Analoog rijden, digitaal geluid - een experiment

[Rob]

Terwijl ik bezig was met het stoeien met (achtergrond) geluiden (zie topic http://www.h0modelspoor.nl/index.php?topic=3173.0)
bekroop me het idee dat het ook mogelijk moest zijn om het geluid uit mijn analoge treinen te kunnen laten komen.

Het idee: haal met een step up/down printje uit de rijstroom een stabiele gelijkspanning en gebruik deze voor een MP3 print met luidspreker in de trein. Voeg een paar sensoren toe om het geluid af te laten gaan op de goede plekken.
In een groeimodel zie ik hierbij verschillende "ambitieniveau's" 

• Een hoorn of stoomfluit voor een rijdende trein, zonder andere geluiden
• Stap 1, waaraan toegevoegd diverse (eenmalige) geluiden, ook voor stilstaande treinen
• Stap 1+2 met continue motor of stoom geluiden

Bouwstenen voor stap 1: gelijkrichter, step up/down voeding, MP3 speler, luidspreker, hall sensoren (reageren op magneten, bijvoorbeeld tussen of langs het spoor),
Voor stap 2 en 3  komen daar nog  Arduino nano en Infra Rood ontvanger er bij.

Schematisch ziet dat er zo uit:




De belangrijkste hindernis: voldoende spanning en stroom voor de step up/down. Deze begint volgens specificatie te werken vanaf 3,5 Volt, een gelijkrichter heeft ook een "drempel" van bijna 1,5 Volt, dus vanaf 5 a 6 volt moet het wat worden.
Na wat testjes blijkt dit inderdaad zo te zijn voor rijspanning direct vanaf de trafo. Er is nog net een beetje meer nodig als het geluid aan gaat: zo'n speaker trekt nog wat stroom en dan valt de ingangsspanning net wat lager uit.

Voor de rijstroom met pulsbreedte besturing (bij mij 10 Volt) pakt het allemaal wat gunstiger uit. Daar kan bij veel lagere effectieve rijspanning van 3 volt (30% pulsbreedte) al geluid worden gemaakt.

Tijd om dit maar eens uit te proberen op een stilstaande en rijdende trein. De proefopstelling met elastiekjes op een railbus bijwagen set gemonteerd. Ik heb deze gekozen vanwege de ruimte en omdat alle wielen aan elke kant stroom opnemen.




Dit ziet er experimenteel genoeg uit, dacht ik zo.
Het gaat er hier om of de elektriek werkt, en er is nog wel wat ruimtewinst te behalen met kleinere MP3 print en kleinere luidspreker, en minder stekkers en kroonsteentjes.
Voor de test ritten zit de Hall sensor even bovenop.

Het lijkt allemaal te werken, zie het videoverslag op het deel van de baan met pulsbreedte rijstroom.

Volgende uitdaging: een compactere opbouw. Daarover later meer.

Rob

[GéJé]

Beste Rob,

Ik snap helemaal niets van het voorafgaande verhaal!  maar op het filmpje ziet het er goed uit!
Ik volg je bezigheden met de achtergrond geluiden aandachtig want ik vind het zeer interessant. Vooral omdat het toegepast kan worden op  een analoge baan en ik zelf ook analoog rijd. 
Ik ga me hier nog eens verder in verdiepen.

Groet,

Gert-Jan

[GéJé]

Begrijp ik dit goed? In het filmpje houd je een magneet bij de detector om de hoorn te laten klinken? en in de uiteindelijke situatie moet die magneet in het spoor komen?

[Rob]

Hoi Gert-Jan

Begrijp ik dit goed? In het filmpje houd je een magneet bij de detector om de hoorn te laten klinken? en in de uiteindelijke situatie moet die magneet in het spoor komen?

Zo is het precies!

[Dirk T]

Leuk bezig zo, Rob!

... dus vanaf 5 a 6 volt moet het wat worden.
Na wat testjes blijkt dit inderdaad zo te zijn voor rijspanning direct vanaf de trafo. Er is nog net een beetje meer nodig als het geluid aan gaat: zo'n speaker trekt nog wat stroom en dan valt de ingangsspanning net wat lager uit.

Heb je dat met een MSF trafo geprobeerd? Want daarmee zou het wat eerder moeten werken dan met een conventionele trein trafo.

Voor de rijstroom met pulsbreedte besturing (bij mij 10 Volt) pakt het allemaal wat gunstiger uit. Daar kan bij veel lagere effectieve rijspanning van 3 volt (30% pulsbreedte) al geluid worden gemaakt.

Dat hangt met name af van de grootte van de elco achter de gelijkrichter. Hoe groter die is, hoe lager de effectieve rijspanning kan zijn om toch nog goed geluid te hebben. Maar als je veel van deze schakelingen gebruikt met grote elco's, gaat je PWM regelaar over de zeik.

[Pierre]

Ik snap helemaal niets van het voorafgaande verhaal!  maar op het filmpje ziet het er goed uit!
Ik volg je bezigheden met de achtergrond geluiden aandachtig want ik vind het zeer interessant. Vooral omdat het toegepast kan worden op  een analoge baan en ik zelf ook analoog rijd. 

Dit is precies wat ik ook wil zeggen G.J.

Allereerst even een pluim Rob. Helemaal leuk dit. Ik heb even een vraagje. Kan je hier ook een "tjoek-tjoek" geluidje mee maken die zich aanpast aan de snelheid van een (analoge) trein? Ik ben al een tijdje op zoek naar een betaalbare oplossing hier voor.

[Rob]

Dank voor de terugkoppeling, heren.

... dus vanaf 5 a 6 volt moet het wat worden.
Na wat testjes blijkt dit inderdaad zo te zijn voor rijspanning direct vanaf de trafo. Er is nog net een beetje meer nodig als het geluid aan gaat: zo'n speaker trekt nog wat stroom en dan valt de ingangsspanning net wat lager uit.

Heb je dat met een MSF trafo geprobeerd? Want daarmee zou het wat eerder moeten werken dan met een conventionele trein trafo.

Nee, ik heb alleen conventionele trafo's, geen MSF. Wel heb ik op mijn trafo's de mogelijkheid gemaakt om de wisselstroom dubbel of enkelvoudig gelijk te richten. Met de enkelvoudige gelijkrichting kan ik weer wat langzamer rijden met geluid.

Voor de rijstroom met pulsbreedte besturing (bij mij 10 Volt) pakt het allemaal wat gunstiger uit. Daar kan bij veel lagere effectieve rijspanning van 3 volt (30% pulsbreedte) al geluid worden gemaakt.

Dat hangt met name af van de grootte van de elco achter de gelijkrichter. Hoe groter die is, hoe lager de effectieve rijspanning kan zijn om toch nog goed geluid te hebben. Maar als je veel van deze schakelingen gebruikt met grote elco's, gaat je PWM regelaar over de zeik.

Ah, duidelijk. Tot nu toe alleen de voeding (step up/down) zoals die is gebruikt, dus met de Elco's die er op de ingang al op zitten. Maar ik hou 'm in gedachten.

Ik heb even een vraagje. Kan je hier ook een "tjoek-tjoek" geluidje mee maken die zich aanpast aan de snelheid van een (analoge) trein? Ik ben al een tijdje op zoek naar een betaalbare oplossing hier voor.

Kijk, een nieuw "ambitieniveau":

4. Rijspanning afhankelijke tjoek-tjoek (of broem-broem) geluiden.

Leuk! Ik heb hier wel wat ideeën over in de trand van de rijspanning uitlezen en dan stapsgewijs overschakelen van MP3 met langzame tjoek-tjoek naar steeds snellere tjoek-tjoek (en andersom). Kijken of dat te maken is.


Ondertussen is één uitdaging opgelost: het tijdsverschil tussen de sensor activeren en het afspelen van de MP3 (dat is op het filmpje ook te zien en horen). Dat was ongeveer 5 seconden.
Ik gebruikte even voor de tests een SD kaartje uit een telefoon, met de nodige bestanden er op. Een "schoon" kaartje met alleen de benodigde MP3 reageert direct. Dat maakt het overschakelen van geluiden mogelijk, zonder dat seconden lange stiltes vallen.

Een andere idee/uitdaging ben ik nog niet uit: verlagen van de drempelspanning van de gelijkrichter.
Anno 2018 is daar vast een slimme oplossing voor, maar ik heb 'm nog niet kunnen vinden. Liefst een kant en klaar of eenvoudig te solderen stukje elektronica, en compact natuurlijk...
Heeft iemand hier een idee?

Tot zover weer even.

Rob

[Dirk T]

... verlagen van de drempelspanning van de gelijkrichter.
Anno 2018 is daar vast een slimme oplossing voor...

Zolang we gelijkrichten met halfgeleiders en zolang halfgeleiders een spanningsval in doorlaatrichting hebben is er geen slimme oplossing voor.

Je kunt wel bijna 1V verdienen. Als je namelijk in plaats van de gebruikelijke silicium diodes terugvalt op de oude germanium diode, verlaag je de spanningsval met ruim de helft. Waar een silicium diode een kniespanning heeft van ongeveer 0,7V, is dat bij germanium 0,3V mits de stroomsterkte niet al te groot wordt. Daar valt dan zo'n 0,8V te verdienen. Je zou een gelijkrichtbrug kunnen maken van 4 stuks AAZ18.

[Rob]

Dank je Dirk.
Die germanium diodes is wel een idee. Al is de stroomsterkte wel een ding, de MP3 speler is gespecificeerd als maximaal 1 Ampere....

Ondertussen ben ik bezig geweest met deze vraag van @Pierre ...

Ik heb even een vraagje. Kan je hier ook een "tjoek-tjoek" geluidje mee maken die zich aanpast aan de snelheid van een (analoge) trein?

Daar waren maar 3 beren op de weg...

• De rijspanning meten.
  Dit was een relatief kleine beer: met een analoge ingang van de Arduino had ik in een uurtje het "lezen" van de rijspanning gemaakt en daarmee een kon ik (voorlopig) 6 verschillende geluiden op de MP3 print af laten spelen.
• Het stoomtrein geluid. Dat luistert nog al nauw, zo bleek.
  In eerste instantie had ik stukjes geluid gesneden uit een opname van een rit op een BR70 van dampfsounds.de. Echter, deze trein trok snel op en ook de klankkleur wisselde sterk. Dat gaf heel erg onregelmatig geluid...
  Later heb ik de van dezelfde site een rit van een BR38 genomen. Daar zat een stuk constante snelheid in, waar ik 8 slagen heb "uitgeknipt". Deze geluid-'sample' heb ik in een geluidsbewerkingsprogramma meerdere keren achter elkaar geplakt en vervolgens vertraagd en versneld. Zo zijn 6 MP3'tjes gemaakt met verschillende "snelheden".
  
• Snelheid meten bij rijstroom met pulsbreedte modulatie.
  De geluidsmodule opzet werkt pas bij een spanning van 5 a 6 Volt. Met de stroom uit een conventionele trafo rijden de meeste treinen dan al met een flinke snelheid. Het geluid van een wegrijdende (stoom)trein kan dus alleen uit een pulsbreedte rijstroom komen.
  Voor nu is dit gelukt, maar ik kan (nog) niet zien of er snel vooruit of langzaam achteruit wordt gereden. In de puls ziet dit er hetzelfde uit. Zolang er langzaam wordt weggereden is de rijrichting te bepalen en te onthouden, en daarmee de juiste snelheid uit te rekenen.
  

Ondertussen is het geheel in concept werkend. Een filmpje met uitleg

Nog te doen:

• Software aanpassen, zodat de geluidsfragmenten soepeler overschakelen of doorlopen.
  De probeer-software is hierin niet heel nauwkeurig. Sowieso moet de opzet anders worden als er ook tijdens het rijden andere geluiden (stoomfluit) afgespeeld moeten worden. Daarnaast is de aansturing vand de kleine MP3 speler (die nog geleverd moet worden) heel anders dan deze grote.
  
• Compactere opbouw, zodat de boel in ieder geval in een wagon past, en misschien wel in een grote stoomloc+tender.
  
• Oplossing voor een goede herstart van het geluid als de stroom even onderbroken wordt.
  

Genoeg te doen, maar ik vermaak me prima!

Rob

[GéJé]

Dat klinkt al heel goed Rob!
Als je dit verder uit kan werken en kleiner kan maken zodat het in gebouwd kan worden dan denk ik dat je hier een verkoopbaar product hebt. 
Volgens mij zijn er heel veel analoge rijders die hier wel geld aan uit willen geven. Ik zelf zou het niet kunnen bouwen maar zou het zo kopen als het op de markt was.

Groet,

Gert-Jan

[SuperSylvester]

Applaus! Knap dat je het voor elkaar hebt en het resultaat is helemaal niet verkeerd!

[Pierre]

Top gedaan Rob. Ziet er al zeer goed uit.

Als je dit verder uit kan werken en kleiner kan maken zodat het in gebouwd kan worden dan denk ik dat je hier een verkoopbaar product hebt. 
Volgens mij zijn er heel veel analoge rijders die hier wel geld aan uit willen geven. Ik zelf zou het niet kunnen bouwen maar zou het zo kopen als het op de markt was.

Het gaat mij ook boven mijn pet en ik ben het zeker met Gert-Jan eens .  Wat aangepast zou ik er ook wel wat voor overhebben om in een loc te bouwen.

[Rob]

Heren, dank voor de complimenten

En dit vind ik wel een heel grote veer!

Als je dit verder uit kan werken en kleiner kan maken zodat het in gebouwd kan worden dan denk ik dat je hier een verkoopbaar product hebt. 

Ik zie echter wat op tegen de ontwikkeling tot verkoopbaar product en de tijd en de regeltjes die daar mee samen gaan 

Wat ik wel zie zitten: ter zijner tijd een bouw handleiding (op dit forum) van dergelijke geluidsmodules. Op het niveau van de componenten bestellen, en de juiste aansluitingen solderen. De software voor de Arduino zet ik dan hier neer en iedereen met een computer kan dat dan op de Arduino laden en dan zijn we al een heel eind. Dan hoef je niet alles in detail te begrijpen, maar kom je op een soort van bouwpakket uit.
Hetzelfde geld voor de bijbehorende pulsbreedte rijstroom besturing. Dat is dan een aangepaste versie van m'n infrarood besturing, gewoon met een potmetertje. En met alleen een 2e potmeter er bij, heb je zo 2 aparte rijstroom uitgangen. Ik zit er over te denken dit te maken voor het deel van de baan dat nu nog trafo-bestuurd is.

Is dat iets?

Rob

[Pierre]

De veer is zeer zeker verdiend en ik ben zeer benieuwd waar je mee komt . Zeker voor mij als leek op dit gebied.

[mark mms]

Helemaal top!

Ook ik ben het eens met géjé.
Uitbrengen als bouwpakket is voor mij prima.
En naar die besturing ben ik ook zeer benieuwd.

Mooi werk!

[Rob]

Na een nachtje slapen bedacht ik me dat dit experiment  zich richting een ontsloten bron (open source) project aan het ontwikkelen is 

Het "analoog rijden met geluid" project bestaat dan uit 3 onderdelen:

• De rijstroom voorziening.
  Dit is dan een eenvoudig te bouwen rijstroom module met pulsbreedte modulatie.
• Geluid aan boord
  De geluidsmodule zoals die hier zich aan het ontwikkelen is.
  
• Een geluids-bibliotheek (phonotheek?).
  Een plek waar verschillende sets van geluiden voor stomers, diesels en e-locs voor de geluidsmodule worden gedeeld.
  

En verder natuurlijk een (dit) forum om ervaringen te delen, vragen te stellen en antwoorden te geven.

Interessant....

Het is hier nog niet heel mooi weer, dus misschien straks weer eens verder. Nu de rijstroom voorziening en de geluidsmodule bij elkaar horen, ga ik eens kijken of ik een signaal over de rijstroom kan sturen om een stoomfluit of hoorn tijdens het rijden af te spelen. Dan zijn er geen extra sensoren of magneten nodig en volstaat een knop op de rijstroom module. Dat maakt de opbouw en inbouw van zo'n module eenvoudiger.

Als dit allemaal lukt, dan zie ik functioneel de standaard geluidsmodule als volgt:

• Een geluid bij het opstarten van de geluidsmodule bij stilstand (een startende motor, klap en pomp geluiden van een stilstaande stomer)
• Rijstroom afhankelijk geluid bij rijden
• Een geluidssignaal met een speciale "puls" op de rijstroom (stilstaand of rijdend).

Volgens mij is er ook niet veel meer nodig. Andere geluiden als conducteursfluitjes en stations omroepen komen natuurlijk op of onder het station zelf, en niet in de module in de trein.
(Terwijl ik dit schrijf denk ik aan: afremmen tot stilstand met geluid en beetje rijstroom overhouden voor geluid bij stilstand -  misschien later eens naar kijken. Eerst bovenstaande maar eens maken)

Rob

[SuperSylvester]

Hey Rob,

Je bent heel goed bezig maar ben je nu niet het wiel opnieuw aan het uitvinden?

Ik snap dat het voor analoge rijders een uitdaging is om dit soort kunsten uit te kunnen voeren; pulsbreedte modulatie, digitale signalen superponeren hmm

Waarom dan niet kiezen voor een eenvoudig digitaal systeempje, dan koop je zo'n sound-decodertje en heb je alle voordelen bij elkaar + een hoop extra's.

(die Arduino kent ook het DCC protocol)

[Rob]

Hoi Jack,

Hier heb je wel een punt....

Je bent heel goed bezig maar ben je nu niet het wiel opnieuw aan het uitvinden?

Toen ik met de geluiden op de baan (en nog niet in de trein) begon, schreef ik al dat er een punt zou komen waarop overschakelen op digitaal makkelijker zou zijn  . Dat punt is nu wel dichtbij gekomen, denk ik.

Ik weet niet hoe het voor anderen is, maar ik vind een zelf uitgevonden en gemaakt wiel fijner rijden dan een gekochte  ,nou ja, voor hobby doeleinden dan. En voor mij is het voortborduren op onderdelen die ik al heb, zoals de pulsbreedte besturing.
Iets wat mij tegenhoud om op digitaal over te schakelen is mijn analoge treinen'park' van zo'n 14 locs en een railbus waar ik nog regelmatig mee rij...

Goed om dit aan te kaarten. Ik blijf gewoon lekker door prutsen, en dan kan ieder voor zich de afweging maken wat de beste oplossing is.

Rob

[SuperSylvester]

Tuurlijk, en ook vooral blijven uitvinden

[Rob]

...En soms vind je een wiel uit, maar heb je een boot nodig....

[Pierre]

Wiel of boot. Ik vind het super wat je doet Rob ... blijf ons lekker verbazen.

[mark mms]

Rob ik zit met hetzelfde dilemma, analoog met veel locs of inkrimpen en naar digitaal.
Tja een dilemma waar velen hun eigen afweging moeten maken.
Voor mij is rijden eigenlijk een bijzaak en het bouwen meer het hoofddoel.

De voordelen van digitaal zijn er zeker, maar nog net niet overtuigend genoeg op dit moment.
Terug naar dit project, dit is één van de voordelen van digitaal en als dit lukt op deze manier dan wil ik het graag proberen. Wellicht tijdelijk, wellicht voor altijd.
Dus ga vooral door!

[Rob]

Ik ben natuurlijk eigenwijs genoeg om hiermee door te gaan, maar het is altijd fijn om wat aanmoediging te ontvangen. Waarvoor dank, Pierre en Mark.

Ondertussen heb ik de eerste Frequentie-modulatie werkend. Dat wil zeggen dat ik de standaard puls van de Arduino onderbreek met een eigen hoog-laag patroon op de rij pin. Dat kon met de bestaande harde waren, met slechts een aanpassing in de zachte. Dus dat kost niets extra's dan wat programmeer tijd.
Als ik de details weg laat, dan betekent dit dat is er ruimte voor enkele functietoetsen waarmee de geluidsmodule even iets anders kan doen dan het standaard geluid....

Ook is tante Ali aan de deur geweest met de step up/down printjes.
Die zijn alleen een stuk groter dan ik verwacht had    .

Dus terwijl ik op zoek was naar alternatieven (de kleine printjes die ik nu heb komen hier bij de lokale legerdump anex elektronica winkel vandaan) bedacht ik me iets. Ik heb juist een probleem gehad bij het meten van de pulsbreedte spanning, omdat deze te constant was! Dus dat nadeel is een fantastisch voordeel: misschien zijn de printjes helemaal niet nodig.
Dat spaart ruimte en geld.

Dus nu eens alleen een (kleinere) gelijkrichter en een 2200uF elco geprobeerd als voeding. En, zowaar, dat werkt ook!

Van links naar recht: de "mega" print van tante Ali, de voeding die ik tot nu toe gebruikte en de gelijkrichter met Elco. Die laatste gaat 'm dus worden.




Dat was een door tegenslag gestarte verbetering 

Tante Ali's voedingen komen nog wel van pas in de pulsbreedte rijvoeding en bij allerlei andere voedingsbehoeften bij licht, animaties en geluiden op de baan...

Rob

[Wim Corduwener]

@Robvd ga lekker door zo.
Ik reageer misschien niet altijd, maar ik volg je verrichtingen op de voet. Voor overtuigde Om-denkers (er zijn er wel meer hier) is dit onderwerp een streep mosterd op een kroketje. En deze analogie loopt misschien niet helemaal lekker... maar je begrijpt wel wat ik bedoel. 

[Rob]

Dank je, Wim,

Deze vind ik wel leuk hoor!

.. een streep mosterd op een kroketje.

Rob