Sonorização da maqueta

Estamos rodeados de sons. Estejamos em casa, na rua, no trabalho ou numa estação ferroviária, estamos sempre a ouvir os sons produzidos por pessoas, máquinas, animais, até o vento ou o sino da igreja.

As nossas maquetas, que pretendem reproduzir uma cena real ou idealizada, não estão completas sem que lhes seja adicionado o som inerente à cena representada.

Hoje em dia, com o advento do DCC, as locomotivas podem reproduzir os sons que as caracterizam produzindo um efeito de realismo.

Na maqueta a introdução de sons relacionados com as cenas representadas incorpora um realismo adicional que melhora substancialmente o ambiente que pretendemos transmitir.

Algumas marcas comerciais vendem produtos que reproduzem som ambiente. Na generalidade carecem de realismo pois muitos destes produtos usam som sintetizado. Em muitos casos a duração está limitada a poucos segundos. Na esmagadora maioria são caros para o efeito que produzem.

Muitos modelistas têm elaborado sistemas de som ambiente recorrendo à reprodução de CDs, usando um MP3 player ou fazendo reproduzir sons de um computador ligado à maqueta, só para dar alguns exemplos.

Foi por acaso que descobri a placa de que vos vou falar. Lendo as especificações imediatamente compreendi que seria uma alternativa de simples implementação, barata e extraordinariamente versátil.

Neste artigo vamos implementar um sistema de som ambiente para a nossa maqueta.

Ferramenta necessária

1. Ferro de soldar.

Lista de material

Esta é a lista de material necessário para construir o sistema de som ambiente para a maqueta.

1. 
Placa de som (1 peça). A placa de som usada é a Adafruit – Audio FX Sound Board + 2x2W Amp – WAV/OGG Trigger -16MB.
Pode ser encontrada nesta loja em Espanha por cerca de 35 Euros. Em Portugal é substancialmente mais cara. Ter em atenção que existem 4 variantes desta placa, a que precisamos é a mencionada a negro no início deste parágrafo.
https://tienda.bricogeek.com/accesorios-robotica/1491-adafruit-audio-fx-con-amplificador-2w.html?search_query=adafruit+sound+fx&results=1

A placa é fornecida com 2 conectores para ligar os altifalantes e duas barras de pinos para fazer as restantes ligações.

2. 
Altifalantes, o proposto ou similar (2 peças).
De preferência usar dois altifalantes de 4Ω e pelo menos 2W.
https://tienda.bricogeek.com/varios/1692-altavoz-40mm-3w.html

3. 
Interruptor de alavanca miniatura 2 posições estáveis – ON-ON (1 peça).
https://mauser.pt/catalog/product_info.php?cPath=324_1401_1404&products_id=010-0084

4. 
Botão interruptor de pressão unipolar SPST OFF-ON (número de peças dependente da configuração).
https://mauser.pt/catalog/product_info.php?cPath=324_1401_1403_1633&products_id=010-0863

5. 
Jumper Dupont macho-fêmea (número de peças dependente da configuração).
https://mauser.pt/catalog/product_info.php?cPath=1874_640_1221&products_id=096-4681

Software e arquivo de sons

Para conseguirmos produzir os sons para introduzir na placa vamos precisar de um editor de áudio.

Aconselho o Audacity mas poderão usar qualquer editor que exporte os ficheiros de áudio para formato OGG.

O Audacity é um software de edição de áudio de utilização livre muito popular e a interface está traduzida para português. É possível encontrar na internet muitos vídeos de ajuda.

Vamos precisar de ter acesso a ficheiros de som para podermos construir os nossos ficheiros de áudio.

Na freesound.org poderão pesquisar e encontrar os sons necessários. Esta biblioteca tem milhões de sons que poderão ser usados gratuitamente.

https://freesound.org/

Características da placa Adafruit – Audio FX

Figura 1. Implementação básica do sistema de som para maqueta.

Na figura 1 é mostrada a configuração básica do sistema de som ambiente. Em (1) temos a placa Adafruit – Audio FX, em (2) a fonte de alimentação (3 a 5 V DC), em (3) os dois altifalantes e em (4) os botões de pressão (gatilhos) que fazem ativar os sons.

A placa de som tem muitos recursos que a tornam muito fácil de usar:

  • Não requer Arduino ou outro micro-controlador, é completamente autónoma, apenas precisa de uma fonte de alimentação de 3 a 5,5V DC. (5 V DC recomendado);
  • Pequena, apenas 48 mm por 22 mm;
  • Armazenamento de 16 MB embutido na placa para proporcionar até 15 minutos de áudio estéreo em formato OGG (pode ser duplicado usando áudio mono);
  • USB de armazenamento em massa integrado, ligue o computador à placa através de um cabo micro USB para transferir os ficheiros de áudio para a placa;
  • Pode reproduzir áudio compactado (OGG) ou não compactado (WAV);
  • Som de alta qualidade de 44,1 KHz de 16 bits;
  • Podem ser ligados até 11 botões ou interruptores (gatilhos) para acionar os ficheiros de áudio;
  • Amplificador estéreo classe D integrado com 2 × 2,2 W de potência de saída. Podem ser ligados  altifalantes de 4 ou 8 ohms;
  • Saída de linha estéreo;
  • 5 modos diferentes de acionamento (gatilhos) que cobrirão uma grande variedade de opções sem qualquer programação.

Conhecer a placa Adafruit – Audio FX

Seguidamente serão descritas as partes e pinos da placa. Só serão descritas as partes da placa relevantes para o projeto.

Figura 2. Imagem da placa, vista do lado dos componentes.
Figura 3. A parte destacada mostra o conector micro USB.

Precisamos de um cabo micro USB padrão para ligar a placa ao computador para possibilitar a transferências dos ficheiros de áudio.

Nota: Não será possível reproduzir áudio enquanto a placa estiver ligada por USB ao computador.

Figura 4. A parte destacada mostra os pinos de ligação para os altifalantes.

A placa tem saída para dois altifalantes, lado esquerdo e direito, uma vez que o som da placa é estéreo. As saídas são de carga ligada em ponte (BTL), portanto, não ligue R+ a L+ e R- a L- para obter mais potência, pode danificar o chip. Se só usarmos um alto-falante basta ligar o canal desejado.

A placa é fornecida com dois conectores que devem ser soldados na parte destacada da figura 4.

O amplificador pode acionar altifalantes de 8 ohm ou 4 ohm, até 2,8 W.

Altifalantes de 4 ohms soarão mais alto do que os de 8 ohms.

Com alimentação de 5V o som será mais elevado do que com alimentação a 3V.

Figura 5. A parte destacada mostra os pinos de ligação para a alimentação da placa.

A placa será alimentada a partir de uma fonte de alimentação de 5 V DC.

Nos pinos destacados deve ser soldada uma barra de dois pinos. Ao pino Vin será ligado o positivo (+) e ao pino Gnd será ligado o negativo (-) da fonte de alimentação. 

Figura 6. A parte destacada mostra os pinos de ligação para controlo de volume do som.

Nos pinos destacados deve ser soldada uma barra de dois pinos.

Use dois botões interruptor de pressão para controlar o volume do som.

Conecte os botões que vão de cada pino ao negativo, quando o botão estiver pressionado, o volume diminuirá ou aumentará conforme do botão pressionado (explicação em detalhe na figura 10).

O nível do volume não ficará registado na placa. Após cada reinicialização o nível de som terá de ser reposto.

Figura 7. A parte destacada mostra os pinos de ligação para acionamento dos sons.

Nos pinos destacados deve ser soldada uma barra de onze (11) pinos.

Mesmo que inicialmente não pense usar todos os onze pontos de acionamento deve soldar a barra de onze pinos pois no futuro poderão ser usados.

Nota: Não soldar os pinos que não são mencionados, assim evitamos ligações não desejadas.

Cada um destes pinos pode ser acionado ligando o pino ao negativo. Podemos ligar cada um destes onze pinos a um botão interruptor de pressão para quando este for pressionado o som começar a tocar (explicação em detalhe na figura 10).

Modos de acionamento

Uma das características mais interessante desta placa é a facilidade com que podemos tocar os sons desejados sem termos de recorrer a programações complicadas. Basta nomear os ficheiros de áudio da forma como a seguir se explica para podermos ter inúmeras configurações diferentes.

Contrariamente aos produtos comerciais de sons para modelismo, em que os sons não podem ser alterados, nesta placa podemos renovar os ficheiros de áudio conforme e sempre que desejado.

A placa possibilita cinco modos de acionamento diferentes para obter o efeito desejado, a saber:

Acionamento básico – nomear um ficheiro Tnn.WAV (ou Tnn.OGG) para que o arquivo de áudio seja reproduzido quando o botão de acionamento correspondente nn for ligado momentaneamente ao negativo (-).

Acionamento permanente – nomear um ficheiro TnnHOLDL.WAV (ou .OGG) para ter o áudio a tocar apenas quando o botão de acionamento correspondente nn se mantiver ligado ao negativo (-). O áudio tocará continuadamente até que o contacto seja quebrado.

Acionamento repetido – nomear um ficheiro TnnLATCH.WAV (ou .OGG) para ter o áudio a tocar quando o botão de acionamento correspondente nn for ligado momentaneamente ao negativo (-). O áudio tocará continuadamente. Para parar a ação pressione novamente o mesmo botão.

Acionamento do próximo – fazer com que até 10 ficheiros sejam reproduzidos um após o outro, nomeando-os de TnnNEXT0.WAV (ou .OGG) a TnnNEXT9.WAV (ou .OGG). Começará a reproduzir TnnNEXT0 e a cada vez que o botão de acionamento for pressionado passará para o número seguinte até acabar a sequencia, depois voltará ao primeiro.

Acionamento aleatório – nomear ficheiros de TnnRAND0.OGG até TnnRAND9.OGG para serem reproduzidos, de forma aleatória, um de cada vez sempre que o botão de acionamento correspondente nn for ligado momentaneamente ao negativo (-).

Figura 8. Exemplo de estrutura de ficheiros a introduzir na placa. Os 3 primeiros ficheiros estão relacionados ao pino 1 (T01) e são de acionamento aleatório (RAND0 a 3), sempre que o botão 1 for premido a placa tocará um destes 3 sons de forma aleatória.

Os 3 ficheiros seguintes funcionam da mesma maneira com a diferença que estão ligados ao botão 2.

O ficheiro T03LATCH está ligado ao botão 3 (T03), quando premido faz a placa tocar este ficheiro e como é um ficheiro de acionamento repetido (LATCH) o áudio tocará repetidamente até que o botão seja novamente premido.

Os restantes ficheiros, T04 a T06 tem o mesmo tipo de funcionamento só que ligados aos botões 4, 5 e 6.

Criando ficheiros de áudio

A placa de som não suporta áudio MP3, se tiver ficheiros deste tipo terão de ser convertidos para OGG ou WAV.

Na placa podem ser usados simultaneamente ficheiros no formato OGG e WAV.

Há alguns prós e contras para cada um destes formatos:

  • No formato OGG o ficheiro está compactado, mas ainda soa muito bem. Se pensa usar muitos minutos de áudio terá que recorrer a este formato.
  • No formato WAV o ficheiro não está comprimido por isso é da mais alta qualidade, mas ocupa mais espaço.

Gerar arquivos de áudio, especialmente se se pretende mantê-los pequenos, pode requerer um pouco de experimentação: taxas de bits e taxas de amostragem mais altas soarão melhor, mas ocuparão mais espaço. Pode usar a taxa de amostragem de 44,1 KHz, que é basicamente qualidade de CD de áudio, ou até talvez 8KHz para voz gravada.

Outra maneira de economizar espaço é converter arquivos estéreo em mono. O decodificador suporta estéreo, mas se tiver apenas um altifalante os ficheiros poderão ser em mono e assim ocuparão apenas metade do espaço.

Alguns exemplos de espaço ocupado com o formato WAV

A placa suporta áudio estéreo até 44.KHz/16 bits.

  • WAV 44,1 KHz 16 Bit – (2 bytes * 2 canais * 44100) = ~175 KB por segundo, então 2 MB podem conter 12 segundos, 16 MB podem conter 90 segundos.
  • Mono WAV 44,1 KHz 16 Bit – (2 bytes * 1 canais * 44100) = ~88 KB por segundo, então 2 MB podem conter 23 segundos, 16 MB podem conter 180 segundos (3 minutos).
  • Stereo WAV 22 KHz 16 Bit – (2 bytes * 2 canais * 22050) = ~88 KB por segundo, então 2 MB podem conter 23 segundos, 16 MB podem conter 180 segundos (3 minutos).
  • Mono WAV 22 KHz 16 Bit – (2 bytes * 1 canais * 22050) = ~44 KB por segundo, então 2 MB podem conter 45 segundos, 16 MB podem conter 6 minutos.
  • Stereo WAV 11 KHz 16 Bit – (2 bytes * 2 canais * 11025) = ~44 KB por segundo, portanto, 2 MB pode conter 45 segundos, 16 MB pode conter 6 minutos.
  • Mono WAV 11 KHz 16 Bit – (2 bytes * 1 canais * 11025) = ~22 KB por segundo, então 2 MB pode conter 90 segundos, 16 MB pode conter 12 minutos

Formato Ogg Vorbis Comprimido

Pode converter qualquer tipo de ficheiro de áudio para Ogg.

Por ser compactado perde um pouco de qualidade mas é muito improvável que seja perceptível a diferença.

A taxa de compressão dos ficheiros é de 1:5 a 1:10 quando comparado com o formato WAV isto tem como resultado que no formato Ogg poderemos gravar entre 5~10× mais tempo de áudio.

Ajustar o ganho do amplificador de saída

O nível do som nos altifalantes pode não ser suficiente para ser bem audível em ambientes com muito ruído de fundo, como em exposições.

A placa é fornecida com uma configuração de ganho de 6dB para evitar que os altifalantes (se forem pequenos) possam ser danificados.

Este ganho pode ser aumentado, para fazer soar o som mais alto, intervindo em dois pontos, G0 e G1, no verso da placa.

Figura 9. A parte destacada mostra os pontos G0 e G1.

Os pontos G0 e G1 funcionam como jumpers, quando as duas placas de cobre estão ligadas, através do pequeno troço de cobre entre elas, o jumper está ligado.

No caso de pretendermos aumentar o nível de som na saída começamos por retirar, com a ajuda de um X-acto, o pequeno troço de cobre que une as duas placas do jumper G1.

Configurações de ganho possíveis na placa

G0 ligado + G1 ligado = 6 dB de ganho (configuração original)

G0 ligado + G1 desligado = 12 dB de ganho

G0 desligado + G1 ligado = 18 dB de ganho

G0 desligado + G1 desligado = 24 dB de ganho

Notas finais

Como já foi dito anteriormente esta placa é extraordinariamente versátil e facilmente conseguimos configurações de som ambiente para a maquete.

Vou dar como exemplo a minha maqueta de 2 módulos. No módulo do lado esquerdo temos um ambiente campestre com uma casa rural, animais de capoeira, árvores e gado a pastar. Do lado direito temos uma pequena aldeia com casas, café, escola e igreja e ainda a estação ferroviária.

Arranjei, na freesound.org sons ambiente relacionados com as temáticas envolvidas. Para o lado esquerdo sons de vacas, galinhas, cabras, tratores, sapos e grilos, etc. Para o lado direito sons de carros, crianças a gritar no recreio da escola, o sino da igreja, etc.

No Audacity fiz a mistura dos sons de forma a que no lado esquerdo do áudio só se ouvissem os sons do campo e no lado direito os da aldeia. Desta forma foi possível combinar no mesmo ficheiro de áudio os dois ambientes representados.

Foram criados ficheiros de áudio que correspondem a uma hora do dia, amanhecer, dia e noite. Em combinação com a iluminação da maqueta e reproduzindo o ficheiro de áudio correspondente torna-se possível criar ambientes em que tudo faz sentido.

Figura 10. Exemplo de esquema de ligações. 

Reproduzem-se aqui os sons mencionados na figura 8 usando a configuração da placa e respectivos botões de acionamento dos sons exemplificados na figura 10.

Premindo o botão 1 será reproduzido, aleatoriamente, um destes 3 sons:

Premindo o botão 2 será reproduzido, aleatoriamente, um destes 3 sons:

Premindo o botão 3 será reproduzido este som continuamente até o mesmo botão ser novamente premido:

Som ambiente representando o amanhecer.

Premindo o botão 4 será reproduzido este som continuamente até o mesmo botão ser novamente premido:

Som ambiente representando o dia.

Premindo o botão 5 será reproduzido este som continuamente até o mesmo botão ser novamente premido:

Som ambiente representando o dia.

Premindo o botão 6 será reproduzido este som continuamente até o mesmo botão ser novamente premido:

Som ambiente representando a noite.

Descarregar a versão deste artigo, sem os sons, em formato PDF.

Eduardo Pulido, 13.11.2022

Motorização de um modelo estático da locomotiva CP 1200 (Escala N)

“Quem não tem cão, caça com gato” diz o ditado popular. Ligando este ditado ao tema do artigo vou dizer que “já que nenhuma empresa disponibilizou a locomotiva CP 1200 em escala N teremos que construir uma alternativa, ou seja, construir uma”.

Este documento descreve a motorização da locomotiva CP série 1200 em escala N (1:160).

A locomotiva CP série 1200 da coleção delPrado é um modelo à escala 1:160 cujas dimensões de escala estão basicamente corretas.

Figura 1. Duas locomotivas CP série 1200, em primeiro plano a locomotiva motorizada e digitalizada mais ao fundo o modelo original, ambas da coleção delPrado.

A motorização usada vem do modelo Fleischmann 721014, locomotiva diesel série 203 da DB. Este modelo é recente e poderá ser encontrado com facilidade. Também podem ser usados os modelos que têm a mesma base. Esta locomotiva tem uma placa com interface NEM 351 e pode ser facilmente digitalizada com um decoder de 6 pinos.

Figura 2. Locomotiva Fleischmann referência 721014, série 203 da DB.

Ferramentas necessárias para ter êxito na transformação

Para conseguir fazer as transformações necessárias à adaptação das duas partes, a locomotiva delPrado e a locomotiva Fleischmann, devemos ter à mão o seguinte conjunto de ferramentas.

Figura 3. A) Dremel ou similar. B) Broca para furação em plástico. C) Ferramentas de corte: alicate e X-Acto. D) (1) Mini rebarbadora, ou similar. Fresas: (2) Para desbastar o plástico; (3 e 4) para desbastar o metal (todas para usar no Dremel ou similar).

Preparação da motorização, locomotiva Fleischmann

A locomotiva Fleischmann foi totalmente desmontada. 

Figura 4. A imagem mostra as partes aproveitadas da locomotiva Fleischmann.

O objetivo é aproveitar:
• as partes motoras;
• a placa que contem a interface NEM351, os LED para a iluminação e a ligação para o motor;
• os engates.

Figura 5. A parte assinalada na imagem mostra as duas patilhas que devem ser retiradas.

Retirar as duas patilhas do circuito impresso (Figura 5). Estas duas patilhas fazem a passagem da corrente do decoder para o motor. Como temos que virar o motor estas patilhas não podem ficar no circuito impresso porque entrariam em contacto com a caixa do motor provocando um curto-circuito.

Figura 6. A parte assinalada na imagem mostra o local onde encaixa o motor e que precisa de ser desbastado.

Talvez a parte mais complica desta transformação seja a de virar o motor. Na locomotiva da Fleischmann o motor está deitado (Ver figura 5). O motor na posição original não cabe dentro da carroceria da CP 1200 e tem que ser virado 90°. Como o motor é mais alto quando fica na posição desejada teremos que desbastar no chassis até que o motor caiba e fique suportado nos dois batentes (Ver figura 7). Usar as fresas (3 e 4) para esta operação.

Figura 7. A parte assinalada na imagem mostra o batente que suporta o motor. Do lado inverso existe outro batente

Depois de termos arranjado o espaço para o motor encaixar no chassis, e como cortamos as patilhas que faziam o contato com o motor, teremos que soldar os dois pinos do motor na placa de circuito impresso usando dois cabos elétricos (Figura 8).

Figura 8. As partes assinaladas na imagem mostram os pontos a soldar.

Concluídas estas operações o chassis deve ser montado e testado o seu bom funcionamento.

Colocar em cima dos LEDs das luzes inferiores um bocado de fita preta para cancelar a luz (Figura 9). 

Figura 9. As partes assinaladas na imagem mostram onde colocar a fita.

Está concluída a transformação da motorização.

Vamos passar à transformação do modelo CP série 1200.

Preparação do modelo delPrado

Para se conseguir preparar o modelo delPrado para encaixar no chassis anteriormente preparado teremos de o desmontar.

Começamos por desmontar as 4 partes correspondentes aos corrimões. Estas peças são frágeis e estão encaixadas e coladas no bloco da carroceria (Figura 10).

Figura 10. A imagem mostra as peças dos corrimões já desmontadas.

Com uma chave Phillips retirar o parafuso de cada bogie. A rosca que prende estes parafusos, derivado da fraca qualidade do plástico, pode ficar passada. Se for este o caso será necessário exercer maior pressão para que os bogies fiquem livres (Figura 11).

Figura 11. A imagem mostra os bogies já desmontadas.

Com uma chave Phillips retirar os dois parafusos assinalados na figura 12. Para retirar o bloco castanho deixado livre depois de retirados os parafusos poderá ser necessário exercer alguma força devido à cola.

Figura 12. As partes assinaladas na imagem mostram os dois parafusos a retirar.

Retirar toda a cola que prende o bloco metálico assinalado na figura 13. Poderá ser necessário exercer alguma força para retirar o bloco metálico devido ao excesso de cola.

Figura 13. A parte assinalada na imagem mostra o bloco a retirar.

Com a ajuda da Dremel e da fresa (2), assinalada na figura 3 D), retirar (fresar) todas as partes assinaladas na figura 14. A carroceria só entrará totalmente no chassis quando estas partes forem desbastadas. Na zona da cabine retirar toda a parte saliente até a carroceria ficar lisa.

Figura 14. As partes assinaladas na imagem devem ser removidas com uma fresa.

Após terem sido retiradas todas as partes mencionadas na figura 14 verificar se a carroceria encaixa no chassis. Fazer ajustes se necessário.

Pintar todo o interior da carroceria de preto.

Colocar fita isoladora preta como mostram os retângulos azuis da figura 15. Testar com o chassis montado e verificar se ainda se vê luz no exterior da carroceria.

Com um bocado de plástico encher as duas reentrâncias assinaladas na figura 15. Estas reentrâncias devem ser preenchidas para evitar que o veio que prende o bogie ao chassis não se solte.

Figura 15. As zonas assinaladas a azul devem ser cobertas com fita isoladora preta. As partes assinaladas a amarelo mostram as duas reentrâncias que devem ser preenchidas.

Com a ajuda da broca para furação em plástico, mostrada na figura 3 B), vazar toda a zona do farol. Abrir ligeiramente o buraco no lado interior. Testar o modelo para ver se a luz se vê bem embora que muito intensa.

Seguidamente, usando cola branca para madeira, deitar uma porção de cola no buraco do farol. Para a cola não sair para o interior colocar um pouco de fita. Com a secagem da cola é provável que o buraco se volte a abrir, colocar mais cola. Repetir a operação até o buraco ficar preenchido (Figura 16).

Depois da cola secar testar as luzes. Devemos ter um farol com um aspeto muito credível.

Figura 16. Faróis depois de preenchidos com cola branca.

As partes anterior e posterior da locomotiva precisam de ser cortadas como mostra a figura 17. 

Aproveitar para fazer alguns melhoramentos nestas partes.

Figura 17. À esquerda a parte já cortada. À direita a parte original.

O modelo delPrado não está consistente com a locomotiva original na zona da plataforma do chassis. 

Na figura 18 A) temos, à esquerda, o modelo original delPrado e à direita o modelo motorizado. Neste segundo modelo foi pintada, na cor CP, a barra assinalada na figura 18 C). Ver as diferenças com a locomotiva original CP mostrada na figura 18 B). 

Figura 18. A) e B) comparam entre o modelo original delPrado o modelo motorizado e a locomotiva CP 1200. As partes indicadas em C) devem ser pintadas.

A parte lateral dos bogies do modelo Fleischmann devem ser substituídos pelas partes correspondentes do modelo delPrado. É necessário desbastar os bogies do chassis motorizado de forma a se poderem colar os do modelo original. A figura 19 mostra com devem ficar. 

Figura 19. Laterais dos bogies coladas no chassis Fleischmann para dar maior semelhança com o original.

Está concluída a motorização. 

Figura 20. Modelo motorizado. Ainda com necessidade de alguns melhoramentos na pintura.

Descarregar a versão deste artigo em formato PDF.

Eduardo Pulido, 10.11.2022

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