<Xy>

an automated quartertone xylophone

Godfried-Willem RAES

2006-2007

[Nederlandstalige versie]


Robot: <Xy>

After extending the orchestration of our robot orchestra in the bass with robots such as <Qt>, <Bako> and <So> we were in need of another instrument in the high pitch range and with short and penetrating percussive pitches. Long sounding percussive instruments such as <Vibi> and the quartertone <Tubi> were since long available. So our choice for a xylophone seems evident. But, since we are working on extensions of what is normally possible with instruments, we decided to design <Xy> as a quartertone instrument with a range of 3 1/2 octaves, 88 notes in total.

The range is:

Two different midi channels are used. The basic channel (2) is for the 'normal' notes, the channel above it (3) for the quartertones.
For the staves themselves we selected a synthetic resin reinforced with glass fiber (brand named 'Vibercore') rather than the usual tropical wood. Synthetic material sounds more penetrating and is a lot more durable as well as pitch-stable over time. Very much by design we did not fit resonators under the lowest staves. By omitting these, we come closer to the historical sound of the original xylophone: the Hultze Glechter as described by Arnold Schlick (1511) to give the sound of a skeleton and hence all associations with the death.

The solenoid beaters, 88 in total, are controlled by four PIC microcontrollers mounted on four PC boards. A complete schematic drawing is shown under tech-specs at the bottom of this page. We selected the 18F4545 microcontroller for this robot. With the firmware developed for this processor we can obtain a pulse time resolution of 27.2µs. All mosfets used are IRL640 types. This type of board was also used for the robots <Klung> and <Belly>. The power supply designed is not stabilised, since the current drawn from it only flows in very short pulses. The voltage is about a factor five higher than the nominal operational voltage for the solenoids, thus allowing for a very fast response. Obviously, sticky notes will burn the solenoids!
The constructional parts for this robot are all made from stainless steel. The robot was designed to be either suspended with strong chains or mounted on its wheelbase, on ground level. For ground transportation and easy manipulation on stages, xy was designed with six heavy duty wheels with red colored polyurethane tires. De center wheel being mounted a few millimeters lower then the right and left wheel couples. Thus turning became really easy. <Xy> was fully finished and functional on april 19th of 2007. It took us six months, pretty fast for a robot of this complexity.


Midi Mapping:

     
  • Midi note range: 65- 108. Velocity implemented.
  • Note Off commands are not required.
  • Controller 66: power on/off switch
  • Controller 123: all notes off
  • Midi notes: 120-127 : lights (ON/OFF)
  • Midi Channels: 2 and 3 (counting 0-15)
  • Lights:
    • channel 2: notes 123,124,125,126: side lights on swanns necks. [127 reserved]
    • channel 3: notes 123, 124: bright white side panels, 125: red LED spotlite lower staves, internal. 126, 127 red LED spotlites upper staves interal.
  • Program change 0, 122-127 select different velocity lookup tables. The velocity scaling lookup tables can be programmed using sysex commands. 0 is the original, non-reprogrammable mapping. It is recommended to allways use 122, which contains an optimised mapping. Program change 123 contains a better scaling for pp playing.


Technical specifications:

Design and construction: dr.Godfried-Willem Raes (2006-2007)

Collaborators on the construction of this robot:

 

Back to Logos-Projects page : projects.html Back to Main Logos page:index.html To Godfried-Willem Raes personal homepage... To Instrument catalogue Naar Godfried-Willem Raes' homepage

Nederlands:

Robot:<Xy>

In het M&M robotorkest hadden we meer en meer behoefte aan een juistgestemd instrument in hoge ligging dat korte tonen kon voortbrengen. Lang klinkend slagwerk hadden al ruim vertegenwoordigd met automaten zoals <Vibi> en <Tubi>. De keuze voor een xylofoon lag dan ook voor de hand. Aansluitend bij onze onderzoeksprojekten naar verruiming van expressiemiddelen in mikrotonale zin in samenwerking met Hogeschool Gent, lag het voor de hand deze automatische xylofoon meteen als kwarttoonsinstrument te bouwen. Daarmee kunnen we nu beschikken over volgende kwarttoonsinstrumenten: <Tubi>, <Puff>, <Qt> en nu dus ook <Xy>. De tessituur voor <Xy> is:

Voor de klankstaven gebruikten we sintetisch glasvezelversterkt materiaal, geleverd onder de merknaam 'Vibercore' door Vancore in Nederland. Dit materiaal geeft een wat harder maar ook naar toonhoogte stabieler resultaat dan de gebruikelijke tropische houtsoorten. Anders dan bij de tegenwoordig gebruikelijke orkest xylofoons verzaakten we heel bewust aan het monteren van buisrezonatoren onder de laagste klankstaven. Op die wijze blijven we dichter bij het historisch klankbeeld, waarin uitgerekend het non-harmonische van de klank voorop staat. Vergeten we niet dat de xylofoon in de muziek simbool stond voor de dood (gerammel van skeletten, zoals beschreven door Sebastian Virdung en Arnold Schlick in 1511 waar die het heeft over de Hultze Glechter, en mid 17e eeuw door Marin Mersenne) en dat die voor de tweede helft van de 20e eeuw nooit met resonatoren werd gebouwd. Voor de schikking van de latten verzaakten we ook aan de traditionele (en eigenlijk uit ergonomisch en speeltechnisch opzicht volslagen idiote) rangschikking van de staven volgens het pianoklavier. We schikten de staven zo dat de ene kant van het instrument de 'gewone' tonen speelt en de andere de kwarttonen. Aangezien de latten het geluid langs beide zijden projekteren, levert dit -anders dan bij ons kwarttoonsorgel <Qt>- geen noemenswaardige balansproblemen op. Elke kant is opgebouwd uit twee bovenelkaar opgestelde vertikale rijen van 22 klankstaven. De klankstaven werden opgehangen op hun nodale punten. Op deze wijze kon het instrument bijzonder kompakt worden gebouwd. De robot kan zowel op het voorziene wielstel op de grond worden geplaatst als opgehangen aan de daarvoor voorziene haken. In dit laatste geval moet de konstruktie van de zoldering natuurlijk wel voorzien zijn van een takel en uiteraard voldoende draagkrachtig. In gebruikelijke teaterzalen stelt dit zelden problemen. Het wielstel bestaat uit zes wielen van 160 mm doorsnede, waarbij het middelste wielkoppel 5 mm lager is gemonteerd dan de andere wielassen. Hierdoor is zonder gebruikmaking van een kruisdissel, toch een goede wend- en verplaatsbaarheid gegarandeerd. De knalrode banden zijn vervaardigd uit massief polyurethaan met een hoge densiteit en een uitstekende veerkracht. De wielen zelf zijn voorzien van degelijke kogellagers.

De gehele konstruktie werd uitgevoerd in manueel TIG gelast inox AISI 304L. Alle boringen uitgevoerd met kobaltboren, evenals de verspanende bewerkingen. Voor sommige uitsnijdingen werd een plasmasnijder gebruikt.

De besturing maakt gebruik van vier afzonderlijke PIC mikrokontrollers van het type 18F4620. Elke processor staat in voor de besturing van 22 klankstaven. De aanslagsterkte van elke staaf kan afzonderlijk binnen ruime grenzen geregeld worden. De polyfonie van het instrument is onbeperkt. De gebruikte elektromagneten zijn van hetzelfde type dat we ook gebruikten voor <Tubi> en <Troms>. De werkingsspanning beloopt zowat het vijfvoudige van wat de spoelen normaal kunnen verwerken. De duty cycle is evenwel beperkt tot minder dan 10%.

Als extra features werd <Xy> ook nog voorzien van lampjes: vier op zwanenhalzen gemonteerde lampjes, vier fel witte LED's op de zijpanelen, drie rode LED spots op de binnenzijde van het instrument. Uiteraard allemaal stuur- en programmeerbaar. De technische bijzonderheden zijn uitvoerig bekommentarieerd en gedokumenteerd in enerzijds het bouwdagboek en anderzijds de technische en onderhoudsinstrukties voor deze robot.


Geillustreerd bouwdagboek:

Omdat ons vaak wordt gevraagd hoeveel werk en tijd kruipt in, en nodig is voor, het bouwen en ontwikkelen van een muzikale robot, hebben we ook voor <Xy> een beknopt bouwdagboek bijgehouden. Omdat we de bouw tot in de laatste details graag illustreren, kan het ook voor anderen die ons op dit pad willen volgen en/of verbeteren, van praktisch nut zijn.

 


(Terug) naar logos-projekten:
projects.html

Terug naar Logos' index-pagina:
index.html

Naar
Godfried-Willem Raes personal homepage...

Naar Godfried-Willem Raes' homepage

Naar katalogus instrumenten
gebouwd door
Godfried-Willem Raes


Last update: 2014-05-27 by Godfried-Willem Raes


Technical data sheet, design calculations and maintenance instructions:

Technische gegevens, ontwerpberekeningen en instrukties voor onderhoud en demontage:

Power supply and circuit overview (only two boards shown):

Solenoid specification: August Laukhuff, 12/14V nominal at 100% duty cycle. Rdc = 30 Ohm, I=470mA. Holding force 6 - 7.5N. When used on 60V, the current drawn during the pulse is 2A. Duty cycle should be limited to 10%.

White LED's: Uv=3.5V, Imax 30mA, 20 degrees, 850mcd.

Power supply calculation:

The calculation for the requirements on the power supply are a little complicated. A first limiting factor is due to the fact that data are transmitted to the robot in a serial (midi) format. If the note-on messages flow in neck to neck at the full midi baud-rate of 31250b/s, the minimum time between the starts of any two note-on commands will be 952 microseconds. Thus a command to play all 88 notes at once will take a minimum time of 83ms. We would hear this as a fast arpeggio. This is unavoidable although the effect can be greatly masked by sending all the notes in such clusters out of order.

If we scale the duration of the 1-127 velocity range from midi on pulse-times in the range 156 microseconds to 20ms, the consequence is that given the limitations of midi, we can have a maximum of 20ms / 952µs = 21 overlapping velo-pulses. If we use a 48V power supply, the current required from it is thus reduced to: 21 . (48V / 30) = 33.6A, or in peak power terms : 1613Watt. So we should dimension the buffer elco such as to be capable of coping with such situations. A 15mF elco would give us an RC time of 20ms, so if we select a hefty 47mF cap we stay on the safe side. The transformer should be capable of delivering 8A. The VA rating should be ca. 400VA. In the final design we relaxed the requirements a bit, and went for a 300VA toroidal transformer with two separate 18V windings. The capacitor is rated 22mF/64V.

Lites and auxiliary power supply: Omron, DIN rail mount type, S82K-2112. Input voltage range: 200-240Vac, Output 12V / 1.2A. Lot nr. 2863, made in Japan.

Detailed midi-lites mapping:

Note with regard to the lites: