Construire une boîte à musique mécanique programmable

Si vous avez déjà vu ces petites boîtes à musique vous vous retrouvez, ou manivelle, et ils jouent un petit morceau encore et encore à partir d'un petit tambour métallique de notes, mais j'aimerais qu'ils aient fait plus que jouer le même morceau de 10 secondes encore et encore pour l'éternité? Si seulement vous pouviez changer la chanson et y écrire votre propre musique ... Maintenant, il y a une idée.

Après une année de conception et de travail, j'ai terminé ma boîte à musique reprogrammable / synthétiseur mécanique / grinder d'orgue Thingy. Il a de nombreux noms et est 100% non électrique. Juste du bois, du métal et un bon pouvoir pour les gens.

J'ai commencé ce projet comme une sorte de preuve de concept, en concevant quelque chose à partir de zéro sans beaucoup de choses pour le baser, et beaucoup de problèmes d'ingénierie à résoudre. De plus, je ne savais pas vraiment ce que je faisais. Il devait être une expérience d'apprentissage et de résolution de problèmes. Et c'était très amusant.

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Vidéo de démonstration

Étape 1: Conception et planification

Comme ce projet commençait entièrement à partir de zéro, j'avais besoin de faire une conception sans faille qui pourrait être facilement travaillée, et une bonne conception réduit toujours les déchets. J'ai décidé d'utiliser du chêne et à 60 $ la planche de 10 pieds, je ne voulais pas en perdre. De plus, sa complexité et sa précision sont extrêmement importantes pour que tout fonctionne correctement.

J'ai commencé avec l'idée: un grand cylindre en bois contiendra des chevilles métalliques. Il fera tourner et forcera les chevilles à pincer les dents métalliques, qui sont accordées à des notes spécifiques.

J'ai sélectionné 12 notes, car cela semblait être un nombre très flexible de notes et m'a permis de le remplir avec une simple échelle de 8 notes au milieu, avec quelques notes extra hautes et basses. Je pourrais aussi accorder des plats ou des objets tranchants si je le voulais spécifiquement, ou obtenir presque toute une gamme chromatique. J'ai sélectionné 32 notes "autour" du cylindre, parce que c'est ce dont vous avez besoin pour jouer à Pop Goes The Weasel, ou n'importe quel 8- bar mesure à l'aide de noires.

Le cylindre est en bois tendre, 8 "de diamètre, que j'ai ramassé gratuitement chez un charpentier à proximité. J'ai trouvé une ceinture qui s'adapte parfaitement autour de lui pour l'utiliser avec quelques engrenages et une ceinture pour le mécanisme de démarrage.

Le matériau des dents a été coupé à partir des dents d'un râteau de jardin. Cela fonctionne très bien car il est flexible mais s'enclenche immédiatement en place. La conception du porte-dents était en quelque sorte en l'air jusqu'à ce que le reste de la machine soit terminé, afin que je puisse faire des tests. Les conceptions initiales étaient trop complexes et minuscules, mais la conception finale (image 3 ci-dessous) est à peu près aussi simple que possible, je crois.

À l'origine, je voulais utiliser presque tout le bois pour ce projet, mais il s'est avéré que le bois n'allait pas offrir la précision dont j'avais besoin pour les dents. J'ai fini par le faire avec un CNC dans mon collège. À l'étape 7, je fais l'hypothèse comment cela pourrait être accompli sans des outils aussi coûteux.

Lors de la conception du cadre en bois, essayez de placer les pièces pour obtenir le moins de bords exposés possible. Les bords que vous avez, essayez de les aligner afin qu'ils créent des bordures et aient toujours l'air attrayants.

Pièces jointes

Étape 2: Matériaux et outils

Matériaux:
  • Planche de chêne (10 pieds de long par 8 pouces de large par 3/4 "d'épaisseur est ce que j'ai commencé avec)
  • Cylindre en bois de 8 "de long par 8" de diamètre
  • Plaque en aluminium
  • Crosse en aluminium de 1 "de largeur 1/4" d'épaisseur
  • 100 piquets en acier
  • Aimants de 384 1/8 "de diamètre par 1/8" de long
  • Dents de râteau
  • Ceinture en caoutchouc de 8 "
  • Ceinture plus petite
  • 3 vitesses
  • Boulon et écrou de chariot
  • ~ Tige en acier de 12 "de long 1/4"
  • Cheville en bois 1/4 "
  • Des biscuits
  • Maillet pour instrument
Outils:
  • Banc de scie
  • Scie à ruban
  • Perceuse
  • Jeu de forets numériques
  • Jeu de forets fractionnaires
  • Colle à bois
  • Pinces
  • Forets
  • Coupe-biscuit
  • Raboteuse
  • Scie cloche 1 "
  • Scellant pour bois polyuréthane
  • Pinces
* Remarque: je vais supposer que vous savez utiliser votre raboteuse, votre scie à table, votre scie à ruban, votre perceuse à colonne, etc. et je n'entrerai pas dans les détails sur le fonctionnement des machines. Si vous utilisez les machines de quelqu'un d'autre, demandez-leur de vous apprendre à les utiliser et ayez quelqu'un autour pour votre sécurité.

Étape 3: Boiseries

Il est donc difficile de trouver du bois dans les formes que vous voulez au magasin de bois d'oeuvre, alors j'ai acheté un morceau de 10 pieds de long qui ne faisait que 8 "de large. Ma solution était de le couper en trois segments de 3, 3 pieds et de les coller ensemble pour former un 2 pied par planche de chêne de 3, 3 pieds.

Tout d'abord, coupez la planche en trois morceaux pairs. Ensuite, rabotez-les à 1/2 "d'épaisseur, car 3/4" est trop épais pour un si petit projet. Ensuite, coupez les encoches de biscuit avec le coupe-biscuit et collez-les en place. Assurez-vous de marquer l'emplacement des biscuits afin de pouvoir les planifier afin qu'ils ne soient pas visibles après les coupes.

Fixez-le ensemble et laissez-le sécher pendant 24 heures.

Mesurez la circonférence du cylindre et divisez-la par 32. Marquez 32 lignes tout autour du cylindre. Maintenant, marquez 12 trous le long de chaque ligne pour chaque note. Il devrait y avoir 384 points à percer maintenant.

Pour percer le cylindre, placez un étau sur le banc de la perceuse à colonne et placez quelques chiffons à l'intérieur des mâchoires ouvertes afin que le bois ne soit pas endommagé. Utilisez un poids sur une chaîne pour vérifier que la ligne de trous que vous percez est bien verticale. Trouvez une perceuse numérique qui mesure quelques millièmes de pouce de plus que 1/8 "et percez les trous exactement à 1" de profondeur en utilisant le contrôle de profondeur sur la presse.

Ensuite, collez un aimant au fond de chaque trou. C'est pour empêcher les chevilles de tomber lorsque le tambour les maintient à l'envers. La meilleure façon de le faire est de placer un aimant à l'extrémité d'une cheville en acier, d'y mettre une goutte de colle et de la pousser délicatement dans le trou. Il doit dépasser du trou de 1/8 ". Tapotez-le ensuite légèrement avec un marteau pour vous assurer qu'il est bien en contact avec le fond.

Étape 4: Boiseries, Pt II

Revenez sur l'ordinateur et imaginez un moyen d'obtenir vos dimensions de forme sur du papier. Vous pouvez exporter des images 2D à partir de votre logiciel de conception et les imprimer à l'échelle, ou simplement lire les dimensions et les marquer sur le bois avec un crayon et un carré. Lorsque vous placez des objets sur le bois, n'oubliez pas de garder les bords visibles à l'écart des biscuits! Cela aide si votre conception est sur des découpes séparées afin que vous puissiez jouer avec le positionnement pour maximiser le rendement en bois. N'oubliez pas que la lame de scie à table consommera environ 1/8 "de bois, alors laissez des espaces entre vos pièces.

Je voudrais faire une note de sécurité. Les scies à table sont des machines horribles et ridiculement dangereuses. Si vous n'avez pas incroyablement peur de la scie, NE l'utilisez PAS. Vous avez besoin d'une quantité de peur très saine, de sorte que vous prendrez toutes les précautions nécessaires lors de son utilisation ou que vous perdrez vos pouces. Je suis serieux.

Une fois vos pièces découpées, il reste quelques trous à percer. Percez les trous de l'arbre sur lequel le tambour tournera et les trous des ports sonores sur la pièce avant. Ne percez pas encore les trous dans les pièces octogonales qui iront dans le tambour, car vous devrez trouver correctement le centre une fois en place. Commencez maintenant le serrage et le collage. J'avoue que j'étais sur un calendrier serré à l'époque et que je devais faire ces pièces en quelques heures, j'ai donc triché et utilisé un pistolet à clous. C'était une idée terrible, les pistolets à clous provoquent des fissures dans le bois dur, alors ne le faites pas! Prenez le temps d'utiliser correctement la colle et les pinces.

Pour faire la manivelle, coupez un goujon de 1, 5 "et un goujon de 2". Coupez un morceau de chêne restant en un morceau de 2 "par 1/2". Percez un trou profond de 1/4 "près d'une extrémité d'un côté et un autre trou à l'autre extrémité du côté opposé. Collez une cheville dans chaque trou. La cheville de 2" ira à l'intérieur de la machine et 2 "peut être plus longue que nécessaire afin qu'il puisse être réduit en conséquence.

La façon dont j'ai trouvé pour coller les pièces d'extrémité dans le tambour en bois était comme ça; Tout d'abord, mettez de la colle à bois à l'extérieur du premier octogone et posez-la à plat sur la table. Ensuite, posez le canon dessus pour qu'ils s'emboîtent. Assurez-vous qu'ils sont alignés correctement et essuyez tout excès ou suintement de colle. Attendez qu'il sèche. Prenez ensuite un outil de recherche de centre * et localisez le centre de ce côté du tambour. Percer un 1/4 "pour correspondre au diamètre de votre arbre. Maintenant, faites la même chose avec le deuxième octogone, mais cette fois, pour vous assurer que tout est poussé à plat et que l'octogone n'est pas trop loin dans le canon, poussez-le avec un tige ou cheville à travers le trou à l'extrémité opposée.Une fois la colle sèche, trouver le centre du deuxième côté et percer un deuxième trou.tout devrait être parfait!

Coupez une longueur de 12 "de tige en acier solide de 1/4" pour l'arbre sur lequel le tambour tournera. Limez les extrémités afin qu'elles soient lisses.

* Un excellent Instructable pour un outil de recherche de centre est //www.instructables.com/id/Make-a-Center-Finder/

Étape 5: Mécanique

Maintenant, nous devons commencer à travailler sur les liaisons mécaniques et la manivelle pour le mouvement du tambour. Étant donné que mettre la manivelle au niveau du tambour entraînerait la manivelle frapper la table, j'ai dû concevoir des mécanismes de transfert pour me permettre de la mettre plus haut.

J'ai trouvé des engrenages en plastique qui s'engrènent correctement avec la courroie en caoutchouc de 8 "que j'avais pour le tambour. J'ai collé deux des engrenages ensemble et collé un long boulon dans un trou que j'ai percé à travers le côté de la boîte. Au bout de la boîte, J'ai percé un trou et y ai collé un écrou. Cela me permettrait d'insérer une vis mécanique avec une armature captive, qui maintenait un engrenage à l'extrémité. Cela me permettait de tendre une courroie de transfert pour empêcher le glissement des courroies et mais rend toujours la manivelle facile à tourner.

Le résultat est ce que vous voyez dans l'image ci-dessous. Le système fonctionne plutôt bien, et je ne pense pas qu'il puisse y avoir un moyen beaucoup plus facile de le faire sans fabriquer des engrenages personnalisés.

Une chose importante à penser est l'espace dont vous disposez. Il y avait seulement environ un pouce d'espace entre la paroi interne et le tambour, donc l'espace était restreint.

Étape 6: Finition du bois

J'ai décidé de finir la plupart du bois tôt car je n'allais pas pouvoir continuer à travailler sur le projet pendant les quatre prochains mois, et je ne voulais pas qu'il se salisse ou change de forme à cause de l'eau dans l'air. Je l'ai juste enduit de quelques couches de polyuréthane Minwax pour le rendre brillant et faire ressortir un peu plus la couleur du bois.

Une fois le polyuréthane sec, serrez la courroie de 8 "sur le bord du tambour. J'ai coupé la courroie en deux car elle était trop large et recouvrait la première rangée de trous. Si elle ne tient pas en place par friction seule, vous peut utiliser des clous de finition pour le clouer en place.

Étape 7: La mécanique musicale

Ce fut un défi d'ingénierie majeur pendant un bon moment. J'avais quelques designs qui étaient un buste, ils étaient juste beaucoup trop petits pour être pratiques. J'ai fini par distiller les idées dans ce que je pense être aussi simple que possible.

La dent, qui est un morceau d'acier provenant d'un râteau à feuilles, est prise en sandwich entre deux plaques d'aluminium. La dent est pliée à la pointe et a à peu près la longueur nécessaire, plus une longueur suffisante pour être maintenue fermement dans les plaques. Il est fixé avec deux petites vis qui traversent la plaque supérieure et dans les trous filetés de la plaque inférieure. La plaque inférieure repose ensuite sur une grande plaque d'aluminium avec des fentes usinées. En bas se trouvent des fentes plus grandes avec des écrous captifs, maintenues en place contre le haut de la boîte à musique. Une vis passe à travers un trou dans la deuxième plaque et dans l'un des écrous afin que sa position puisse être contrôlée en la faisant glisser de haut en bas dans la fente.

En utilisant cette méthode, la longueur des dents peut être réglée sur la note appropriée, puis le porte-dents peut être déplacé vers les broches du baril, et aligné pour la bonne quantité de force de pincement.

Pour construire les porte-dents, j'ai utilisé un stock d'aluminium de 1 "de large 1/4" d'épaisseur. Comme je n'avais que 15, 3 mm d'espace par dent, j'ai coupé les morceaux à 15 mm de large, puis en segments de 15 mm et 30 mm de long.

Les dents peuvent être coupées du râteau à l'aide d'une scie à métaux ou d'une meuleuse d'angle. Cependant, réduire leurs longueurs est un jeu de devinettes à succès. Selon leur largeur, leur épaisseur et leur composition, leurs caractéristiques de résonance changeront considérablement, je ne peux donc pas donner une liste de longueurs prédéterminées. Vous devrez en couper quelques uns et expérimenter pour trouver ce qui fonctionne pour vos dents. Les pointes peuvent être pliées avec deux paires de pinces.

J'ai utilisé une CNC pour couper la plaque d'aluminium. Maintenant, je sais que l'utilisation d'une CNC est hors du domaine de 99% des lecteurs, mais j'avais les ressources et c'était la meilleure façon logique de faire la conception que j'avais créée.

Si cela devait être fait à l'aide d'outils simples, je dirais que prendre des morceaux de bois en sandwich pour former les fentes, ou utiliser un ciseau pour tailler les fentes pour les noix, et une perceuse et des limes à aiguilles pour faire le reste.

Étape 8: Assemblage final et réglage

Le réglage est un processus fastidieux qui prend une heure ou deux. Les dents peuvent être réglées sur de nombreuses échelles différentes, mais j'ai sélectionné un simple ensemble de notes au piano. Elles sont:

A3
B3
C4 (milieu C)
D4
E4
F4
G4
A4
B4
C5
D5
E5

Le résultat est une assez bonne gamme de notes qui fonctionne pour beaucoup de petites chansons comme Mary Had A Little Lamb, Hot Cross Buns et Pop Goes The Weasel.

Pour régler, commencez par disposer toutes les dents par longueur, puis placez-les fermement dans les porte-dents. Montez tous les supports sur la plaque en aluminium, mais pas à proximité du tambour. Serrez-les pour qu'ils résonnent bien. À l'aide d'un piano ou d'un piano virtuel (comme //www.virtualpiano.net/), jouez la note que vous souhaitez accorder. Frappez la dent correspondante avec un maillet en plastique. S'il est trop haut, desserrez les deux vis retenant la dent et remuez la dent plus loin. S'il est trop bas, poussez-le plus loin. Une fois que les notes sonnent bien (et vous saurez quand), vous pouvez resserrer la dent aussi fort que possible afin qu'elle ne glisse pas. Ensuite, faites glisser le porte-dents vers le tambour et placez une cheville juste à côté. Vous voulez que la cheville touche à peine la dent lorsqu'elle monte, puis la cueillez. Vous ne voulez pas que la dent se plie vers le haut de plus de quelques millimètres. Une force excessive pourrait casser les dents au fil du temps ou faire glisser les engrenages et les courroies.

Répétez ce processus jusqu'à ce que toutes les dents soient réglées. Configurez un «motif de test» en plaçant des chevilles en diagonale à travers le tambour, de sorte qu'il jouera l'échelle lorsqu'il sera tourné. Testez-le! Si ça sonne bien, essayez une chanson ou deux. Vous devriez pouvoir utiliser de la musique écrite pour l'enregistreur, qui devrait bien fonctionner sur cette machine. Des accords sont possibles, mais ceux élaborés peuvent nécessiter plus de couple pour pincer que la manivelle ne le permet.

Étape 9: améliorations et considérations

J'avoue que, après tout le temps et les efforts que j'ai consacrés à la bonne conception de ce projet, il ne s'est pas déroulé aussi bien que je l'espérais. Une partie du problème est la précision insensée requise pour le faire correctement, qui ne pourrait jamais être obtenue avec du bois. Si je devais un jour essayer de construire quelque chose comme ça, il faudrait que ce soit entièrement en métal.

En dehors de cela, je ne pense pas que la conception ait des défauts majeurs. Je serais ravi de voir quelques commentaires sur les améliorations et les améliorations pour l'avenir.

J'espère que vous avez apprécié la lecture, merci beaucoup.

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