• Nederlandse tekst
• English text

<Autosax>

an automated saxophone

archival version 3 - 2007 (For version 4 click here)

by Godfried-Willem Raes

1991-2009

Autosax

This instrument is a computer controlled acoustical saxophone. The instrument can be played by standard MIDI commands, but it is also capable of producing a wealth of multiphonics, slaptongues and other special effects. The sound production is realized through an acoustical but computer controlled reed mechanism using a compressor for the wind supply and a fast regulating conical valve for expression control.

The lightbulbs -clearly visible on the picture- are not just a visual feature but serve as voltage dependent resistors in series with the solenoid valves controlling the keys, thus preventing overheating of the coils when many keys are opened and stay opened for a long time. Different and non standard fingerings can be applied, leading eventualy to multiphonics.

The instrument is controlled via MIDI. It uses 3 PIC microcontrollers, one of which is a DS type used for the reed control, the tuning and the intonation, the other ones taking care of the keys and the airpressure and compressor motor.

The normal note range is 48 to 81, but due the possibilities of the reed mechanism, we provided in an extended range in the low end, descending down to midi note 0. Of course users should not expect a realistic C-melody saxophone sound from this range. The sounds produced in this extended range are far too interesting to leave them out of the range of possibilities.

The development of this automated saxophone took us some 15 years and <Autosax> has known 3 different working realisations in its history. We are now, 2007, at version 3.

Midi implementation:

• midi note range 0-81 (normal range 48-72)
• the velocity byte steers the expression valve.
  
• volume control: controller 7 - reed excitation amplitude
• wind controller: controller 1 - compressor motor speed
• reed controller: controller 12 - dc offset reed control
• reed opening controller: controller 13 (reed closure solenoid, excitation amplitude)
• pitch bend: +/- 1 semitone (100 cents)
• channel pressure: expression valve (also controlled by the velocity byte accompanying a note on command)
• controller 65: key power ON/OFF switch (if off, the keys will not be activated)
• controller 66: motor on/off switch
• controller 67: motor error reset switch (one shot)
• controller 68: external reed drive signal on/off switch
• sys-ex implemented for fingering lookups.
• program change: fingering lookup selection (programs 100- 127)
• Midi Channel: 4 (1-16) or 3 (0-15)
  
  Compositions for <Autosax>

• Kristof Lauwers "Sphk", for autosax solo, premiered on august 12th, 2002, M&M concert, Ghent, Logos Tetrahedron
  • in this piece, the instrument is used in audiofeedback mode only. Thus it requires Autosax version 2. Available on CD LPD012.
• Godfried-Willem Raes "Lyrics", for autosax solo, 2001
• Godfried-Willem Raes "GeroSax", for autosax and invisible instrument, 2003

Compositions where <Autosax> is an important part of the robot orchestra:

• Godfried-Willem Raes "Shifts for M&M"
• Godfried-Willlem Raes "TechnoFaustus: Tekne"
• Godfried-Willem Raes "HaviSax", for harma, vibi and autosax, 2002
• Godfried-Willem Raes "Vivoges", 2003
• Jelle Meander "Amorgos", 2004
• Godfried-Willem Raes "TransiTrance", 2005
  

Autosax

Reeds verschillende jaren vormde het ding niets meer dan een dekoratief onderdeel van mijn elektronische werkplaats bij de Stichting. Ik had het op een gewone en dus regenachtige zaterdagochtend in 1989 gezien op de Gentse rommelmarkt, en herinner me nog hoe ik het - nog voor ik goed en wel besefte wat het eigenlijk was- reeds goed en wel in mijn bezit had gekregen. Eens thuis onderwierp ik de buit aan een nauwgezet onderzoek. Op het eerste gezicht leek het verraderlijk sterk op een tenorsaxofoon, maar de kleppen waren niet voorzien van plaatjes voor vingers. Alle hefbomen hadden integendeel een klein zijwaarts geboord gaatje. Het kon niet anders dan afkomstig zijn van een of andere grote orkestrion. Het klankopwekkingsmekanisme ontbrak echter, en ik vermoedde toen dat dit uit een pneumatisch gestuurd tongwerk moet hebben bestaan. Hoewel, sommige orkestrions omvatten instrumenten die weliswaar mee bewegen met de muziek, maar helemaal niet klinken en dus een louter vizuele funktie hebben. Vele jaren later werd dit vermoeden trouwens ook door de historische feiten bevestigd, toen het instrument afkomstig bleek uit een wat dekadent dansorgel van Grymonprez uit Ledeberg bij Gent... Ik herinnerde me nog mijn pogingen er een autentiek tenorsaxofoonmondstuk op gemonteerd te hebben. De toonladder was kromatisch en redelijk korrekt. Er was een klep voor elke kromatische halve toon. De speelbaarheid was evenwel bijzonder problematisch, niet alleen door het ontbreken van de steuntjes voor de vingers, maar bovenal door de onmogelijk te grijpen afstanden tussen de diverse hefbomen onderling. Ik schoof het ding terzijde, wel beseffende dat er wel iets originelers mee aan te vangen zou zijn, dan het terug te brengen tot een of andere vorm van de bekende tenorsax.

Het ding was dus al vele jaren naar het hinterland van mijn onderbewustzijn verhuisd, toen op een - alweer- bijzonder regenachtige novemberweekend in 1991, ik het ding ter hand nam en begon aan de konstruktie van een volautomatische komputergestuurde tenorsaxofoon.

Voor de automatische sturing van de kleppen op het instrument -dat leek me het eenvoudigste deel van het optwerp- maakte ik dankbaar gebruik van de voorraad elektromagneten die ik ooit kreeg van mijn vriend - overigens ook een uitstekend komponist en instrumentenbouwer - Alec Bernstein. Deze elektromagneten werden oorpronkelijk gemaakt voor gebruik in een piano-'Vorsetzer' van de firma Maranz, die evenwel over de kop ging. Alec was zo slim, de hele fabrieksvoorraad in te kopen...

De kern van deze spoelen bestaat uit een cilindrisch stuk ferriet met een ingetapt uiteinde. Hiervoor maakte ik aluminium oogjes waardoorheen veerstalen haakjes voor de overbrenging op de kleppen konden aangebracht worden. De werkspanning van de spoelen is berekend op 170Volt D.C. , overeenkomstig rechtstreeks gelijkgerichte en afgevlakte Amerikaanse netspanning. Aan 0.5A per bekrachtigde spoel, betekent een en ander een (teoretisch) maximaal opgenomen vermogen van omstreeks 1kW! Anders dan bij player- pianos immers, worden bij blaasinstrumenten heel normaal veel kleppen tegelijkertijd bekrachtigd. In mijn ontwerp echter kwam het erop neer dat de zaak algauw gloeiend heet liep... Om dit euvel - dat destruktieve gevolgen had kunnen hebben - te verhelpen, bouwde ik een speciale sturing voor de elektromagneten gebruik makend van pulsbreedte-gemoduleerde gelijkspanning. Ook voor de uitsturing van de nodige signalen (spoelen aan/uit en pulsbreedte van de bekrachtigingsspanning), bleek komputersturing een vereiste.

Het klankmechanisme dat ik er aanvankelijk voor bedacht, berust op zuiver akoestische maar komputer-gestuurde feedback in het instrument zelf. Daartoe monteerde ik op de plaats van het mondstuk een luidsprekermotor (een hogedrukkamer) en in de klankbeker een mikrofoon. Door sturing van de versterkingsfaktor en door toepassing van filters in het tussen beide opgenomen elektronisch netwerk, bleek het mogelijk alle tonen vrij realistisch te produceren. Alleen de aanspreeksnelheid van de diverse noten liet wel nogal wat te wensen. Om dit te verbeteren, plaatste ik dan in de eerste versie 6 verschillende miniatuur elektretmikrofoontjes bij de diverse toongaten. Als nu de mikrofoontjes geschakeld en onderling gemengd konden worden in funktie van de te produceren tonen, dan was het doel virtueel bereikt. Daarvoor moest evenwel noodzakelijkerwijze alweer op komputersturing beroep gedaan worden. Dit, onder meer omdat de feedbackregeling bijzonder snel dient te gebeuren, a rato namelijk van zo'n 100 instellingen en instrukties per sekonde. Traag voor een komputersturing, maar beslist te snel voor de manuele bespelingsmogelijkheden van musici, zeker wanneer die via instelknopjes en schakelaars zou dienen te gebeuren. In een eerste uitvoering bouwden we voor de klankopwekking een behoorlijk komplekse schakeling met 6 bandfilters (een per mikrofoon) gevolgd door VCA's. De VCA's werden opgebouwd met 8-bit DAC's waarvan evenwel slechts 4 bits werden benut, de overige bleven op die wijze vrij voor de kanaalselektie en de adressering. Een enkel byte kon zo volstaan voor de kontrole van de feedback loop en dus van de klankopwekking zelf. Een zekere traagheid in het aanspreken van de diverse noten bleef evenwel ook in dit ontwerp helaas aanwezig, maar m.i. was dit vooral te wijten aan het beperkte vermogen van de gebruikte luidsprekermotor (15Watt). Met een piekvermogen, gedurende het aanzetten van de toon in de orde van 100Watt zou allicht een beter resultaat op dit vlak kunnen bereikt worden. Ook kon het nogal eens gebeuren dat een andere noot dan de voorziene werd geproduceerd. Omgevingsgeluid speelde daarbij een belangrijke rol, wat uiteraard de opname in een orkestrale kontekst kompromiteerde. Onbevredigd door de resultaten van versie 1, herbouwden we in 2002 de stuurschakeling voor <Autosax> volgens een geheel nieuw ontwerp, waarbij de feedback sturing geheel in software werd gerealiseerd. De -frekwentieselektieve en aan het toonbereik van de saxofoon aangepaste voorversterker voor de voor het paviljoen gemonteerde elektret mikrofoon kwam eruit te zien zoals op de afbeelding opgenomen in het bouwdagboek. Feedback sturing via een digitaal stuurbare versterker-mixer schakeling bleef ook in deze tweede versie een optie voor deze robot.

Voor de komputersturing had het zo ontstane instrument voldoende aan 2 bytes voor de sturing van de spoelen/kleppen, naast het ene byte voor de feedbackkontrole. Dit kon gemakkelijk geimplementeerd worden via de op zowat alle komputers beschikbare parallel-printerpoort. Hiervoor gebruikten we hetzelfde demultiplex board zoals we dat ook ontwikkelden voor automaten zoals <Klung>,<ThunderWood>, <Troms> enzomeer. Omdat elk individueel bit via software kan gemanipuleerd worden, blijkt het perfekt mogelijk ook micro- intervallen, vorkgrepen, kleppengerammel, multiphonics door het instrument te laten voortbrengen. Ook 'zingen en spelen' tegelijkertijd is makkelijk te voorzien, door een vokaal (eventueel vanuit een stemsynthesiser ofwel vanuit een sampler) signaal in het mixergedeelte bij de mengen.

Om de responstijd te versnellen, het zwakke punt van het gehele ontwerp, zowel in de eerste versie als ook in de tweede, stuurden we in de tweede versie van <Autosax> bij elke aan te sturen toonhoogte een korte uitstervende sinus in de mixer. Hoewel dit op het eerste gezicht een 'overtreding' lijkt te zijn van het anderszins zo akoestische werkingsprincipe van het instrument, is het toch zo dat ook een speler van vlees een bloed wel degelijk anticipeert op de te spelen noot, wil hij deze tenminste trefzeker en goed aan zijn instrument ontlokken. In dit geval was echter in de komputerimplementatie nood aan het gebruik van het audiosubsysteem: de ingebouwde soundcard van de PC. Aan de hardware hoefden voor dergelijke uitbreiding geen wijzigingen te worden aangebracht. Overigens kon hiervoor ook een externe gewone midi-synthesizer worden gebruikt.

Hoewel Autosax in deze versie verscheidene jaren deel uitmaakte van het <M&M> robotorkest, waren we toch niet echt gelukkig met het voortgebrachte geluid. Het klonk me veel te sintetisch, elektronisch en eendimensioneel. In 2005 en 2006 onderging <Autosax> daarom een derde welhaast volledige herziening (versie 3) , waarbij volledig afgezien werd van het oorspronkelijke feedbackmechanisme, maar waarbij we integendeel poogden het riet zelf onder mikroprocessor kontrole aan het trillen te brengen. Heel wat research staken we in de ontwikkeling van het riet zelf en de aansturing (cfr. bouwdagboek). Uiteindelijk werd het een samengesteld riet, deels uit riet deels uit staal. Het grote probleem bleek de bouw van een riet dan redelijk lineair aan het trillen kan worden gebracht over een breed frekwentiegebied. Een erg lage eigenfrekwentie bleek noodzakelijk. Voor de kontrole daarvan deden we beroep op de DS-PIC microcontroller van MicroChip. Om een redelijk ' menselijke' kontrole mogelijk te maken van de toonvorming ontwikkelden we een speciaal kegelventiel. Hiermee wordt een werkelijke artikulatie van de voortgebrachte klanken mogelijk.

De 'Autosax' zoals ik het instrument heb gedoopt, werd opgebouwd als een vrijstaande ruimtelijke robot-skulptuur: als een saxofoon in speelklare positie, maar zonder speler. Daartoe werd het instrument op een gelast statief voorzien van talloze beugeltjes voor de vele elektromagneten, de elektronische stuurschakelingen en de diverse voedingen en interfaces geplaatst. Het werkende instrument werkt dan ook vizueel bevredigend: alle schakelingen zijn transparant en zichtbaar zodat het niets verhult. Een naakte automaat.

Godfried-Willem RAES, 1992-2008

Bouwgeschiedenis en bouwdagboek

Autosax onderging in de loop van zijn ontwikkeling tot nu toe drie onderscheiden stadia die elk met een werkende robot werden afgesloten. De globale ontstaansgeschiedenis en de technische details daarvan worden in volgend dagboek gedokumenteerd.

• 11.1989: aankoop saxofoon op rommelmarkt. Het instrument bleek later afkomstig te zijn van de afbraak van het Grymonprez dansorgel in de feestzaal aan de Brusselse steenweg in Ledeberg, bij Gent. Onderzoek wees uit dat het weliswaar op het front van het dansorgel was gemonteerd en dat de kleppen bewogen, maar eveneens dat het geen akoestisch geluid voortbracht.
• 11.1991: Start bouw <Autosax>. Ontwerp vertikale kolom en selektie Maranz elektromagneten. Laswerk magneetdragers,
• 09.1992: Laswerk onderstel op drie wielen. Montage scheidingstransfo en analoge eindversterker, met een ILP 30W module. Voeding 2x12V, toroidale tranfo..
• 10.1992: bouw en ontwerp mikrofoonvoorversterker-0 en filterschakelingen. Montage feedback mikrofoon. (Elektret type).
• 02.11.1996: Om de komplexiteit van PWM sturingen te vermijden bedachten we voor de klepsturing een schakeling waarbij de spoelen bij het aanschakelen met een sterke stroomstoot (170V,0.5A) bekrachtigd worden terwijl de spanning daarna op de minimale houdspanning wordt begrensd. Dit kon eenvoudig worden bereikt door de spoelen op te nemen in de ontlaadkarakteristiek van een kondensator, waarbij de laadweerstand zo wordt berekend dat de minimale houdspanning (ca. 60Volt) bij ingeschakelde spanning niet boven de vereiste waarde uitkomt. Berekeningen brachten ons op een weerstandswaarde van 620 Ohm. Het in deze weerstanden te dissiperen vermogen beliep evenwel 20Watt... Met alle spoelen bekrachtigd zou het instrument werken als een soort elektrische kachel. Daarom bedachten we een andere oplossing die bovendien nog een leuk vizueel effekt oplevert: in plaats van de dure gecementeerde vermogensweerstanden gebruikten we uiteindelijk gewone klassieke en goedkope 60Watt - 230Volt gloeilampen. Dit leverde ons bovendien nog een hoogst welkome stroomregeling op. Immers de weerstand van een gloeilamp is een funktie van de temperatuur van de gloeidraad. Zo is de koudweerstand van een 60Watt lamp ca. 70 Ohm, terwijl deze weerstand bij volle spanning oploopt tot 884 Ohm! Een regelbereik van meer dan een decade dus. Bij de in ons ontwerp aangelegde spanning van 170V branden de lampen op een heel wat lagere temperatuur en bleek hun weerstand ca. 640 Ohm te bedragen. Perfekt geschikt dus voor onze toepassing. Als schakelement gebruikten we darlingtontransistoren geschikt voor de hier toegepaste relatief hoge spanning. Aangezien de dissipatie in deze toepassing beperkt is, konden we de koelvinnen geheel achterwege laten.
• 06.11.1996: Bouw feedbackschakeling volgens volgend ontwerp:
• xx.xx.1996: eerste versie van Autosax operationeel en publiek gedemonstreerd. De foto toont deze eerste versie van de werkende <Autosax>. De darlingtons werden vervangen door IRF610 mosfets voorzien van een kleine koelvin..
• 15..08.2002: Toevoeging van een inox beschermkap tevens dienstig als drager voor de besturings notebook komputer.
• 18.02.2002: De sturing van <Autosax> kan nu gebeuren door aansluiting op een standaard printerpoort, via National Instruments DIO cards en PCMCIA kaarten, maar ook via een gewone USB poort op een Wintel laptop PC. De PC moet wel over een ingebouwd audiosubsysteem van een redelijke kwaliteit beschikken.
• 19.02.2002: Sedert het oorspronkelijke ontwerp, teruggaand tot 1989 hoewel de eerste opbouw slechts in 1991 werd uitgevoerd, is de komputer technologie uiteraard niet stil blijven staan. Real time audioprocessing is inmiddels tot de standaard mogelijkheden van een gewone PC gaan behoren. Hierdoor kon het oorspronkelijke ontwerp van de Autosax op hardware vlak aanzienlijk vereenvoudigd worden. De kleppen-sturing werd behouden, maar de mogelijkheden van de PC voor de sturing van de feedbackloop en dus de toonvorming van de autosax zelf, kon nu helemaal in software geimplementeerd worden.
• xx.xx.2002: bouw tweede versie van Autosax, met feedbacksturing volledig in software onder GMT.
• 10.05.2002: Een inschakelbeveiliging met pincode decoder werd opgebouwd en toegevoegd volgens volgend ontwerp:Deze schakeling levert meteen ook de nodige spanningen voor de mikrofoonvoorversterkerschakeling.
• 12.05.2002: Voor de sturing van de kompressorluidspreker, gebruikten we de reeds bestaande ILP30 versterkermodule met een eigen voeding (2x12V, symmetrisch). Ingangen en uitgangen van het audiogedeelte werden allen genormaliseerd voor 0dB signaalnivoos.
• 27.05.2002: eerste publiek koncert met deelname van Autosax in versie 2. De foto werd genomen op dit koncert.<Autosax> wordt er bespeeld met een subnotebook komputer gebruik makend van het USB interface.
• 12.08.2002: premiere van Kristof Lauwers stuk voor autosax, waarbij deze uitsluitend in feedback mode werkt.
• 10.05.2003: problemen met het Windows besturingssysteem duiken op. Het audio systeem werkt niet meer deugdelijk onder de nieuwste versies van Windows...
• 12.07.2004: Onbevredigd door de resultaten van het bestaande en werkende ontwerp, begon ik een hele reeks experimenten rond de bouw en aansturing van een echt riet en saxofoonmondstuk, waarbij het gehele met traagheid geplaagde feedbackmechanisme zou kunnen komen te vervallen.
• 22.08.2005: uitwerking ontwerp en experimenten rond de bouw van een nieuw automatiseerbaar monstuk met riet.
• 23.08.2005: Een hele reeks experimenten werd opgezet rond de mogelijkheid en de voorwaarden gesteld aan een automatiseerbaar riet gemonteerd op een origineel monstuk voor een tenorsaxofoon. Om de problemen met de bij normaal menselijk spel noodzakelijke lipdrukregeling op het riet te omzeillen, kwamen we er uiteindelijk toe het gehele werkingsprincipe om te keren. Bij een normaal enkelrietinstrument (klarinet, saxofoon) is er in rust tussen de punt van het riet en het mondstuk , aan het eind van de baan, een vooropening in maat varierend tussen ca. 1mm en 3mm. Wanneer zacht en zonder lipspanning geblazen wordt, krijgen we dan ook een luchtstroom (zonder toon, maar alleen met ruis) doorheen het instrument. Pas wanneer we de lipspanning vergroten, wordt de vooropening verkleind en kan een toon ontstaan, mits voldoende winddruk wordt toegevoerd. In onze uitvoering is het riet in rust nagenoeg volledig tegen de (vlak uitgevoerde) baan van het mondstuk aangelegd. Hoe hoog ook de toegevoerde winddruk is, er zal nooit een luchtstroom doorheen het instrument kunnen ontstaan, integendeel hoe groter de winddruk hoe harder het riet tegen de baan wordt gedrukt. Het riet opent zich pas wanneer het door de elektromagneet wordt aangetrokken. De mate waarin dit gebeurt kan nu elektronisch worden geregeld. Het snel opwekken van de juiste en gewenste toonhoogte eveneens. Opdat dit mogelijk zou zijn, dienden we natuurlijk eerst een rietkonstruktie te bedenken die zich leent voor elektromagnetische aansturing. Experimenten met geheel uit staal gemaakte rieten leverden een weinig overtuigende toon op (leek meer op een klakson...) en zo kwamen we ertoe het riet op te bouwen uit een heel dun stalen blad (gesneden uit 0.1mm dikte, precisie Hassberg meetlint, breedte 25mm) over de gehele rietlengte in kombinatie met een sterk ingekort klassiek riet, dat hier wel degelijk meetrilt en als proportionele aandrukveer fungeert. Belangrijk is de resonantiefrekwentie van het niet (akoestisch gezien een staf ingeklemd aan een uiteinde) zo laag mogelijk te nemen. Aan de ondergrens hebben we de beperking dat een heel lage resonantiefrekwentie een erg dun riet impliceert en dat dit ten koste gaat van de maximaal haalbare geluidsterkte. Het omgekeerde is evenwel ook mogelijk: een resonantiefrekwentie ver boven de hoogste te produceren toon, maar dan hebben we wel heel erg grote hoeveelheden energie nodig om dergelijk dik stalen riet nog te laten over en weer zwiepen. De tekening moge het verschil tussen het normale riet en het mondstuk waartoe wij kwamen voor dit soort automaat illustreren:

  

  De gehele konstruktie werd in een cylinder van polycarbonaat met gelaste inox deksels en aansluitingen voor enerzijds de saxofoon, anderzijds de kompressor en de elektrische aansluitingen, ingebouwd. De elektromagneet werd op een geveerde en verstelbare slede gemonteerd voor een makkelijke mechanische afregeling. De foto hieronder toont twee komponenten van het mechnisme in hun korrekte positionering:

  

  De slede voor de elektromagneet werd gemaakt in spuitgietaluminium. Het diende immers een niet magnetiseerbaar materiaal te zijn. Ze wordt met 2 M5 bouten vastgezet in de polycarbonaat cylinder. Voor de luchtvoorziening maakten bij deze revizie we gebruik van een mini Ventola blazer zoals we die al eerder gebruikten in automaten zoals <So> en <Harma>. De motoren werden omgebouwd en herbedraad om in driehoeksschakeling op driefazenstroom te kunnen werken en daarmee een soepele regeling van het toerental -en daarmee zowel druk als debiet- mogelijk te maken. De onderstaande foto geeft een beeld van de gehele geautomateerde mondholte met mondstuk:

• 15.09.2005: verdere uitwerking ontwerp derde versie van de elektronika voor <Autosax>, deze keer met rechtstreekse midi aansturing en onder gebruikmaking van PIC mikrokontrollers.
• 26.04.2006: hertekening van de nieuw elektronika
• 27.04.2006: Opstelling nieuw specifikaties voor de drie PIC's. Overleg met medewerkers en gebruikers. Specs doorgestuurd naar Johannes Taelman.
• 28.04.2006: Montage PIC board voor de besturing van de kleppen.. Montage en bedrading relais voor de 170V hoogspanning.
• 29.04.2006: Assemblage en montage midi-hub board, tevens de besturingsPIC voor de motor omvattend. Montage motor op trillingsdempers en Siemens motorcontroller.
• 30.04.2006: Konstruktie kegelventiel ( conical valve) voor proportionele sturing van de winddruk en de expressie.
• 01.05.2006: Verdere afwerking konstruktie kegelventiel. Een passend gedraaide kegel in teflon zou beter zijn... geen teflon te krijgen op 1 mei..... duizend bommen en granaten. Ventielkegel dan maar uitgevoerd in brons. De totale bouwhoogte van het ventiel komt nu uit op 217mm.
• 02.05.2006: Verdere aanpassing en solderen midi-hub board.. Opstellen nieuwe midi specifikatie en specifikaties voor de PIC implementatie. Doorgestuurd naar Johannes Taelman. Users manual alvast aangepast. Bouw en inbouw 12V / 50VA analoge voeding voor het kegelventiel. Hiervoor gebruikten we een 50VA toroidale tranfo gevolgd door een gelijkrichterbrug, een 4700mF afvlakelko en een 78K12 regulator in TO3 behuizing. De gehele voeding werd gemonteerd op een L vormig stuk gelast inox en met twee M5 inox inbus bouten op de bodemplaat vastgezet.
• 03.05.2006: GMT software aangepast aan de nieuwe versie van Autosax. Konstruktie 24V/1A voeding en opamp voeding (+/- 15V 150mA). Montage op glasvezel versterkt epoxy plaat. Schema toegevoegd aan de service manual.
• 04.05.2006: Montage 24V/1A voeding in de basis van Autosax. Bedrading afgewerkt. De voorversterker werkt nu met een symmetrische voeding van +/-15V en verkrijgt daardoor een wat groter dynamisch bereik. Eerste tentatieve programmering van de motor kontroller.
• 05.05.2006: Programmatie Siemens Sinamics G110 motorcontroller.
• 06.05.2006: Test analoog versterkergedeelte voor sturing elektromagneet riet.
• 09.05.2006: Programmering PIC1 -kleppen- met Johannes Taelman. Voorlopige testkode voor evaluatie. Eerste tentatieve programmering PIC2: motor en kegelventiel besturing.
• 10.05.2006: tests windkontrole. Voorziening controllers in midi implementatie gewijzigd. Bug ontdekt in bedrading motorkontroller. Daardoor werkte het motor on/off kommando niet.
• 12..05.2006: Pic programmeerproblemen uit de wereld geholpen door een upgrade van MPLAB (nu versie 7.31) dankzij Johannes Taelman. Motor on/off werkte niet omwille van een hardware bug: pull-up weerstandjes vergeten op het midihub board... Voor test 100V lijntransfo ingezet voor aansturing rietmagneet vanuit de ILP30 versterker.
• 13.05.2006: meet- en experimenteeropstellingen voor de riet driver. Een dubbelzijdige bekrachtiging kan nodig blijken.
• 14.05.2006: Labowerk rond dubbele rietaktivering met autonoom instelbare duty cycles, zelfde frekwentie en onderling verschuifbare fazerelatie.
• 17.05.2006: Verder labowerk rond rietsturingen.
• 18.05.2006: Windafdichting 5polige bajonet din in polykarbonaat cilinder.Rietmagneten verbonden met resp. pinnen 1-3 (rietbekrachtigingsmagneet) en 4-5 (rietsluitmagneet). Pin 2 is niet verbonden. Definitieve konstruktie en montage rietsluitelektromagneet. Test met tweefazige aanslluring van de elektromagneten. Tekening bij 23.08.2006 aangepast.
• 19.05.2006: TIG laswerk drager buis met kegelventiel. Buisbeugel voorzien van M16 schroefdraad.
• 20.05.2006: Nieuwe proefopstelling voor tweefazige aansturing riet. Kegelventiel blokkeert geregeld. Wellicht niet zuiver centrisch gemonteerd of gedraaid. Kegelventiel gedraaid in kurk (vanwege de geringere massa), maar dit blokkeert eveneens.
• 21.05.2006: Nieuwe binnenkegel voor kegelventiel gemaakt, nu in gepolijst inox.. Dit klemt niet, lijkt vlot te werken maar maakt meer lawaai. Flens gelast aan beugelstuk waarmee de luchtpijp wordt vastgehouden. Viltjes gekleefd onder de stoppallen van de kleppen zodat de saxofoonmechaniek wat minder rammelt.
• 22.05.2006: Binnenkegel van het ventiel akoestisch dood gemaakt met blauwe siliconenrubberdichting (Loctite).
• 23.05.2006: Autosax terug in de opstelling van het M&M orkest geplaatst voor onderzoek van de rietsturing met behulp van PD gekoppeld aan GMT.
• 25.05.2006: Ontwikkeling rietsturingskode in PD door Kristof Lauwers.
• 29.05.2006: Verdere ontwikkeling rietbesturing in audio vanuit PD door Kristof.
• 01.08.2006: Overleg met Johannes Taelman m.b.t. de DS-PIC implementatie.
• 22.08.2006: Test-kode voor rietbesturing en tessituur door Kristof Lauwers.
• 19.10.2006: Achterwielen vervangen door degelijker exemplaren met polyuretaanbanden van Blickle.
• 01.11.2006: DS-PIC board is nu geprogrammeerd voor de rietbesturing.
• 09.11.2006: test en evaluatiekode voor de DS-PIC geschreven in GMT module voor de besturing van Autosax.
• 12.11.2006: tests DS-PIC voor rietaansturing.
• 13.01.2007: Verdere ontwikkeling DS-PIC test kode voor de rietbesturing. Alleen in de allerlaagste regionen werkt het riet uitstekend. Zelfs goede slaptongues zijn haalbaar, alleen normale noten voor dit type saxofoon kunnen we nog niet goed produceren.
• 16.02.2007: Selektie dsPIC bepaald op type dsPIC30F3010. Deze heeft komplementaire PWM outputs en kan ook gebruikt worden in <So> en <Hurdy>.
• 10.02.2008: Teorie rond elektromagnetische aansturing van rieten en soortgelijke ferromagnetische materialen verder uitgewerkt in het artikel 'Expression control in automated instrument'.
• 19.08.2008: Nieuw ds-PIC board bestukt voor gebruik in Autosax. Eigenlijk is het hetzelfde board zoals we dat ontwierpen voor <Aeio>.
• 02.01.2009: Sound driver mechanisme opnieuw bekeken. Ontwerp van een rietdriver naar model van de bij <Ob> toegepaste techniek, met name de akoestische impedantiekonvertor.

Technical notes and maintenance data:

(not intended for the general public)

Circuit overview:

The 12V analog power supply is straightforward and uses a 50VA toroidal transformer mounted on the bottom plate in the very front of the instrument. To remove this power supply, loosen both stainless steel M5 bolts holding the frame. The hefty 230V/630VA transformer is mounted on the bottom plate next to the 12V supply, followed by the double-diode rectifier and the electrolytic capacitors. Watch out when servicing: high voltage. The analog power supply for the 5V is mounted in a U shaped housing on the backside of the bottom plate. The 24V power supply uses a small 1A transformer and follows the traditional analog design rules. It also houses a small 150mA DC DC converter used for powering the microphone opamp circuitry. The DC DC converter is made by Klaasing Electronics, Power Module type number 7KR24-15D150. Now this type is distributed by Advantec Electronics BV, with the type number D5R24-15D150. (2006)

Midi Input board & Motor Control board PIC2:

Valve solenoid boards - schematic:

The hold voltage over the solenoids with the bulbs specified is ca. 60V dc. The circuitry is dangerous to touch! Be carefull when servicing. The valve boards themselves date back from 1991, the PIC board belongs to the 2006 revision.

Circuit for the midi hub board, also containing the PIC microcontroller for the motor and the valve solenoid:

Construction drawing and picture of the practical realization for the low pressure proportional conical valve designed for autosax:

All parts are made of stainless steel AISI 304 / 316.

Softshift Solenoid data:

Vertical softshift solenoids for expressive wind pressure modulation mounted inside the conical valve: Ledex Softshift type 5EP (now Saia Burgess), number 193015-026. Cold DC resistance 10.3 Ohm. Nominal working voltage at 100% duty cycle: 14V.

• 14V (force = 8 Newton), Current 1.36A, Power = 19W
• at 50% (force = 18 Newton) , 20V, 2A, P=40W
• at 25% (force= 30Newton) , 28V, 2.7A, P=75W
• at 10%, 44V (force= 50 Newton) , 4.3A, P= 190W
• Price (this is not a joke): 144US $ a piece at Qty=10 ...

For the working of this valve, taking into account the very low air pressure (ca. 6.5mBar), a voltage of 12V is enough. The valve starts opening with a voltage of 2.6V and is fully opened with 11V.

Motor data & parameter list for the motor controller:

Controller: Siemens Sinamics G110

Motor: triangle connected, 3x132V - 0-75Hz, 70W, 2800 rpm at 50Hz

Programming information and settings for the Siemens Sinamics G110 motor controller:

Wiring details reed driver plug:

Last update: 2020-03-29