Шарманка (музыкальный инструмент)

Самодельная машинка

Сделать подобный инструмент можно своими руками. Для этого понадобятся оцинкованные металлические листы или нержавейка. Две боковые стенки выкраиваются одинакового размера по шаблону. Затем их соединяют полосой из жести, оставляя окошко для загрузки штукатурки и разбрызгивания. Крепят болтами.

Внутри получившегося барабана размещают вал с лопастями-ёршиками. В качестве вала можно использовать деревянный брусок. К нему крепят металлические лопасти на саморезы.

Ручка должна проходить весь корпус машинки насквозь. На нее надевают вал с щетками.

Внутри шарманки нужно расположить стержень-упор так, чтобы при вращении щетка задевала его концами и лопасти изгибались. В качестве упора подойдет длинный болт или шпилька с резьбой на концах.

Как выглядит самодельная шарманка, видно на фото ниже. Также прилагаем пару схем инструмента.

Если делать такое приспособление своими руками представляется сложным, то можно поискать в строительных магазинах штукатурную машинку заводского производства. Стоит она около 1000-1500 руб.

Конструкция шарманки

Я не буду описывать всю конструкцию подробно. Шарманка делалась с первого раза и наугад. Только ради эксперимента. Здесь довольно много деталей, проще взглянуть на 3D-модель и спецификацию. Для изготовления деталей я использовал оргстекло, лазерную резку, 3D-печать, а также материалы и механику, которые у меня были дома.

• Barrel piano BOM;
• СAD 3D model.

Условно я разделил конструкцию на две основные части и назвал их «выпрямитель» и «съемник». Обе части крепятся к опорной плите. Выпрямитель крепится к основанию с помощью стоек M3 длиной 65мм, а съемник — с помощью напечатанных на принтере уголков. Крепеж не показан на сборках, но есть в спецификации.

Строение и принцип работы

Первые конструкции были довольно простыми. Внутри деревянного ящика устанавливался валик со штырьками, он крутился, штырьки захватывали «хвостики», соответствующие определенному звуку. Так воспроизводилась простая музыка. Вскоре появились шарманки с механизмом ксилофона, когда штырьки оказывают воздействие на определенные клавиши. Такие конструкции были более габаритными, носить их было сложно.

Несмотря на кажущуюся простоту для начала 18 века шарманка имеет довольно сложный механизм и представляет собой небольшой орган без клавиш. Инструмент работает за счет подачи воздуха в меха. Сначала вращением специальной ручки нагнетается воздух, а потом начинается звукоизвлечение. Вращая ручку валика, шарманщик приводит в движение рычаги. Они воздействуют на трости, открывающие и закрывающие воздушные клапаны. Внутри размещены небольшие трубы, напоминающие органные и поступающий в них воздух, длина потока которого контролируется клапанами, создает звучание.

В начале XIX века появились шарманки, в которых валики были заменены на перфорированные ленты с отверстиями, расположенными в особом порядке, соответствующем партитуре. Устройство получило язычковый механизм, и за счет нагнетания воздуха, который проходил через отверстия, появлялись дрожащие, прерывистые звуки. Такое же устройство использовалось в пианолах.

Описание

Машинка представляет из себя небольшой бак из нержавейки с квадратным окном для загрузки штукатурных смесей. С противоположной стороны на корпусе имеется ручка для удержания инструмента во время оштукатуривания. Вся конструкция внешне напоминает большой ковш.

Сбоку у машинки находится ручка как у шарманки, при вращении которой внутри инструмента крутиться вал с длинными лопастями. Они загребают из бака штукатурку. Затем лопасти упираются кончиками в металлический стержень, изгибаются и с ускорением вбрасывают брызги раствора через окошко.

Разбрызгиватель равномерно покрывает поверхность стен штукатуркой, создавая фактуру «шубы».

Перевод нотного листа

Подготовка нотного листа — это, пожалуй, самое утомительное занятие, особенно если не знаком с музыкальной нотацией.

Итак, один датчик линии имеет 8 каналов, отвечающих за считывание 8 нот. Длина датчика составляет 80мм. Поместив 5 модулей рядом, я получаю общую длину в 400мм. Добавлю еще 5мм свободного места по краям. Таким образом, общая ширина нотного листа равна 410 мм.

Ширина одной нотной дорожки равна ширине одной оптопары и составляет 5,8мм. Расстояние между оптронами на датчике — 4,2 мм. Такое же расстояние между нотными дорожками на листе.

Ноты делятся по длительности, где длительность — это доля такта. Нота может быть целой, половиной, четвертой, восьмой, шестнадцатой итд. За основу я беру длительность шестнадцатой ноты, и назначаю ей высоту 10мм на листе. Теперь весь лист может быть разлинован горизонтальными линиями с интервалом 10мм, так как это минимальный шаг. Черный прямоугольник размером 10х5,8мм на дорожке даст звук длительностью шестнадцатой ноты. Прямоугольник высотой 20мм — это восьмая, 40мм — четвертая, 80мм — половина, 160мм — целая.

В формате MIDI каждая нота фортепианной клавиатуры имеет свой уникальный номер. Эти номера будет присвоены каналам датчиков линии. При транскрипции для себя я сформировал несколько шагов, чтобы не запутаться. Покажу на примере простой мелодии «дождь дождь уходи» (с) www.teaching-children-music.com.

1. Смотрим на все ноты, которые используются в музыкальном произведении, и записываем их MIDI номера в порядке возрастания. Эта мелодия использует только три ноты первой октавы: E, G и A. Нота E первой октавы имеет MIDI-номер 64, G имеет номер 67, а A имеет номер 69.
2. Присваиваем MIDI-номера каналам датчика линии. Например, я назначаю на первый канал номер 64, второй канал номер 67 и на третий номер 69.
3. Смотрим на размер произведения. Эта мелодия имеет размер 2/4. Это означает, что длина от одного такта до другого равна двум нотам с четвертой длительностью. Таким образом, высота одного такта на листе равна 40мм (2*80 мм). Полная мелодия имеет 4 такта, и я могу разместить все тактовые линии.
4. Переводим произведение. Закрашиваем прямоугольные черные области на листе в соответствии с длительностью нот.
5. Правим нотный лист и удаляем помарки. Например, эта мелодия имеет две одинаковые восьмые ноты, которые звучат последовательно во втором, третьем и четвертом тактах. На переведенном фрагменте эти две восьмые ноты слились в единую четвертую ноту. Их необходимо разделить, слегка укоротив длительность первой ноты. Для этого уменьшаем высоту первого прямоугольника, обеспечив пустой белый зазор.

Считывание нот

Сперва нужно определить — нажата клавиша пианино или нет.

Старинные музыкальные инструменты используют довольно сложные механизмы. Я же могу использовать Arduino и электронные датчики, чтобы определить — нажата клавиша или нет. Например, используя ИК-сенсор или датчик линии. Эти датчики широко используются в мире Arduino для гонок по линии. Они позволяют определить — белый или черный цвет поверхности под ними.

Идея следующая. Пусть один ИК-датчик представляет собой одну ноту и клавишу пианино. Имеется несколько датчиков. Под датчик помещается лист бумаги, разделенный на параллельные дорожки. Дорожки состоят из черных и белых областей. Лист начинает движение относительно датчиков. Если на дорожке под датчиком находится черная область, то клавиша нажата. Если белая область — клавиша отжата. В момент, когда клавиша переходит из освобожденного состояния в нажатое — нота начинает звучать. Звук удерживается, пока область под датчиком остается черной.

Используя несколько датчиков линии одновременно, можно создать своего рода электронную клавиатуру пианино, где каждый сенсор соответствует своей клавише и ноте. Располагая черные и белые области на листе определенным образом и перемещая лист с нужной скоростью, можно получить последовательность нот музыкального произведения.

Я сделал клавиатуру, состоящую из 40 клавиш. Для этого я использовал пять модулей Octoliner. Модуль Octoliner — это восьмиканальный датчик линии. Каждый модуль имеет восемь оптопар TCRT5000 и может быть использован для 8 различных клавиш пианино. Модуль управляется по шине I2C, и его легко связать с Arduino.

Я разместил пять модулей последовательно, чтобы создать единую обширную линейную матрицу из 40 (5×8) датчиков. Вы можете сделать клавиатуру из меньшего количества клавиш, или сделать полноразмерную клавиатуру пианино с 88 клавишами. Я выбрал 40, потому что это примерно половина всех клавиш на реальном инструменте.

Шарманка в культуре

• Шарманка — пьеса Андрея Платонова.
• Образ шарманщика, как бедного музыканта, используется, например, в повести-сказке «Золотой ключик, или Приключения Буратино» — шарманщиком является папа Карло.
• В рассказе А. И. Куприна «Белый пудель» шарманщиком был Мартын Лодыжкин.
• В повести В. А. Осеевой «Динка»
• Отголоски звука шарманки отражены Д. Д. Шостаковичем в пьесе «Полька-шарманка» (из Балетной сюиты № 1)
• В повести Лидии Ждановой «Ребята с улицы Черноголовых»
• Д. М. Григорович, повесть «Петербургские шарманщики»
• Паустовский, Константин Григорьевич, глава «Святославская улица» в книге первой автобиографического издания «Повести моей жизни». Действующие лица — автор, его родители, шарманщик и его дочь.

В современной музыке

• «Шарманка» — песня группы «Пикник»: «Моя шарманка — что мельница, мелет звуки — не верится, жерновам её все не беда».
• «Шарманка» — песня Игоря Крутого на слова Виктора Пеленягрэ в исполнении Николая Баскова.
• Песня Einsamkeit с одноимённого альбома группы Lacrimosa начинается со звуков шарманки.
• Песня «Шарманка» — Павел Кашин
• Песня «Шарманка-шарлатанка» — Булат Окуджава
• Песня «Шарманщик» — Михаил Щербаков
• Современный реинкарнация шарманщика — артист «Нео-Шарманщик» (Москва)

Памятник шарманщику у станции «Удельная» в Санкт-Петербурге

В компьютерных играх

• Шарманка встречается в сюрреалистической компьютерной игре Neverhood. Сыграв на шарманке, герой разбудил страшное чудовище.
• В игре Dishonored присутствует нагрудная шарманка, проигрывающая «математически чистые» ноты, тем самым предотвращая использование любых сверхъестественных способностей в пределах диапазона.

В кино

В фильме Тима Бертона «Бэтмен возвращается» один из артистов цирка «Красный треугольник» использует шарманку со встроенным миниганом, работающим от ручного привода.

В профессиональном жаргоне

• «Шарманкой» радиолюбители называют простые самодельные радиопередающие устройства, а также звукотехнику потребительского качества.
• Шарманка — сумка железнодорожника.
• Медицинский профессионализм для обозначения электрокардиографа (аппарата для записи ЭКГ — электрокардиографии).

Сборка съемника

Эта часть предназначена для подачи листа. Она тянет лист из выпрямителя.

На валах установлены четыре колеса с резиновыми кольцами. Они плотно зажимают нотный лист. Вращаясь, эти колеса вытягивают считанный лист из выпрямителя. Съемник фиксируется на опорной плите уголками. Съемник состоит из трех пластин оргстекла и трех 6мм валов между ними. Валы закреплены в пластинах фланцевыми подшипниками F626ZZ. Подшипники зафиксированы с помощью напечатанных крышек.

Валы вращаются маховиком через ременную передачу. Я использовал 2GT ремень без натяжения. Замкнутый ремень шириной 6мм с 250 зубьями. Такие ремни и шкивы для них распространены в хобби-станках с ЧПУ и 3D-принтерах, поэтому их легко найти и купить. Малый шкив — купленный GT2 20 6 B6.

Больший шкив самодельный, изготовлен лазерной резкой из оргстекла. Он состоит из 4 пластин толщиной 2 и 4 мм и алюминиевого фланца на вал 6мм.

Маховик состоит из пластины оргстекла, подшипника F625ZZ, фланца на вал 6мм и напечатанной рукоятки. Подшипник запрессован на рукоятке и зафиксирован в пластине напечатанной крышкой.

Колеса, тянущие лист, тоже сборные. Каждое колесо состоит из 4 пластин, толщиной 3 и 2мм, и фланца на вал 6мм. На пластины натянуто резиновое уплотнительное кольцо. Я использовал обычное уплотнительное кольцо ГОСТ 9833 050-060-58.

Переведенная музыка

Вся нотная запись получилась слишком длинной, чтобы физически поместиться на одном бумажном листе. Чтобы уместить все ноты, я распечатал их частями на нескольких листах А1. Затем обрезал края листов до нужной ширины и последовательно склеивал их в один большой рулон. Всего я попробовал перевести три музыкальных отрывка.

1. «Hedwig’s Theme» из Гарри Поттера в аранжировке Patrick Piesman.
   Используемые MIDI ноты:
   41, 42, 43, 45, 48, 49, 50, 52
   54, 55, 56, 58, 59, 60, 61, 62
   63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70
   71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78
   79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86
2. «The Black Pearl» из Пиратов карибского моря в аранжировке Klaus Badelt.
   Используемые MIDI ноты:
   31, 33, 34, 36, 38, 40, 41, 43
   45, 46, 48, 50, 52, 53, 55, 57
   58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65
   66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73
   74, 76, 77, 79, 81, 82, 85, 86
3. Оригинальная первая часть «The Entertainer» Джоплина.
   Используемые MIDI ноты:
   43, 44, 45, 47, 48, 50, 51, 52
   53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60
   62, 63, 64, 65, 67, 69, 71, 72
   74, 76, 77, 78, 79, 81, 83, 84
   86, 87, 88

Прикладываю ссылки на оригинальные фортепианные ноты, на мои переведенные ноты для шарманки и пустой линованный CAD-лист формата А1, который может пригодиться для ваших переводов.

• Перевод для шарманки «Hedwig’s Theme»
• Перевод для шарманки «The Black Pearl»
• Перевод для шарманки «The Entertainer»
• Исходник «Hedwig’s Theme»
• Исходник «The Black Pearl»
• Исходник «The Entertainer»
• Линованный лист CAD

Нода клавиатуры

Нода составная и очень большая, это сердце устройства. Структура ноды начинается с шин сенсоров и значения текущего пресета.

Затем следуют пять нод . Одна такая нода считывает восемь аналоговых сигналов от восьми оптронов на датчике. Сигналы считываются последовательно и оцифровываются по простой формуле. Если сигнал , то клавиша нажата; если нет, то она отпущена. Суммарно ноды имеют 40 выходных пинов пронумерованных от до и выводят в них 40 булевых значений.

Далее следует выбор MIDI номера ноты исходя из пресета. Один канал может соответствовать разным нотам. Выбор ноты для конкретного канала зависит от текущего пресета. Нода выбирает нужный MIDI-номер в зависимости от номера пресета. За каждой нотой закреплена шина с уникальным именем, например — , где первое значение это номер MIDI, а второе значение номер пресета. Логические ноды отсекают неиспользуемые шины.

Отсортированные шины MIDI номеров поступают в ноды . Всего я сделал шесть «октавных» нод от 1 до 6. Эти ноды соответствуют шести октавам настоящего фортепиано. Каждая нода состоит из двенадцати входных булевых пинов для двенадцати MIDI номеров нот. Например, для четвертой октавы входными пинами будут MIDI номера 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71. При изменении значения на любом из входных пинов, нода генерирует и отправляет MIDI-сообщение через USB-порт.

Техника нанесения

Рассмотрим технику нанесения штукатурки ручным разбрасывателем.

Для набрызга штукатурки используют цемент марки 300 и выше. Чем выше марка цемента, там больше в него можно добавить песка. Примерный состав может быть таким: на 1 часть цемента добавляют 2-3 части песка.

Белый цемент можно окрашивать цветными пигментами при замешивании раствора. Это будет экономичней, чем окрашивать стены после отделки, но цвета пигментов не такие яркие, как у краски.

Пластификаторы добавляют при замешивании в количестве 0,1-0,5%. Они предотвратят образование больших комочком, фактура шубы будет более однородная. Также добавки продлят время схватывания раствора.

Технология нанесения довольна проста, на видео показано, с какой скоростью получается оштукатуривать стены шарманкой.

Патч проекта

Патч шарманки начинается с инициализации датчиков. Для инициализации устройств датчиков используются quickstart ноды из библиотеки . Каждое устройство имеет свой адрес I2C. Адрес датчика линии можно изменить, используя пример в библиотеке . Для каждого датчика нода устанавливает значение яркости ИК-излучателей равное . Затем нодой устанавливается чувствительность ИК-приемников равная . Для пяти устройств выведены отдельные шины , , , , . Нода создает и хранит экземпляр пользовательского типа , используемого для генерации и отправки MIDI-сообщений. При подаче питания происходит задержка в 1 секунду. После инициализации параметров всех сенсоров нода начинает пропускать через себя непрерывные импульсы.

В программе есть счетчик пресетов. Каждый пресет соответствует определенному набору MIDI нот назначенных на каналы датчиков линий. Пресеты переключаются с кнопкой и нодой . На дисплее отображается, какой пресет активен в данный момент.

Далее идет нода . Эта нода принимает в себя шины всех датчиков, шину , а также текущее значение счетчика пресетов.

История происхождения шарманки

Впервые подобный принцип звукоизвлечения появился еще в I веке до н.э. Уже тогда античные люди научились использовать валики с небольшими выступами, каждый из которых отвечал за определенную ноту.

Шарманка в том виде, в каком ее знает большинство людей, появилась в XVII веке в Европе. Изобрести ее могли еще раньше в средневековой Голландии, где сохранились только чертежи механизма. Но они слишком старые, чтобы можно было подробно разобрать устройство, поэтому голландское происхождение не доказано. Считается, что изначально конструкцию использовали для приручения птиц, поэтому и называлась она «дроздовка» или «чижовка».

И все же родиной шарманки считается Франция. Именно по улицам французских городов ходили бродячие музыканты с переносным ящиком, который воспроизводил популярную мелодию «Charmante Catherine». Создание механического прибора для воспроизведения музыки приписывают итальянскому мастеру Барбьери и швейцарцу Антуану Фавру. А немецкий быт инструмент вошел, как «Drehorgel» – «вертящийся орган» или «Leierkasten» – «лира в ящике».

В России звук шарманки стал привычным в 19 веке. Ее называли «Катеринка» по имени героини первой песенки. Привезли ее польские бродячие музыканты. Размеры инструмента были самыми разными от небольших ящиков, которые легко можно было носить с собой, до сооружений размером со шкаф. К тому времени характеристики устройства уже были более расширенными, меняя перфорированные ленты можно было играть разные мелодии.

Интересно, но профессия шарманщика не умерла и сегодня. На площадях городов Германии можно встретить немолодого человека с шарманкой на тележке, развлекающего публику и туристов. А в Дании принято приглашать шарманщика на свадьбу, чтобы придать торжеству особый колорит. Если нет возможности пригласить музыканта, то его всегда можно встретить на Карловом мосту. В Австралии под механическую музыку люди устраивают парады. Звучит старинная шарманка и на других континентах планеты.