<Plus - Minus>

2019


 

Plus-Minus wordt een klankinstallatie die interaktief kan worden bespeeld door jong en oud. Het project bestaat uit 36 tot 48 zorgvuldig gestemde dikke holle cilinders uit gehard aluminium. Deze kunnen vrij opgehangen worden in een draagkonstruktie op drie palen. Daartoe worden alle klankbuizen voorzien van boringen op nodale punten waardoorheen dikke nylon snaren met lussen aan beide uiteinden zijn aangebracht. Tot zover is het eigenlijk een hooggestemd buisklokkenspel.

Maar, dat is pas het begin van het projekt. De horizontale buizen waarin de klankstaven worden opgehangen zijn voorzien van MEMS-mikrofoontjes. Het door die mikrofoontjes opgevangen signaal wordt, na voorversterking en signal conditioning, naar een analoge multiplier schakeling gevoerd. Deze schakeling produceert alle som en verschiltonen tussen de signalen opgepikt door elk koppel naast elkaar geplaatste mikrofoontjes. Het resulterend signaal wordt verder versterkt en naar een mengschakeling gevoerd waarna het wordt weergeven door drie onafhankelijke grote hoornluidsprekers die bovenop de vertikale staanders zijn gemonteerd.

De hele installatie is makkelijk verplaatsbaar en kan zowat overal worden opgesteld. De installatie kan door een enkele animator worden opgesteld en begeleid, zodat de uitkoopsommen voor het project redelijk bescheiden kunnen worden gehouden.

We mikken hier in de eerste plaats op culturele centra, opendeur dagen in scholen en instellinngen, team-building sessies voor bedrijven, animaties op openbare plaatsen (straat- en buurtfeesten). Deze aktiviteiten worden steevast op heel korte termijn georganiseerd en precies om daarop te kunnen inspelen, willen we het project eerst helemaal opbouwen en uittesten en dan pas beginnen met het aanbieden ervan aan externe partners. Om dit te doen willen we het project gedurende minstens een maand opstellen in onze loods en daarvoor vele mogelijke afnemers uitnodigen voor een bezoek.

In dit project wordt uitsluitend gebruik gemaakt van analoge elektronica, een vakgebied waarin Logos sedert vijftig jaar een grote expertise heeft opgebouwd. De laatste jaren kan de (her)introductie van kwalitatieve analoge schakelingen in het gebied van de klankkunst ook op een stijgende populariteit rekenen. Bovendien stelt de bouw en uitwerking van dit project het behoud van die expertise binnen Stichting Logos veilig, niet in het minst omdat jonge medewerkers intens bij de ontwikkeling worden betrokken.

Muzikaal-pedagogisch is dit project bijzonder interessant omdat het de participanten, zonder enige noodzakelijke voorkennis, confronteert met de akoestische basisprincipes die aan muzikale harmonie en samenklank ten grondslag liggen. Door de klankstaven op verschillende wijzen op de draagstruktuur te hangen en te bespelen, ontstaan telkens wisselende harmonische samenklanken, tot vele octaven onder de toonhoogtes van de aangeslagen staven. De principes van consonantie en dissonantie worden op deze wijze voor de participanten bijzonder duidelijk gemaakt. Maar, bovenal is het een erg prettig en fascinerend muzikaal speeltuig waaraan een groot plezier kan worden ontleend. Het project is geschikt voor jongeren vanaf 9 jaar, maar kan zeker ook met volwassenen worden ingezet.

Medewerkers aan de bouw en ontwikkeling van de installatie:

Timing - werkplan:

Voor de realisatie van dit klankkunst project werd een projectsubsidie aangevraagd bij de Vlaamse Gemeenschap.

Op 14.01.2019 kregen we een subsidie toegekend voor de realisatie van dit projekt. Dossier nummer 28754.

Bouwdagboek:

15.09.2018: Opstellen van de subsidieaanvraag en uitwerken van de eerste schetsen voor het bouwplan.
14.01.2019: Toekenning van een subsidie van 37.000 euro voor de realisatie van dit projekt.
15.01.2019: Labo proeven met optische sensors: OPB742 en CNY70, reflektieve sensors gebruikt als trillingsopnemers.
16-20.01.2019: De optische sensors blijken perfekt te werken wanneer toegepast op snaren, maar de experimenten op klankbuizen werken niet goed vanwege de erg kleine trillende exkursies van het aluminium.
22.01.2019: Onderzoek naar de mogelijkheid om elektromagnetische transducers toe te passen. De keuze voor aluminium klankbuizen maakt dit echter wel problematisch.
25-26.01.2019: Uitwerking van een mogelijk lasplan voor de hoofdkonstruktie.
27.01.2019: Selektie van geschikte eindversterker modules. Digitale, klasse D versterkers lijken aangewezen. Drie Texas modules ontwikkeld rond de TPA3129D2 chip besteld bij Farnell.
28.01.2019: First wiring sketches:

29.01.2019: Elke klankstaaf krijgt een eigen mikrofoontje, geplaatst in een dikke viltring. ABM-713-RC mikrofoonkapsels besteld bij Farnell. Met een hartafstand van klankstaaf tot klankstaaf van 100 mm, hebben we per drager dan 6 PCB's nodig, formaat 200 x 100. In totaal dus 18 mikrofoon-multiplier PCB's. Eerste uitwerking van de schakeling:
De ABM-713-RC mikrofoontjes zijn omnidirektionele subminiatuur type, met een penafstand van 1.9mm. In onze proefschakeling trekken ze 0.23mA. De ingangskondensator bij de OP27 opamp werd opzettelijk klein (22nF) genomen, om lage tonen op de ingang te verzwakken. Ook het hele netwerk rond die opamp werd berekend om de bandbreedte te beperken.
30.01.2019: Voedingen voor de eindversterkers besteld bij Farnell (24V - 220W). Eerste ontwerpschetsen voor de ringmodulator en voorversterker PCB's.
31.01.2019: Prototype PCB designed, etched drilled and produced for measurements and evaluation. Here is the PCB for this prototype: This board has some minor errors, to be corrected in the production version. De hartafstand tussen de pinnen van de mikrofoontjes is slechts 1.9mm. We vergaten enkele doorverbindingen van de massa. In de volgende versie wordt dit uiteraard allemaal rechtgezet. Ook de Weidmueller konnektoren steken te ver uit buiten de print. Ze moeten verschoven worden opdat de montage op de inox dragers mogelijk zou zijn. De eindversterker modules (Texas) werden geleverd door Farnell. Lampjes voor de kompressorschakeling besteld bij Conrad, evenals een voorraad fotogevoelige Bungard printplaat.
01.02.2019: Metingen uitgevoerd op de prototype schakeling met volgende komponentenwijzigingen tegenover het eerste ontwerp: De gain van de laatste trap moet eventueel nog worden aangepast aan wat de Texas eindversterker mag en moet hebben. De signaal ruisverhouding van de gehele schakeling is ongeveer 52dB. Eerste proeven met enkele testbuizen. De kompressor schakeling rond het lampje blijkt behoorlijk goed te werken, al is de belasting van de OP27 aan de hoge kant.
02.02.2019: Redaktie van een degelijk berekeningprogramma voor de nodige aluminium buizen. De materiaal'konstante' in de tekstboek formule (cfr. akoestiek kursus Godfried-Willem Raes) blijkt helemaal niet zo konstant te zijn. Aangezien ons oude en vertrouwd Gaussfit programma niet meer loopt onder Win10, moesten we op zoek naar een alternatief. Dat vonden we op internet onder de naam 'Curve Expert'. Uitgaande van onze meetgevens blijkt die 'konstante', voor het type buis dat we hier gebruiken te verlopen volgens volgende derde-graadsvergelijking: K = 1.7938E6 - 4.0337E2 f + 2.4672E-1 f^2 - 5.12378E-5 f^3. Produktie van een tweede PCB, belichten, ontwikkelen, etsen, boren en solderen. De pinafstand van de 330n kondensatoren blijkt groter dan wat we hadden voorzien. Bij de derde versie van de gedrukte schakeling wordt dit gekorrigeerd. Alle weerstanden zijn 1% metaalfilm., 1/8W, waar de voorraad moet worden aangevuld. De 1/4W types zijn moeilijk in de 0.7mm boorgaatjes te monteren. Er worden geen IC voetjes gebruikt. Hier is een foto van de bestukte 2e test schakeling:De soldeerzijde, waarop de konnektors zijn gesoldeerd en de tantaal bypass kondensatoren op de voedingslijnen zie er nu zo uit:
03.02.2019: Bestelling ontbrekende onderdelen bij Farnell: metaalfilmweerstanden 1%: 20k, 1M, 100k, 6k8 en fimkondensatoren 10uF, 330nF, 10nF, 22nF, 220nF. Verdere afwerking en tests van de bestukte 2e schakeling.
04.02.2019: De OP27's blijken niet voldoende stroom te kunnen leveren om de lamp-kompressor aan te sturen zonder te clippen. Daarom besloten we de uitgang van die opamps te bufferen met BUF623P chips. De nieuwe schakeling komt er dan uit te zien als: Dit verhoogt niet alleen de kostprijs van de boards, maar maakt uiteraard ook een ander printplaatontwerp noodzakelijk. Hier is het nieuwe ontwerp:
05.02.2019: Print versie 2 uitgetest en gemeten. Test konnektor ineen gestoken, wat het uitmeten eenvoudiger en storingsvrijer maakt. Saturatie blijft bij harde aanslagen op de buizen. Produktie van het nieuwe PCB. Weerstand na het lampje verlaagd tot 37.4 Ohm. De buffer chips werden vandaag geleverd door Farnell, ze verdwijnen echter helaas uit hun leveringsprogramma... Volledig bestukt. Test en evaluatie is voor morgen...
06.02.2019: Lineaire voedingen +15V/-15V, 2 x 200mA besteld: VXI Power, order nr Farnell 118-6402. Zaag- en stemwerk voor een eerste reeks klankbuizen. Test van het nieuwe board uitgevoerd: een substantiele verbetering tegenover beide vorige versies. Hier is de bestukte versie: De viltringen rond de mikrofoontjes zijn 12 mm dik.
07.02.2019: Uittekenen van de plannen voor de voeten van de vertikale staanders waarin de voedingen en de eindversterker worden gehuisvest. Levering van de +15/-15V voedingsmodules.
08.02.2019: Uitsnijden van de eerste drie basisplaten voor de vertikale staanders: gelijkzijdige driehoeken, elke zijde 400 mm. Centraal gat 30 mm waarin de vertikale buis wordt vastgelast. Materiaaldikte voor deze platen: 3 mm. De bodemplaat waarop de voedingen en de eindversterker worden gemonteerd worden gemaakt uit 2 mm dikke plaat.
09.02.2019: Uitsnijden van de drie bodemplaten uit 2 mm dik inox. Bestelling IEC chassisdelen voor de stroomvoorziening. Inlassen M14 moeren op de vertikale staanders.
10.02.2019: 100 mm afstandbussen (9 stuks) uit 3 mm dikke inox buis, diameter 20 mm zagen. We raken doorheen onze voorraad roestvast staal en allerlei inox bouten...M12 moeren, M12 X 120 bouten, M14 tappen, M14 x 20 bouten, inox 5 mm x 50mm x 6000.
11.02.2019: Konstruktie en TIG laswerk voor de 6 buisklemmen waarmee de horizontale vierkante profielen verstelbaar moeten kunnen worden vastgezet op de vertikale staanders. De klembouten worden uitgevoerd in M12, voorzien van bakeliet kogelknoppen. Vier klemmen afgewerkt, nog twee te doen.
12.02.2019: Bestelling Fabory hardware: M12 inox moeren (51080.120.001), M12 dopmoeren (51400.120.001), Kogelknoppen M12 (56914.120.040), Driesterknop M14 (57021.140.050), M12x120 cilinderkopbouten (51050.120.120)
13.02.2019: Voedingsmodules en eindversterker afmeten en boorgaten overbrengen op de onderplaten. Konstruktie van de beugels voor de montage van de symmetrische +/-15V voedingsmodules. Inkoop 4 mm kobalt boortjes en M12 tappen, Decoene-Simons.
14.02.2019: Levering hardware door Fabory. Afwerken -TIG laswerk- van twee ontbrekende klemmen.
15.02.2019: Konstruktie van de twaalf M12 handschroeven voor de bevestiging van de horizontale dragers, uitgaande van de geleverde stukken. Lassen (op de lastafel) van de vertikale palen op de driehoekige onderplaten. Boren van de 30 mm gaten. Eerste proefopstelling: Voor de onderste voeten wachten we op de levering van de IEC konnektors door Farnell. Voor de zijpanelen kunnen we geprofileerd RVS gebruiken. Daardoor scheppen we meteen ook wat minimale ventilatie voor de vermogenselektronika terwijl de veiligheid toch niet in het gedrang komt. . Bestellen van M14 tappen en M4 dopmoeren. (Fabory)
16.02.2019: De handschroeven met M14 schroefdraad worden door Fabory nageleverd... Die waren niet uit voorraad leverbaar. Boren van de ca. 200 gaten in de horizontale liggers. Hier kunnen we M4 haakjes van 50mm gebruiken voor de ophanging van de aluminium klankstaven:
17.02.2019: Inspektie van mogelijk bruikbare hoornluidsprekers en uitmeten van de motoren. Zoektocht naar M14 tappen..
18.02.2019: lassen van de klemmen op de horizontale vierkante dragers. Vastzetten van de M4 open ooghaken op de horizontale leggers.

 

To do:

Uitsnijden en aanlassen van de zijplaten

Polieren van de staalkonstruktie

Afschuren en eventueel herspuiten van de megafoons

Vervanging van de kompressiedrivers

Konstruktie aansluitdoosjes voor 5 polige XLR pluggen en 3-polige XLR luidspreker konnektors.

Kablering

Produktie van 18 PCB's

Vervaardiging van de klankstaven + stemmen: reeksen in EQ en in juiste boventoonsstemming

Konstruktie van de ophanghaakjes.

Testopstelling & praktische tests.

Definitieve assemblage

Bouw en konstruktie van flightcases

Redaktie en lay out van een promotiefolder

Fotografische dokumentatie

Promotie en verkoop van de produktie.

Juni: opstelling installatie in de Logos loods. Uitnodigen gasten en geinteresseerde organisatoren.


Onderdelenlijst voor bouw, onderhoud en herstelling:

ABM-713-RC , Pro Signal. Farnell order code: 206-6499. Datasheet.

AD633ANZ, Analog Devices multiplier. Farnell order code: 143-38410. . Datasheet

LF356N op amp. Farnell order nr.: 948-7000. Datasheet

OP27GPZ, Analog Devices of Burr Brown. Farnell order code: 960-4626. Datasheet

Texas Instruments, klasse D eindversterker module. Farnell order code: 280-2975. Datasheet

24V SMPS power supply unit. Farnell order code: 263-0552. . Datasheet

AA119 Germanium diodes; zo goed als onvindbaar vandaag, maar bij Logos hebben we nog een kleine stock.

Lampjes: 6V - 0.15W (25mA) Leverancier: Conrad. Warmweerstand: 240 Ohm, koudweerstand: 40 Ohm.

BUF634P. Datasheet.

Linear power supply +15V/-15V 200mA, Farnell order nr. 1186402. VXIpower EPSD15/200C

M4 x 50 schroefhaakjes (ophanging klankstaven): Fabory 17203.040.050

M12 inox moeren. Fabory 51080.120.001

M12 inox dopmoeren: Fabory 51400.120.001

M12 kogelknoppen: Fabory 56914.120.040

M14 driesterknoppen: Fabory 57021.140.050

M12 Discusknop Fabory 57012.120.040

M12 x 120 cilinderbouten, binnenzeskant: Fabory 51050.120.120