Danas je nabavljen uređaj za generiranje 46 različitih zvukova, sirena i melodija predviđen za korištenje u automobilu. Ovakav uređaj i danas proizvodi američka tvrtka Vixen Horns koja se specijalizirala za proizvodnju različitih tipova elektroničkih i zračnih sirena, truba i tome sličnih proizvoda.
Ovaj uređaj može služiti kao megafon te generirati ukupno 46 različitih zvukova što uključuje:
- ANIMAL – 14 zvukova glasanja životinja: ptica, orao, slon, konj, ovca, pas, tigar, krava, pijetao, puran, mačka, patka, kokoš, žaba
- ALARM – zviždaljka, automobilska sirena, vlak, smijeh i još 12 različitih varijacija sirena
- MUSIC – 16 glazbenih melodija: Lambada / It’s a Small, Small World / Fur Elise / Do Re Mi / My Darling / Silent Night / Long,Long Ago / Hungry Dance / For Bogey / Swan Lake / Oh Susannah / Baw Dance / Hallelujah / Row,Row,Row Your Boat / Love Story / When The Saints Go Marching In
- PIANO – sviranje vlastitih tonova pomoću tipkovnice
- MIC – korištenje uređaja kao megafon (razglas) preko priključenog mikrofona
Tipkom MODE odabire se željeni set zvukova, tipkom REPEAT svaki odabrani zvuk će se stalno ponavljati, tipka STOP zaustavlja zvuk. Sve zvukove možete čuti na stranici proizvođača Vixen Horns ili na YouTube kanalima.
Uređaj je inače predviđen za automobilsko napajanje 12 V (preko utičnice za upaljač) i uz isti se isporučuje horn zvučnik od 15 W i mikrofon.
Za generiranje svih tonova se koristi namjenski mikrokontroler u COB izvedbi koji je povezan sa tipkovnicom i LED indikacijama.
Na posebnoj pločici je audio pojačalo sa integriranim krugom TDA2003 te smo nacrtali elektroničku shemu iste.
Tranzistor 2SC945 je mikrofonsko pretpojačalo, a na integriranom krugu TDA2003 se bazira izlazno pojačalo zajedničko za mikrofon i generator zvukova. Međutim, ovdje je zanimljiva upotreba integriranog kruga LM393. Ovaj čip sadrži dva operacijska pojačala – komparatora, a u našem slučaju se koristi samo jedan komparator.
Namjena komparatora je ovdje isključivanje tranzistorskog mikrofonskog pretpojačala kada se koristi generator zvukova i obrnuto. Stoga ovdje ne postoji opcija miksanja generiranih zvukova sa govorom preko mikrofona, nego se istovremeno može koristiti samo jedna funkcija.
Tako će se na pinu VO pojaviti visoka naponska razina u slučaju selekcije ANIMAL, ALARM, MUSIC i PIANO, odnosno niska naponska razina u slučaju odabira MIC. Pin VO je dakle kontrolna linija za selekciju izvora zvuka između COB čipa i nekog vanjskog izvora zvuka (mikrofona).
Snimak signala na pinu VO čipa za generiranje zvukova kada su selektirani interni zvukovi: ANIMAL, ALARM, MUSIC i PIANO.
Snimak signala na pinu VO čipa za generiranje zvukova kada su selektirani vanjski izvori zvuka: MIC.
Vidimo da su kontrolni naponski signali za selekciju izvora zvuka na pinu VO zapravo pravokutni (frekvencije 600 Hz) ali sa visokim odnosom signal-pauza (duty cycle) od 92:8 koji je obrnut za dva slučaja. Tako je u jednom slučaju srednja vrijednost napona na pinu VO oko 1,2 V, a u drugom slučaju 4,1 V. Kad se ovakav signal filtrira preko niskopropusnog RC filtra (10 kΩ, 3,3 µF, 100 kΩ) dobije se srednja vrijednost napona koja je u jednom slučaju oko 0,3 V, a u drugom slučaju oko 3,6 V i ovi naponi dolaze na pin 2 komparatora (invertirajući ulaz). Referentni napon na pinu 3 komparatora (neinvertirajući ulaz) je djeliteljem napona 120 kΩ / 100 kΩ postavljen na 2,3 V. Ako je napon na pinu 2 (-) manji od napona na pinu 3 (+) koji je 2,3 V izlaz iz komparatora će biti visoka naponska razina. Isto tako, ako je napon na pinu 2 (-) veći od napona na pinu 3 (+) koji je 2,3 V izlaz iz komparatora će biti niska naponska razina.
Iz svega dobivamo slijedeće:
- kada su uključeni modovi ANIMAL, ALARM, MUSIC i PIANO, na pinu VO je visoka naponska razina, čime je visoka naponska razina i na ulazu u komparator (3,6 V), a na izlazu iz komparatora je niska naponska razina (nula volti) jer je 3,6 V viši napon od 2,3 V
- kada su uključen mod MIC, na pinu VO je niska naponska razina, čime je visoka naponska razina i na ulazu u komparator (0,3 V), a na izlazu iz komparatora je visoka naponska razina (Vcc) jer je 0,3 V niži napon od 2,3 V
Niska naponska razina na izlazu iz komparatora predstavlja opterećenje (kratki spoj) i snižava napon na CE tranzistora praktično na nulu te mikrofonsko pojačalo ne radi. Visoka naponska razina na izlazu iz komparatora pak održava napon na CE na oko 1,5 V te mikrofonsko pojačalo radi.
Audio signal sa COB čipa (MCU-a) se dobiva na pinu MI i on se preko djelitelja napona vodi izravno na ulaz pojačala sa TDA2003. Pin OS je za određivanje frekvencije internog oscilatora takta MCU-a preko otpornika 1 MΩ. Preostala dva pina (V+ i G) su napajanje MCU-a od stabiliziranih 5 V.
Dodatni pinovi na pločici koji nisu iskorišteni (RO, VCC, GND, RI) su vjerojatno za opcionalno spajanje (dodavanje) drugih audio izvora.
Pojačalo sa TDA2003 radi na naponu 8-18 V i teoretski može isporučiti maksimalno 16 W izlazne snage (17 V / 1,6 Ω). Na 12 V napajanja i zvučniku od 4 Ω pak se dobiva do 4 W snage. Najviše što se može dobiti na napajanju od 12 V je 8 W snage sa opterećenjem 1,6 Ω. U našem slučaju čip TDA2003 nije montiran na hladilo pa bi bilo poželjno da je zvučnik što veće impedancije.
Ovdje smo vidjeli prilično neuobičajenu kontrolu rada tranzistorskog pojačala djelovanjem na napon CE tranzistora preko komparatora. Komparator je vjerojatno ugrađen kako bi se izjednačio širi raspon srednjih vrijednosti upravljačkih napona koji daje MCU, a gdje srednje vrijednosti tih pravokutnih napona ovise o odabranoj frekvenciji takta MCU-a (u našem slučaju 600 Hz). Time iz komparatora uvijek dobijemo čiste upravljačke napone (nula ili Vcc), a onda je potrebno osmisliti najjednostavnije rješenje kako njima uključivati i isključivati mikrofonsko pretpojačalo. LM393 ne može dati dovoljnu struju za izravni pogon tranzistorskog pretpojačala pa kako bi se izbjegli dodatni driveri ovdje se izlaznom impedancijom čipa djeluje na kolektorski napon tranzistora.
Mikrokontroler generira zvukove u obliku pravokutnih signala različite frekvencije i amplitude. Ti pravokutni signali se onda RC filtrima donekle preoblikuju u nešto nalik sinusoidi, no sve je to daleko od čistih sinusnih tonova bez izraženih harmonika. Audio frekvencijski opseg je dosta ograničen, a naravno da i svaki RC filtar najbolje radi u uskom frekvencijskom opsegu. U konačnici, neki od svih tih 46 zvukova zvuče bolje, neki lošije, sve ovisi o mogućnosti sinteze osnovnih frekvencija i generiranim harmoničnim te drugim izobličenjima.
Ovo je uređaj predviđen za rad s horn zvučnicima koji samo po sebi imaju uski frekvencijski opseg, normalno da nitko ne očekuje basove i čiste tonove iz ovakvog uređaja, ovo je uređaj za zabavu, stvaranje buke za privlačenje pozornosti, a u nekim slučajevima može poslužiti i kao kakav alarm ili sirena za upozorenje na opasnost.
Oblik „najčišćeg“ tona (PIANO) kojeg generira MCU je i nakon filtriranja više pravokutnog nego sinusnog oblika. U elektronici je inače puno jednostavnije konstruirati generatore pravokutnih valnih oblika nego generatore čistih sinusnih valnih oblika, posebice ako se traže više frekvencije ili širok raspon podesivih frekvencija.
Razni oblici generiranih signala za pojedine zvukove. Vidi se da to nisu pretjerano složeni signali i svakako su izraženijeg pravokutnog i impulsnog oblika. To znači da uz osnovne frekvencije generiraju i niz harmonika, koji u pojedinim slučajevima mogu poboljšati ukupni zvučni efekt dok u drugim slučajevima znatno izobliče željeni zvuk. Tonovi koji bi trebali biti čisti će uslijed miješanja harmonika dobiti „hrapav“ prizvuk.