[Nederlandse versie]

<Pianet>

An automated Hohner 'Pianet'. This instrument is a five octave keyboard instrument using tuned steel blade springs, clamped at one end, as tone generators. At rest, a rubber damper rests on the springs. This rubber damper is released as soon as a key is depressed. The attack of the sound can be influenced by the speed and force wherewith the key is depressed. So it is touch sensitive to a certain extend. However, due to the electromagnetic pick-ups (small solenoids wound on a permanent magnetic core, all coils connected in series) , the sound is quite one-dimensional and in that respect similar to the electric guitar. On this picture the mechanism can clearly be seen: The electromagnets (transducers) and their series connection are clear on this picture:
The circuit used to implement velocity sensitivity came out like this: This circuit being identical to the one used for earlier robots such as <RorO>, <Pos>, <Per>, <HarmO>, <Qt>... we do not give any comments here but ask the interested reader to consult the web-pages dedicated to these older projects.

Here is an overview over the circuitry: The solenoids used here have an external return spring compensating for the weigth of the anchor at rest. At the push side we gave them the 'fingers' we designed long ago for our player piano. Here is a picture of the prepared solenoids before mounting on the chassis: The solenoids are rated for 12V operation

The midi implementation was worked out such as to make this robot compatible with existing midi files for our player piano. Hence the use of midi channel 0. The note repetition mechanism also is compatible with our player piano. However, the mechanics of this instrument being fundamentally different than those of a piano, one cannot expect the velocity scaling to be compatible with that of the piano. Of course we dropped all support for a pedal, as this instrument does not have one. Technically speaking it would even be impossible to provide a pedal in this case.

Source code and hexdumps for the PIC microcontrollers:

Note-off, no release

Note-on, velocity implemented

Key pressure: used for automatic note repeats. Each note can be programmed with an individual repetition rate.

Controllers implemented:

#30: Global repetition rate controller. Value 0 disables repetitions. Note that repetitions will we synchronous and in sync only if the notes to which they are applied start at the same time.

#66: Power on/off switch. This resets controllers and switches the power supplies for the solenoids. Value 0 switches OFF, any other value is ON.

#123: All notes OFF.

Program change: not implemented

Channel aftertouch: not implemented

Pitch Bend: not implemented

Technical specifications:

• size: 850 x 45 x 220 (first estimate) + control unit.
• weight: 35 kg (first estimate)
• transportation:
• power: 230V - 350 VA (peak)
• Tuning: Fixed A= 440Hz
• Ambitus: 29 to 88, 5 octaves.
• Polyphony: >=6 notes (limited by the capacity of the power supply only).
• control: MIDI-input
• MIDI channel: 0 (or 1, if counting 1-16)
• Insurance value: 12.000 Euro

Design and construction: dr.Godfried-Willem Raes

Collaborators on the construction of this robot:

• Mattias Parent
• Bert Vandekerkhove
• Philippe Druez
• Alain Van Zeveren

Music composed for <Pianet>:

none sofar

Pictures taken during the construction in our workshop:

Back to composers guide to the M&M robot orchestra.

Back to Main Logos page:index.html

To Godfried-Willem Raes personal home page...

To Instrument catalogue

Nederlands:

<Pianet>

Dit automatiseringsprojekt ging van start op vraag van Alain Van Zeveren. Het maakt dan ook geen deel uit van ons grote projekt rond de bouw en ontwikkeling van het robotorkest bij Stichting Logos. De belangrijkste reden waarom voor dit projekt geen plaats is binnen het robotorkest, heeft te maken met het werkingsprincipe van dit instrument dat, hoewel het geluid veroorzaakt wordt door vrij trillende stalen tongen, immers onmogelijk kan klinken zonder toepassing van een externe versterker en dito luidspreker. De afwezigheid van luidsprekers voor versterking is nu eenmaal een paradigma achter het Logos robotorkest.

Bouwdagboek - Construction & Research Diary:

• 27.05.2021: Alain Van Zeveren brengt een Hohner T-pianet binnen met de vraag of het automatiseerbaar zou zijn... Dit is het mechanisme: Er zit duidelijk wat korrosie (roest) op de veerstalen toonlamellen. Wegnemen van het roest dreigt wel de stemming in diskrediet te brengen. De tongen zijn met een instelboutje bevestigd op kleine cyclindrische permanente magneten. Daardoor zijn de lamellen zelf magnetisch. In rust duwen zachtrubberen dempers de tongen uit hun evenwicht. Via de toetsen worden de dempers van de tong weggetrokken waardoor die vrij kan gaan trillen. De trilling wordt omgezet in een elektrisch signaal met kleine spoeltjes die vlakbij het uiteinde van de tongen zijn aangebracht. Alle spoeltjes zijn in serie geschakeld en om-en[-om gewikkeld. Een kleine audio transformator staat in voor de impedantieaanpassing naar een instrumentversterker ingang.
• 28.05.2021: De simpele 'oplossing' om het wegtrekken van de dempers terplekke met elektromagneten te doen is volstrekt onhaalbaar, vanwege de nabijheid van de elektromagnetische pick-ups onder de toonlamellen. Alle aanslag zou gepaard gaan met een niet te vermijden via induktie overgedragen elektromagnetische harde knal.
• 01.06.2021: Opmeting toetsen voor ontwerp Vorsetzer. Mattias Parent.
  
• 02.06.2021: Aanmaak van een boormal in multiplex door Mattias Parent.
• 04.06.2021: Bestudering van de mechanische problemen inzake automatisering. Willen we die responsiviteit optimaliseren, dan moeten we toch vrij sterke magneten toepassen. De Black Knight types 121-420-620-620 die we gebruikten voor meerdere vroegere robots, blijken niet meer op de markt aanwezig. Een mogelijk vervangtype zou kunnen zijn: Intertec ITS-LZ-1949-D-12V. Deze hebben een diameter van 20 mm, een werkspanning van 12V en een nominaal vermogen van 7 W. Dergelijk type, maar dan een fabrikaat van Lucas-Ledex, pasten we ook toe voor <HarmO>. We bestelden er alvast honderd van bij Conrad. (Bestelnummer 502747). Voor de besturing zouden we vijf -pulse/hold boards met veertien uitgangen kunnen gebruiken, ofwel vijf stuks van onze nieuwere 1-oktaaf puls/hold boards.
• 08.06.2021: Elektromagneten geleverd door Conrad. Hier is het datasheet.
• 11.06.2021: Proefopstelling met elektromagneet voor de bepaling van de minimale houdspanning, de nodige velo-spanning in funktie van de aandrukplaats op het klavier.
• 17.06.2021: Metingen houdspanning en minimale spanning voor indrukken toets met behulp van proefopstelling
  Voor deze metingen werden niet gemodificeerde elektromagneten gebruikt, dus, voorzien van de terugkeerveer en zonder neopreen vingertjes.
  
• 18.06.2021: Projekt in opbouw getoond aan Alain Van Zeveren.
• 24.06.2021: Zagen van twee L-profielen (roestvrij staal) voor het chassis van de elektromagneten. Één L-profiel voor de elektromagneten van de zwarte toetsen en één voor de elektromagneten van de witte toetsen. Voorboren van de gaten met M6.
• 06.07.2021: Voorboren van de gaten in de L-profielen met diameter 11 mm. Boren van gaten met definitieve diameter: 14,5 mm.
• 27.10.2021: Etsen en boren van twee PCB's voor puls-hold schakelingen. De schotelverwarmer die we al jaren gebruikten voor het verwarmen van ons etsbad gaf met een flinke steekvlam en algehele kortsluiting de geest... Nieuw exemplaar besteld. Met thermostaat deze keer. Narekenen van de komponentwaarden in het puls-gedeelte van de schakelingen. Weidmueller konnektors besteld bij Farnell.
• 28.10.2021: Soldeerwerk twee puls-hold PCB's.
• 29.10.2021: Levering Weidmueller konnektors: soldeerwerk. De berekende waarde voor de drain weerstand van de VP0109 P-kanaal MOSFET (1k3) vervangen door standaard 1k2 weerstandjes. Twee puls-hold boards nu volledig afgewerkt. Nu wachten op levering van een nieuwe etsbadverwarmer.
• 28.11.2021: PCB-produktielijn opieuw opgestart: drie ontbrekende puls/hold PCB's geetst. De nieuwe verwarmer met thermostaat werkt weliswaar, maar heeft geen uitlezing van de ingestelde temperatuur...
• 29-30.11.2021: Print boor- en soldeerwerk... En toen vielen we zonder onderdelen voor print 5...
• 01.12.2021: Bestelling geplaatst bij Farnell.
• 03.12.2021: Begin ontwerp van de firmware voor de vijf microcontrollers.
• 04.12.2021: Versie 1 van de firmware klaar. We implementeerden meteen ook automatische noot-repetities.
• 05.12.2021: Verder werk aan het hoofdchassis voor de elektromagneten. Zijstukken (120 x 50 x 10) uitgezaagd en voorzien van diepgeboorde gaten, 5 mm in de 50 mm richting. Hiermee moet fijnafstelling van de afstand tussen toets en elektromagneet mogelijk zijn. De reeds geboorde 30 x 30 x 3 inox profielen voor de elektromagneten lasten we vast op deze vertikale opstanden. Alle laswerk uitgevoerd met manuele TIG op de lastafel. Koeling met perslucht.
• 06.12.2021: Voorbereiding van enkele elektromagneten zo dat we onze voor de piano vorsetzer ontworpen rubber vingertjes kunnen gebruiken. De vingertjes waren ontworpen voor ankerstaafjes van 3 mm. De hier gebruikte elektromagneten hebben echter staafjes van 2.4 mm diameter. Een stukje van 10 mm krimpkous rond die staafjes volstaan om ze ook hier te kunnen toepassen. Weidmueller 2-polige stekkerkonnektors besteld. We hebben er 60 nodig... behoorlijk duur. Montage van de PCB's op een geplooid stuk staalplaat met Ettinger M3 schokdempertjes.
• 07-09.12.2021: Firmware voor de vijf PCB's ontworpen en versie 1.0 getest op de boards. Voeding voor de hold-spanning besteld: XP ECM100US09, 9V - 11.1A. Voor de negatieve spanning hebben we nog een 24V - 6.4A voeding op voorraad. Het overzicht over de schakelingen ziet eruit alsvolgt: De voedingen en het midi-hub board komen in een afzonderlijke behuizing die onder het instrument kan worden geplaatst.
• 10.12.2021: Alle zestig elektromagneten voorzien van een stukje krimpkous om ze te doen passen op de rubberen duwvingertjes die we ontwierpen voor de player-piano. Werkje uitgevoerd met de hulp van Bert Vandekerckhove.
• 11.12.2021: Montage van de PCB's op het chassis en aanmaak van de vermogensbedrading.
• 12.12.2021: Konstruktie van de zijkant stukken in bakeliet voor de montage van de 12-polige konnektor met meskontakten. Het 12 mm dik bakeliet recykleerden we uit een patch-panel uit een oude opnamestudio. Op dit paneel waren 1/4" jack konnektors voor gebalanceerde audiolijnen bevestigd. Bedrading van de 12-polige konnektor: Montage van alle 60 elektromagneten op het chassis en aansluiiting ervan op de PCB's met tweepolige Weidmueller konnektors. Waarom die nu zwart zijn i.p.v. het vroegere oranje, mag Joost weten.
• 13.12.2021: Levering van de bestelde voedingsmodules aangekomen vanuit Farnell. We kunnen een begin maken met de konstruktie van de midi-input en voedingsmodule. Samenzoeken van de nodige hardware komponenten voor de konstruktie van de behuizing.
• 15.12.2021: Konstruktie van de voedingseenheid en het midi-hub board. Deze module wordt met de Vorsetzer verbonden via een 12-polige multikabel. Aanmaak van de multikabel en bedrading van de konnektor. We maken deze kabel 1 meter lang, een kompromis tussen wendbaarheid (zo lang mogelijk...) en elektronische betrouwbaarheid (zo kort mogelijk..).
• 16.12.2021: Bedrading van de hub- en voedingsmodule. Zekering (4A, snel) in de zekeringhouder van de IEC konnektor geplaatst. Eerste tests... door verkeerd polen van de 9V voeding, gaf de 24V voeding de geest. (Why didn't we provide protection diodes, ... they would have saved our power supply.) Dat type, een XP-Power LCL150PS24 wordt niet meer gemaakt en is ook niet meer leverbaar. Dus een ander 150 Watt type besteld bij Farnell. Met onze labo-voeding aangesloten aan de -24V blijken vier van de vijf board perfekt te werken. Board 1 heeft een probleem, ook de rode LED geeft hier niet het gebruikelijke signaal maar lijkt te oscilleren. Wellicht is de PIC niet goed geprogrammeerd. Het blijkt belangrijk de metalen delen van het mechanisme te verbinden met de massa van de Vorsetzer om brom op de uitgang te vermijden.
• 17.12.2021: Een slechte soldeerverbinding op de print was de oorzaak van het niet werkende board 1. Verdere ontdekte fouten: noot 47 (board 2) geeft geen hold-spanning. Noot 73 (board 4) heeft geen velo puls. Noot 88 (board 5), geen velo puls. Alle fouten bleken terug te voeren op fouten in de boards: noot 47: slechte soldeerverding, noot 73: haarscheurtje in een printbaan, veroorzaakt door een kras in het etsbad. noot 88: draadbrug vergeten aanbrengen. De hardware -afgezien van de nog niet vervangen -24V voeding- is nu helemaal in orde. Nu moeten we eerst en vooral de positie van de vorsetzer vastleggen. Daarna kunnen we metingen doen teneinde de optimale scaling van de velocities te bepalen.
• 18.12.2021: Het blijkt zelfs mogelijk om voor iedere noot een afzonderlijke velocity scaling in de firmware te voorzien. Hiermee zouden we kunnen tegemoet komen aan de grote ongelijkheid tussen de toetsen onderling op dit instrument. Het uitmeten en berekenen van zestig look-up tabellen is evenwel een substantiele arbeidskost... Versie 1.1 in alle 5 pulse-hold pic's geplaatst en getest. Videotje met een kleine demo op Facebook geplaatst.
• 19.12.2021: 24V power supply vervangen door een 9.16A exemplaar, zelfde type als gebruikt voor <Plus-Minus>. XP-Power, model AHE220PS24. Meting van de houd-spanning over de spoelen: 8.4V, wat natuurlijk te wijten is aan de 600mV spanningsval over de seriediode. We moeten de houdspanning op de voeding dus afregelen tot minimaal 9.6V. Het optimaal bereik voor de duur van de velocity pulsen is tussen 3.8 en 10 ms. Speeltests tonen aan dat het nodig zal blijken om de rubberen vingertjes met cyaanacrylaatlijm deugdelijk vast de plakken op de ankers van de spoelen. Daarzonder durven ze door de terugslag met de veer wat afschuiven waardoor de aanslag onbetrouwbaar wordt en de hold niet kan worden bereikt.
• 20.12.2021: We zouden kunnen overwegen om een beveiliging in te voeren tegen te grote polyfonie, een stroombegrenzing. Dit kan het best gebeuren op het nivo van de midi-hub. Twee mogelijke strategien: bij overbelasting relais uitschakelen ofwel nieuwe noot-aan kommando's weigeren... Als we dit niet doen, moeten we uitsluitend betrouwen op de geclaimde kortsluitvastheid van de voedingsmodules. Demonstratie van het instrument voor dr.Ignace De Keyser.
• 21.12.2021: Bij het loslaten van de toetsen zijn er meer mechanische bijgeluiden dan wenselijk is. Om dit te verhelpen zijn er diverse mogelijkheden:
  • a. de terugkeerveren op de spoelen hetzij volledig verwijderen , hetzij vervangen door veel zachtere exemplaren.
  • b. Het aanbrengen van een stevige lijst boven de twee rijen magneten voorzien van M3 schroefdraden en afregelboutjes met dikke viltschijven in lijn met de boven kant van de magneetankers.
  • c. een elektronische oplossing waarbij de na het beeindigen van de houdtijd van een elektromagneet we deze niet plots uitschakelen, maar dat geleidelijk aan doen via een RC kring in de gates van de hold-MOSFET's. Onze puls-hold schakeling wordt dan:De dimensionering van de RC kring (hier getekend als 10nF en 1M) moet experimenteel uitgezocht worden in funktie van de schakelkurves van de gebruikte MOSFET's. Dat gedrag is immers allesbehalve linear. De diodes moeten minstens Schottky types zijn en zelfs germanium diodes kunnen hier in aanmerking komen. Het BAT86 type heeft een spanningsval van slechts 225 mV.
• 22.12.2021: Demonstratie van het pianet in opbouw op het laatste publiek koncert in de Logos Tetraeder van dit jaar. Voor die demo gebruikten we een oude pianorol van de El. Choclo tango van Viloldo uit het begin van de 20e eeuw.
• 24.12.2021: Bij wijze van test verwijderden we in het middenoktaaf de terugkeerveren van de elektromagneten. De bijgeluiden ondergaan daardoor een merkbare verbetering en het wegduwen en afschuiven van de vingertjes is ook beter.
• 25.01.2022: Test PCB gemaakt met de slow release versie van de schakeling.

(Terug) naar logos-projekten: projects.html

Terug naar Logos' index-pagina: index.html

Naar Godfried-Willem Raes personal homepage...

Naar katalogus instrumenten gebouwd door Godfried-Willem Raes

M&M orkest

Last update: 2022-01-25 by Godfried-Willem Raes

The following information is not intended for the general public nor for composers wanting to make use of the <Pianet> robot, but is essential for maintenance and servicing of the robot by our clients and collaborators. It also might be usefull for people that want to undertake similar projects.

Technical drawings, specs and data sheets:

Power supplies:

• +9 V - 11 A (XP type ECM100US09)
• -24 V - 9 A (XP type AHE220PS24)
• +5 V - 2 A (on the midi-hub board)
  

Fuse in the power entry: 4 A. A spare fuse can be found in the little drawer.

Wiring & circuit details midihub board:

By changing the jumper on this board it is possible to select between parsed midi mode (1 ms delay) and direct mode. Direct mode may lead to much higher jitter on the timing precission, depending on overall midi density.

PCB for this board:

Circuit details solenoid driver board:

board 1 using 12 IRF620 MOSFET's for the pulses

board 2 using 10 IRF530 MOSFET's for the pulses, 1 IRF540, 1 IRF1310

boards 3 to 5 using 12 IRF3710 for the pulses

All boards use IRL640 for the holds.

summary of data-sheet values for MOSFET's used:

If repair and replacement is required, all N-channel mosfet's can be replaced with IRL640 types.

Solenoids: Intertec ITS-LZ-1949-D-12V. Datasheet. Nominal voltage: 12V , Power: 7W (Hence Rdc= 20.57 Ohm). With the 9V hold-voltage only, the current drawn is 437 mA. During the velo-pulse, current rises to 1.6 A.

Mechanical construction drawings and welding plan:

Tentative cost calculation:

Labor (estimated at 4 weeks): 6.300,-

Total estimated cost: 10.100,- [16.12.2021]

References:

Raes, Godfried-Willem, "Expression control in musical automates", 1977/2021,