Светомузыкальная танцплощадка
На столе — небольшая коробка в виде импровизированной эстрады с фигуркой танцора на сцене и с двумя ручками управления на лицевой стенке. Заиграла музыка, и танцор "ожил" — он начал плясать, выполняя под ритм самые разнообразные движения руками, ногами, корпусом. Одновременно на сцене появляются вспышки света, также согласованные с ритмом исполняемого музыкального произведения.
Как же удается заставить плясать фигурку танцора? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно познакомиться с устройством этого необычного эстрадного театра . Он состоит из нескольких деталей. Главная из них — сцена 6, изготовленная из фанеры или другого прочного материала толщиной 5. . .8 мм. Дна у сцены нет, а в верхней крышке вырезано отверстие под динамическую головку 11. К динамической головке прикреплен резиновым клеем кружок 12 из чертежной бумаги. На этом кружке стоит фигурка танцора 5. Туловище фигурки вырезают из легкого материала, скажем, бальзы, а трубочки для рук и ног из сухой бузины или тоже бальзы. Через трубочки пропускают швейную нить и прикрепляют ее к туловищу так, чтобы трубочки легко сгибались относительно друг друга и туловища. С помощью такой же нити 4 фигурку прикрепляют к крыше 7 театра. При этом ноги танцора должны касаться кружка динамической головки, но не сгибаться.
Спереди к сцене прикрепляют П-образную стойку 10, изготовленную из картона или плотной чертежной бумаги. Лицевую часть стойки нужно оформить так, чтобы было впечатление, что это занавески и шторы, а также барьер сцены.
В углах стойки с внутренней стороны укреплены держатели 8 — по два в каждом углу на некотором расстоянии друг от друга. Они изготовлены из картона. В стойки ввернуты малогабаритные лампы 9, которые соединяют проводниками с электронным устройством, размещенным внутри сцены.
Крышу 7 склеивают из картона или плотной чертежной бумаги и приклеивают к стойке 10.
Сзади к сцене и крыше винтами / прикрепляют стенку 2 с предварительно приклеенным к ней декоративным панно 3 — это может быть подходящая иллюстрация из журнала или собственный рисунок, скажем, абстрактного содержания.
Теперь, наверное, будет понятно, почему фигурка танцора пляшет. Ведь она касается бумажного кружка динамической головки. Стоит подать на головку сигнал, звуковой частоты — и кружок начнет вместе с диффузором головки колебаться вверх-вниз, а значит, подбрасывать ноги танцора. Фигурка придет в движение. Хотя колебания кружка едва заметны на глаз, скорость их и сила толчка достаточны, чтобы фигурка подпрыгивала сравнительно высоко, имитируя пируэты настоящего танцора.
Она состоит из двух узлов: усилителя звуковой частоты, собранного на транзисторах VT3—VT7, и светодинамического сопровождения, выполненного на транзисторах VT1, VT2. Оба узла работают от сигнала звуковой частоты, поступающего на разъем XS1 с динамической головки радиоприемника, магнитофона или трансляционного громкоговорителя. Рассмотрим работу каждого узла.
Сначала об узле светодинамического сопровождения. Входной сигнал подается через конденсатор С 1 на регулятор яркости вспышек — переменный резистор R2. Этот резистор одновременно входит в состав делителя напряжения R3, R2, предназначенного для установки нужного напряжения смещения на базе транзистора VT1. Подобный способ подачи смещения обладает малой термостабильностью , но выбран из-за своей сравнительной простоты, тем более, что пользоваться игрушкой будут в помещении с относительно постоянной температурой окружающей среды.
Подаваемый на базу транзистора VT1 сигнал будет зависеть от положения движка переменного резистора R2: чем он ближе к верхнему по схеме выводу, т.е. к базе транзистора, тем больший сигнал будет поступать на базу. Изменение сигнала на базе при перемещении движка резистора происходит из-за того, что сопротивление между движком и верхним выводом составляет с сопротивлением эмиттерно-го перехода (т.е. сопротивлением между базой и эмиттером) делитель напряжения, коэффициент передачи которого изменяется по мере приближения движка к верхнему выводу или удаления от него.
С нагрузки первого каскада (резистор R4) усиленный сигнал подается через конденсатор СЗ на второй каскад, нагрузкой которого являются четыре последовательно соединенные лампы HL1 — HL4. Режим работы каскада подобран с помощью делителя R5, R6 таким образом, что в отсутствие сигнала лампы либо не светятся, либо их нити едва накалены. С приходом же сигнала яркость ламп возрастает тем больше, чем больше амплитуда сигнала.
Усилитель звуковой частоты собран по такой же схеме, что и усилитель одноголосного электромузыкального инструмента, о котором рассказывалось ранее. Исключение составляет использование в выходном каскаде маломощных транзисторов VT6, VT7 и разделительного конденсатора С5 меньшей емкости. Это обусловлено применением динамической головки ВА 1 небольшой мощности.
Сигнал на усилитель подается через конденсатор С 4 с движка переменного резистора R1 — это регулятор громкости. Он спарен с выключателем питания игрушки SA1. Источником питания служит батарея GB1.
Транзисторы VT1, VT3, VT4 могут быть серий МП39—МП42 с возможно большим статическим коэффициентом передачи тока, VT2 — любой из серий П213— П217 (желательно с большим коэффициентом передачи); VT5 —другой маломощный германиевый транзистор структуры п-р-п (например, МП35, МП37Б), VT6, VT7 — МП41, МП41А, МП42А, МП42Б с наибольшим коэффициентом передачи тока.
Динамическая головка — от абонентского трансляционного громкоговорителя или другая круглая динамическая головка мощностью до 1 Вт и со звуковой катушкой сопротивлением 4... 8 Ом. От размеров динамической головки зависят габаритные размеры конструкции.
Лампы — МН 2, 5-0, 15, но подойдут МН 3, 5-0, 26 или аналогичные. В последнем случае придется включить последовательно только три лампы вместо четырех, чтобы яркость вспышек была больше. Постоянные резисторы — МЛТ-0, 25, переменный R2 —СП-I или подобный, R1 — любого типа, спаренный с выключателем SA1. Оксидные конденсаторы — К50-6, диод — любой из серии Д 9 , разъем XS1 — любой конструкции, например СГ-3. Источником питания могут быть две последовательно соединенные батареи 3336 либо маломощный выпрямитель с выходным напряжением 8. . . 10 В.
Часть деталей электронной "начинки" игрушки размещена на монтажной плате (рис. 76), причем мощный транзистор VT2 укреплен в отверстии в плате. Плату прикрепляют к задней стенке сцены изнутри. На этой же стенке размещают разъем . XS1. Переменные резисторы укрепляют на передней стенке сцены. О креплении ламп и динамической головки было сказано ранее.
На время налаживания конструкцию желательно питать от выпрямителя. Если пульсации выпрямленного напряжения значительны, следует подключить к выходным зажимам или проводникам выпрямителя оксидный конденсатор емкостью до 1000 мкФ. Включив питание, нужно измерить постоянное напряжение на коллекторе (относительно общего провода) транзистора VT1 — оно должно быть около 3 В. При значительном отличии измеренного напряжения следует подобрать резистор R3.
Затем измеряют падение напряжения на лампах HL1 — HL4, иначе говоря, напряжение между коллектором транзистора VT2 и минусовым проводом питания — оно должно быть около 0, 5 В. Такое напряжение при необходимости можно установить подбором резистора R5.
Можно поступить иначе. Включить временно вместо постоянного резистора R5 переменный сопротивлением 6, 8 — 10 кОм, а последовательно с ним — постоянный сопротивлением 1 кОм. Уменьшением сопротивления этой цепи нужно добиться едва заметного накала ламп, а затем немного увеличить сопротивление цепи переменным резистором, измерить получившееся общее сопротивление и впаять в устройство постоянный резистор такого же или возможно близкого номинала. Окончательно подобрать резистор можно во время проверки установки в работе.
В усилителе звуковой частоты проверяют напряжение между эмиттером и коллектором транзистора VT7 — оно должно быть равно примерно половине напряжения источника питания. При необходимости это напряжение устанавливают точнее подбором резистора R7.
После этого полезно проверить потребляемый установкой ток от источника питания. Для этого при разомкнутых контактах выключателя SA1 подключают параллельно им миллиамперметр на 100 — 500 мА. Стрелка прибора должна показать ток 40...60мА. При значительно большем токе желательно установить резистор R5 с большим сопротивлением.
Далее подают на вход установки сигнал с динамической головки какого-нибудь радиоустройства: радиоприемника, магнитофона, электрофона, трехпрограммного (или обычного) трансляционного громкоговорителя. Устанавливают нормальную громкость звучания, а затем перемещением движка переменного резистора R1 от нижнего (по схеме) вывода проверяют громкость звука установки. Она должна быть достаточной, а колебания диффузора головки ВА 1 такими, чтобы фигурка пришла в движение. В крайнем случае фигурку можно опустить немного ниже.
При такой громкости нужно перемещать вверх (по схеме) движок переменного резистора R2 и наблюдать за лампами. Если они вспыхивают достаточно ярко и хорошо освещают сцену даже при среднем положении движка, все в порядке. Если же яркости не хватает даже тогда, когда движок находится в верхнем положении, нужно увеличить начальный ток коллектора транзистора VT2 подбором резистора R5 (установить резистор с меньшим сопротивлением). Однако следует помнить, что чем больше начальный ток, тем больше потребление тока от источника питания и тем больше разогрев транзистора.
В заключение следует проверить потребляемый установкой ток в рабочем режиме. Для этого нужно вновь выключить установку и подключить миллиамперметр параллельно контактам выключателя SA1. При наибольшей громкости звука и максимальной яркости ламп ток не должен быть более 200 мА.
Если во время работы будет сильно нагреваться транзистор VT2, нужно либо уменьшить его начальный ток, либо установить транзистор на небольшой радиатор, либо заменить транзистор другим, с большим коэффициентом передачи тока.
Большего эффекта действия игрушки можно добиться, если сцену будут освещать не просто вспышки ламп, а цветные сполохи, окраска которых будет зависеть от "содержания" музыки. Иными словами, можно применить цветомузыкальное освещение сцены. С этой целью вместо каскада на транзисторе VT2, питающего лампы HL1 — HL4, нужно собрать три каскада (рис. 77), каждый из которых питает "свою" лампу, окрашенную в соответствующий цвет.
Но и это не все. Каждый каскад рассчитан на работу при поступлении на его вход сигнала определенной частоты. А значит, каждая лампа вспыхивает только при определенных звуках исполняемой, мелодии. Скажем, лампа НИ красного цвета зажигается только при сигналах частотой до 200 Гц, лампа HL2 зеленого цвета— пр и сигналах частотой примерно от 100 до 900 Гц, а лампа HL3 синего цвета — при сигналах частотой свыше 600 Гц. Для этого в каскадах установлены соответствующие фильтры.
Первый каскад усилителя цветового сопровождения остается прежним, за исключением резистора нагрузки R4 —он берется с меньшим сопротивлением. На базу транзистора VT2 сигнал поступает через фильтр СЗ, С 6 , хорошо пропускающий сигналы частотой до 200 Гц и значительно ослабляющий сигналы более высоких частот. Будем считать, что это каскад нижних частот.
На базу транзистора VT8 каскада средних частот сигнал поступает через фильтр С 7 , С8 — он ослабляет низшие и высшие частоты, но пропускает средние. На базу транзистора VT9 каскада высших частот проходят через конденсатор С 2 только сигналы высших частот, средние и низшие ослабляются им.
На базы транзисторов каскадов низших и средних частот поступают более сильные сигналы (большие по амплитуде), чем на каскад высших частот. Поэтому в эти каскады введены подстроечные резисторы R6 R12, выравнивающие усиление каскадов.
Конденсаторы СЗ, С 6 , С7 - К50-6, С8 и С9 - К50-ЗА. Подстроечные резисторы — СПЗ-1а или СПЗ-16. Транзисторы VT2, VT8, VT9 —любые из серий П213—П217 с возможно большим статическим коэффициентом передачи тока, но одинаковым или близким. Каждый транзистор желательно укрепить на небольшой теплоотводящей пластине из алюминия или дюралюминия толщиной 2. . .3 мм. Лампы — на напряжение 6, 3В и ток 0, 28 А, но подойдут лампы на 3, 5 В и даже 2, 5 В — в этом случае в каждом каскаде следует использовать по две последовательно соединенные лампы.
Потребляемая игрушкой мощность при использовании цветомузыкальной приставки возрастет, поэтому питать ее целесообразнее от выпрямителя.
Налаживают цветомузыкальную приставку в такой последовательности. Сначала устанавливают режим работы каскада на транзисторе VT1, как было рассказано ранее. Затем подбором резисторов R5, R11f R12 устанавливают падение напряжения на соответствующей лампе не более 1В (для ламп на 6, 3 В).
Далее движки подстроечных резисторов устанавливают в среднее положение, подают на вход (разъем XS1) сигнал с генератора звуковой частоты и устанавливают амплитуду сигнала равной 0, 5В при частоте 1000 Гц. Перемещая движок переменного резистора R2, добиваются наиболее яркого свечения лампы HL3 (или включенных вместо нее двух ламп). Напряжение на лампе не должно превышать допустимого , иначе лампа перегорит.
При неизменной амплитуде выходного сигнала генератора изменяют его частоту и определяют частоту, при которой яркость лампы наибольшая. По мере увеличения яркости движок переменного резистора R2 перемещают вниз (по схеме), чтобы каскад не перегружался. Максимальной яркости будет соответствовать резонансная частота каскада высших частот. Чтобы сместить ее в ту или иную сторону, нужно изменить емкость конденсатора С 2 : при уменьшении емкости резонансная частота возрастает и наоборот. Начиная с резонансной частоты и выше (до определенного предела), яркость лампы будет оставаться практически постоянной.
После этого частоту генератора уменьшают, поставив предварительно движок подстроечного резистора R12 в верхнее (по схеме) положение. Как и в предыдущем случае, находят резонансную частоту каскада средних частот. При подходе к ней яркость лампы Н L2 уменьшают перемещением движка подстроечного резистора вниз (по схеме). Вполне допустимо, если резонансная частота окажется в пределах 200. . .400 Гц. Для того чтобы сместить ее в сторону более низких частот, достаточно увеличить емкость конденсатора С 7 , а в сторону более высоких — уменьшить емкость конденсаторов С7 и С8. Движок подстроечного резистора оставляют в таком положении, при котором яркость свечения лампы Н L2 на резонансной частоте такая же, что и лампы Н L3.
Аналогично проверяют и при необходимости налаживают каскад низших частот. Резонансную частоту (около 100 Гц) изменяют подбором конденсаторов С 2 и С5.
Теперь лампы каскадов освещают сцену одинаково ярко на резонансных, частотах при одинаковой амплитуде входного сигнала. Во время же работы игрушки амплитуда сигналов различных частот будет неодинаковой, поэтому на сцене будут появляться сполохи разной окраски и насыщенности. В зависимости от исполняемой мелодии переменным резистором R2 нетрудно установить наиболее приятную яркость освещения сцены.
Немного об окраске баллонов ламп. Лучше всего для этой цели использовать цапонлак. А если его нет, можно применить другой способ. Баллон лампы обезжиривают ацетоном и покрывают слоем клея БФ-2. После высыхания клея баллон один или несколько раз опускают на 3. . .5 с в спиртовые чернила, используемые для заправки фломастеров. После полного высыхания покрытия на него наносят еще один слой клея. Подобный светофильтр выдерживает температуру до 130° С.
А можно поступать иначе. Чернила и клей предварительно перемешать в соотношение 1: 1 по объему и опустить в полученный состав баллон лампы. При этом на лампу нужно подать питающее напряжение. Когда через некоторое время вы извлечете баллон из состава, окрашиваемая поверхность быстро высохнет.