já que o amplificador tem um bom ganho.

Este ganho, se necessário, pode ser alterado ligando em série com C31 um resistor de 1 k Ω a 10 k Ω.

MONTAGEM

O diagrama completo do PercuSom é mostrado na figura 7.

Figura 7 – Diagrama completo da Bateria

Na figura 8 temos a sugestão da placa de circuito impresso.

Figura 8 – Placa de circuito impresso para a montagem

Conforme o indicado, os sensores são montados em V placa separada ficando no painel do aparelho.

Uma sugestão de caixa pode ser a mesma da versão original, com P6 no painel, caso em que usamos um potenciômetro ao invés de trimpot.

Esta caixa tem seu painel mostrado na figura 9.

Figura 9 – Painel da caixa

Esta caixa pode ser de madeira, plástico ou metal, segundo a habilidade de cada montador.

Os capacitores menores tanto podem ser de poliéster como cerâmicos, enquanto que os maiores são eletrolíticos com tensão de trabalho de 16 V ou mais, exceto C30 que deve ter uma tensão de trabalho de 25 V.

Os resistores são todos de 1/8 W ou maiores e os potenciômetros podem ser rotativos, log para P4 e P5 (se for usado, para P5).

Os diodos e os transistores admitem equivalentes.

O circuito integrado C12 deve ter um radiador de calor.

O transformador tem enrolamento primário conforme a rede local de energia e secundário de 15 V +15 V com 1 A de corrente.

O acabamento da caixa pode ser feito com verniz ou ainda com adesivo.

O Ietreiramento dos controles no painel pode ser feito com decalques.

O cabo de força e o fio para o ponto X do sensor entram por furos na parte posterior da caixa.

Nestes furos devem ser colocadas borrachas de passagem.

AJUSTE E USO

Inicialmente ligue o aparelho e coloque P5 no ponto de médio volume.

Alguns dos osciladores poderão entrar em funcionamento, o que causará a emissão de um tom continuo no alto-falante.

Ajuste então todos os trimpots dos osciladores de duplo T para que as oscilações parem.

Depois, colocando a pulseira sensora X e tocando com o dedo em cada sensor de X, a X4 vá ajustando os trimpots correspondentes para obter o som do instrumento desejado.

Os ajustes correspondem a seguinte ordem: X1- P1- X2 -P2 - X3 - P3 - X4 - P4.

Passe agora a X5 e ajuste P5 de modo a obter som de caixa.

Se for necessário, troque T1.

Para usar interruptores em lugar de sensores de toque, o circuito integrado 40106 pode ser eliminado com a ligação direta aos capacitores de C1 a C5, conforme mostra a figura 10.

Figura 10 – Usando interruptores

 Uma vez comprovado o funcionamento e feito os ajustes é só usar o aparelho.