Использование музыкальной клавиатуры как генератора переменного тока с переменной частотой

Необходимые материалы

• Электронная музыкальная клавиатура (идеально с набором тембров: фортепиано, флейта, арфа)
• Моноканальный (одноканальный) адаптер штекера для наушников
• Импеданс-согласующий трансформатор (1 кОм к 8 Ом, например, Radio Shack #273-1380)
• Резистор 10 кОм

Этот эксперимент демонстрирует, как стандартная музыкальная клавиатура может выступать недорогим генератором переменного напряжения с переменной частотой. Выход наушников клавиатуры выдает переменную волну, которую можно усилить или повысить с помощью трансформатора для дальнейших измерений.

Большинство клавиатур имеют хотя бы несколько десятков тембров; тона панорамы или флейты обычно дают наиболее чистый синусоидальный выход, что делает их идеальными для первоначальных испытаний.

Моно-штекер должен соответствовать гнезду наушников клавиатуры. При подключении встроенный динамик клавиатуры отключается, и переменный сигнал появляется на проводах штекера.

Используйте аудио выходной трансформатор (8 Ом вторичка) для повышения напряжения; если используется силовой трансформатор, подключите клавиатуру к низковольтной обмотке для повышающего эффекта. Поскольку выходы клавиатуры низковольтны, нет риска удара током.

Ключевые концепции

• Амплитуда против частоты: Понять, как уровень напряжения и частота формы волны независимы
• Измерение переменного тока: Использовать мультиметр с функциями напряжения и частоты для записи характеристик формы волны
• Работа трансформатора: Наблюдать повышающие коэффициенты и как согласование импедансов влияет на качество сигнала

Перекрестные ссылки

• Lessons In Electric Circuits, Vol. 2, Chap. 1 – «Basic AC Theory»
• Lessons In Electric Circuits, Vol. 2, Chap. 7 – «Mixed‑Frequency AC Signals»

Схема

Иллюстрация

Процедура

1. Установите клавиатуру в режим удерживаемой ноты, чтобы амплитуда оставалась постоянной, пока нажата клавиша.
2. Подключите моно-штекер к гнезду наушников клавиатуры и к вашей измерительной схеме.
3. Используйте мультиметр для чтения исходного переменного напряжения на штекере. Затем измерьте повышенное напряжение на вторичке трансформатора. Запишите отношение между двумя показаниями.
4. Если ваш прибор имеет дисплей частоты, запишите частоту для каждой сыгранной ноты. Вы должны наблюдать стандартную равнотемпераментную гамму: каждая октава удваивает частоту, а каждый полутон увеличивает частоту в факторе 2^(1/12).
5. Проверьте, что изменение громкости клавиатуры (амплитуды) не влияет на измеренную частоту.
6. Подключите резистор 10 кОм последовательно с выходом наушников и измерьте переменный ток. Частота тока должна совпадать с частотой напряжения для каждой ноты.

Рабочий лист

• Mixed‑Frequency Signals Worksheet