Diseño de un afinador electromecánico para instrumentos de cuerda con sistema sinfín-corona

Abstract

Este documento corresponde al informe de la memoria para optar al diploma de Ingeniero Civil Electricista de la Universidad de Chile. El presente trabajo de título consiste en el diseño de un afinador para instrumentos de cuerda que incorporen un sistema de encordado basado en engranajes sinfín-corona. El diseño propuesto, además de identificar la nota musical que está produciendo el instrumento, hace girar el sistema de clavijas del mismo y ajusta la tensión de la cuerda correspondiente para dejarla en el tono correcto deseado por el usuario. En el presente informe se abordan distintos temas conceptuales involucrados en las etapas previas al desarrollo del proyecto: Primero se abordan los aspectos físicos que involucran la producción de sonido de un instrumento de cuerda además de las características de los engranajes sinfín-corona. Luego se explica la regla matemática que se usa en música para clasificar un sonio como nota musical. Se revisan las herramientas existentes para capturar y digitalizar sonido, y se estudian las limitantes de un sistema para reconstruir de forma correcta una señal eléctrica al digitalizarla. También se abordan algunos conceptos matemáticos útiles para identificar la frecuencia de una señal digital. Se mencionan, como estado del arte, las soluciones existentes hoy en día para afinar instrumentos musicales. Posteriormente, abordando el diseño del dispositivo, el trabajo completa una serie de pasos: Primero se argumenta el tipo de interfaz capturadora elegida para implementar la solución. Luego se detalla la construcción de dos bloques de circuito, -un amplificador y un adicionador de componente continua- necesarios para tratar la señal capturada antes de digitalizarla. Además, como parte del diseño, se abordan los detalles informáticos que involucran la programación de un micro-controlador, usando un algoritmo construido en el entorno de programación Arduino. El micro-controlador es capaz de realizar las distintas operaciones matemáticas para determinar la frecuencia de la señal capturada y también controlar un motor SERVO, junto con una pantalla LCD. El motor SERVO ha sido modificado para girar de forma continua en 360º y su eje de rotación fue adaptado para encajar en las clavijas de los instrumentos musicales que este trabajo comprende. La pantalla LCD es utilizada como interfaz para facilitar la utilización del dispositivo por parte del usuario. En las últimas secciones del informe se presentan distintos resultados obtenidos al usar el dispositivo diseñado en instrumentos de distinto espectro de frecuencias, explicando en qué tipo de instrumento el dispositivo es más eficaz, además de exponer los factores del sistema que entorpecen su funcionamiento. Finalmente se deja propuesto mejorar el diseño expuesto, como parte de algún otro proyecto, para construir una versión de producto final del afinador o extender los conceptos teóricos aquí presentados a otras aplicaciones posibles.