一塊電子鼓發聲板
怎麼接成有音調的樂器
這塊手寫著「Electric Drum」的小板子,核心是一顆 LM358 雙運放加一顆 CD4010 緩衝晶片。它本來是用來發出「咚」一聲的電子鼓,但只要懂它的兩個旋鈕——pitch(音高) 與 decay(餘音)——你就能把這一聲「咚」拉長、調準,變成一個能彈旋律的音色。這頁帶你認識板上每一個元件、它的細部構造,以及怎麼玩它。
這塊板是什麼
它是一個「電子鼓的發聲單元」——也就是合成器裡負責一個鼓聲音色的那一小塊。
電子鼓的原理跟真鼓一樣:被打一下 → 發出一個會慢慢消失的聲音。差別在於,真鼓靠鼓皮振動,這塊板靠電路「振一下再慢慢停」。整個動作只有三件事:
- 觸發(trigger):給它一個短短的「打擊」訊號(按鈕、或第 3 章那種壓電片敲一下)。
- 發聲＋衰減:電路被觸發後,以某個頻率「嗡」一聲,音量再慢慢淡掉——就像敲一下鼓面的餘音。
- 兩個旋鈕在控制這件事:
pitch決定那一聲多高(頻率)、decay決定餘音拖多長。
本系列另一塊「雙振盪器合成器」(CD4093)是會自己一直響的振盪器,你要把它接成有音調的樂器,是去控制它的頻率。這塊「電子鼓」相反——它平常不出聲,要被打才響一下。所以把它變成樂器的關鍵,是「怎麼一邊打它、一邊換音高」。詳見 教科書第 6 章。
正面接點全圖
先把整塊板的「地圖」記起來。下面這張是依實拍照片畫的功能配置示意圖:左半是核心運放 LM358,右半是緩衝 CD4010 與兩組 pitch 接點;電源(+9V / GND)在右側,decay 在左側。
LM358N、decay、LED、陶瓷電容 C6;右半:緩衝 CD4010BE、兩組 pitch、電源 +9V/GND、電解電容 C1–C3;中央是電阻群 R1–R11 與訊號二極體 D1–D5。pitch 有兩組,對應 LM358 內兩個運放,可做兩個鼓聲或一主一副。元件逐一介紹
把板上每一種元件拆開來認:它長什麼樣、在這塊板裡扮演什麼角色。
LM358N
8 隻腳的黑色小晶片,裡面有兩個獨立的運算放大器。在這塊板裡,它被接成會「振一下、再慢慢停」的電路——這就是鼓聲的來源。兩個運放對應兩組 pitch,可做兩個鼓聲。靠半圓缺口辨第一腳。
CD4010BE
14 隻腳的 CMOS 晶片,內含六個「緩衝器」(訊號進去、原樣放大電流出來,不反相)。在這裡多半當觸發整形 / 推動級:把按鈕或感測器那種髒髒的觸發訊號整成乾淨的方波,或推動後級。它讓微弱的觸發變得「有力」。
碳膜電阻（R1–R11）
板上那一條條印著彩色環的小圓柱。它們配合電容決定振盪的頻率(影響 pitch)、運放的放大倍率,以及觸發訊號的整形。其中跟 pitch 旋鈕串在一起的那顆,就是你要改音高時動到的關鍵電阻。
電解電容（C1–C3）
圓柱形、身上有一條淺色帶標記負極的電容。容量大,負責計時(配合電阻決定 decay 餘音長短與振盪頻率)與級間耦合。有極性,接反會失效甚至鼓起:短腳/淺帶側是負。
陶瓷電容（C6）
橘色的小圓片,容量小、反應快。常用來濾掉高頻雜訊、穩定供電(去耦),或參與高頻的訊號整形。不分極性,兩腳隨便插。板上印著 C6,在 LED 旁邊。
訊號二極體（D1–D5）
小小的玻璃或塑膠圓柱,一端有環標記陰極。它只讓電流單向通過,在這裡負責把觸發訊號整流(只取一個方向)、保護輸入、或做電壓鉗制。方向不能反——環(陰極)那端朝向印的方向。
LED 指示燈
每觸發一次就閃一下,是振盪器的眼睛。decay 拉很長、或 pitch 調很低時,你能用眼睛看到它跟著節奏一閃一閃——對照耳朵聽到的聲音很有幫助。長腳是正極,接反不亮(不會壞)。
pitch / decay 旋鈕
板外接的旋鈕,本質是可調電阻。pitch 改的是振盪頻率→音高;decay 改的是電容放電快慢→餘音長短。三隻腳、中間是游標。把它換成「可切換的固定電阻」,就能做出準確的音階(見第 5 章)。
核心:U2 = LM358N(雙運放)、U1 = CD4010BE(六緩衝)。周邊:碳膜電阻 R1–R11、電解電容 C1–C3、陶瓷電容 C6、訊號二極體 D1–D5、LED 一顆。對外接點:pitch ①②、decay、+9V(J7)、GND(J8),以及觸發 / 輸出用的其他 J 接點。電源是 9V。
背面就是「線」
把板子翻過來,你看到的那一條條銅色的線,就是把正面元件接起來的「電線」。正面插元件、背面焊接點,銅箔(trace)取代了你原本要用跳線一根根接的工作——這正是「印刷電路板(PCB)」的意義。
內部(運放、緩衝、電阻電容怎麼連成振盪器)已經印在板子上、焊好了,你不用動。你要動的只有拉到板邊的那幾個接點:電源、pitch、decay、觸發、輸出。把這塊板當成一個「黑盒子鼓聲模組」,玩法全在這些外部接點上。
它怎麼發出鼓聲
一聲鼓 = 一個會自己變小的振動。電路被觸發後,以 pitch 設定的頻率振盪,振幅再隨 decay 慢慢消失。
pitch 設定的頻率振盪(橘線越密＝音越高),虛線的包絡由 decay 決定它多久淡到無聲。短包絡聽起來是「咚」(打擊感),長包絡聽起來是「嗡——」(像音符)——這正是把它變成樂器的鑰匙。pitch = 橫向(振多快)= 音高。轉高 → 波變密 → 音變高。
decay = 縱向(振多久)= 餘音。轉長 → 包絡拖長 → 從打擊聲變成持續的音。記住這張圖,後面所有玩法都在動這兩條軸。
變成有音調的樂器
把「咚」變成「Do Re Mi」只要三件事:① 把 decay 拉長讓它有音,② 把 pitch 校成音階,③ 用節奏去觸發它。
5.1第一步:decay 拉長 — 從「咚」變「音符」
decay 轉短,聲音一下就沒了,只有打擊感(像鼓)。decay 轉長,那一聲會「拖住」,耳朵就聽得出明確的音高了。要當旋律樂器,先把 decay 開到讓每一聲都能唱得出音的長度。
5.2第二步:pitch 校成音階 — 用「可切換電阻」
旋鈕能連續掃過所有頻率,但要彈「準的音」(Do、Re、Mi…),連續旋鈕很難每次轉到同一個位置。做法跟第 5 章植物電樂器量化音高一樣:把 pitch 接點接到一排固定電阻,每顆電阻對應一個音,用按鍵或旋轉開關切換。選哪顆電阻,就跳到哪個音。
pitch 接點接到一排阻值不同的固定電阻,用旋轉開關或一排按鍵切換。每顆電阻對應一個你事先校好的音,於是連續的旋鈕就變成準確的音階琴鍵。先用旋鈕試出每個音的位置,量出對應阻值,再換成固定電阻。拿一個調音器 App(或鋼琴對音),邊轉 pitch 旋鈕邊對,找到 Do、Re、Mi… 各停在哪;用三用電表量出每個位置的電阻值,再焊上同值的固定電阻。土法煉鋼,但這是讓它「彈得準」最實在的辦法。
5.3第三步:用節奏觸發 — 把音符串成旋律
有了會發音的 decay、選得了音高的 pitch,最後就是一邊切音高、一邊一下一下觸發它:按一下響一個音,連續按就成旋律。觸發源可以是按鈕、第 3 章的壓電片(敲海廢觸發),或一個自動的節奏訊號。
5.4進階玩法
- 兩個聲部:
LM358有兩個運放、板上有兩組pitch。把兩組都校音,就能做兩個鼓聲 / 兩個音——一個當低音、一個當旋律,或疊成簡單和聲。 - 滑音(glide):觸發的同時慢慢轉 pitch,音高會連續滑動 → 做出「咚→嗚」的下滑或上滑警報感。
- 接感測器當觸發:把第 3 章的壓電片接到觸發點,敲海廢罐 = 打一個音。決定音高的 pitch 另外控制,就成了「敲海廢、彈旋律」的混血樂器。
- 接回 DAW:把輸出接到電腦的音訊輸入(或先過第 3 章那種保護 + ADC 前端給 Teensy),就能把這顆鼓聲錄進電腦、做成取樣。
各種玩法・接線圖解
這一章把「怎麼接」全部畫成圖。先看一次完整訊號鏈,再一個一個拆解不同玩法的接法。
所有接線圖用同一套顏色,看顏色就知道是哪種線:紅＝+9V 黑＝GND 橘＝pitch 藍＝decay 綠＝觸發 黃＝輸出。
先看全貌:觸發 → 鼓聲模組(pitch / decay)→ 放大 → 喇叭,電源從 9V 電池進來。
PAM8403,或任何小音箱)→ 喇叭。電源由 9V 電池供 +9V / GND。6.1玩法接線・一個一個拆
下面六種玩法,從最基本的單音、到兩塊板合體的迷你 groovebox,每一種都附一張接線圖。它們動的永遠是同樣那幾個接點——只是接法不同。
玩法 ① 按鈕鍵盤 —— 做一台單音琴。把一排按鍵接成:每按一個鍵,同時做兩件事——接通觸發讓它發聲、把該鍵的電阻接到 pitch 決定音高。
玩法 ② 敲海廢觸發 —— 把壓電片當鼓棒。把第 3 章的壓電片接到觸發點(記得加保護電路),敲海廢罐就打一個音;音高由 pitch 旋鈕決定。
玩法 ③ 雙聲部 —— 一個人玩兩個聲音。LM358 有兩個運放、板上有兩組 pitch,等於兩個聲部:一個校成低音長音當底、一個校成旋律,兩路輸出混在一起。
pitch 各校一個音:一個當低音長音(底)、一個當旋律。兩路輸出混在一起進放大 → 等於一個人手上同時有 bass 與 lead。玩法 ④ 滑音／彎音 —— 讓音高會跑。觸發後別停,連續轉 pitch(或把感測器/光感的電壓接到 pitch),頻率就連續變化,做出下滑、上滑、警報聲。
pitch,音高就連續滑動(下滑「咚→嗚」、上滑哨音)。把 pitch 改接光敏電阻(第 4 章),揮手遮光就能變音 → 一把「光控滑音鼓」。玩法 ⑤ 自動鼓機 —— 兩塊板合體。把本系列另一塊「雙振盪器板(CD4093)」調成每秒幾下的慢方波,接到這塊的觸發,它就自動一拍一拍打。兩塊板的輸出一起進同一個 PAM8403。
CD4093 板的慢方波當「節奏時鐘」觸發這塊鼓,鼓就自動打拍子;兩塊板的輸出合進同一個 PAM8403 → 一台迷你 groovebox:一邊節奏、一邊旋律。玩法 ⑥ 接回 DAW —— 錄進電腦做取樣。把輸出接到電腦音訊孔就能錄;要給 Teensy/微控制器,先過第 3 章的保護＋ADC 前端。錄成取樣後,這顆鼓聲就進了全書的訊號鏈。
6.2接點速查表
| 接點 | 接什麼 | 作用 / 怎麼玩 |
|---|---|---|
| +9V（J7） | 9V 電池正極 | 整塊板的電源。先接這個與 GND,板子才會動 |
| GND（J8） | 9V 電池負極 + 各裝置共地 | 所有訊號的共同參考地;放大器、觸發都要共地 |
| pitch ①② | 旋鈕 / 可切換固定電阻 | 設定音高;校成音階就能彈旋律(§5.2)。兩組對應兩個聲部 |
| decay | 旋鈕 | 餘音長短;轉長 → 從打擊變音符(§5.1) |
| 觸發 | 按鈕 / 壓電片 / 節奏訊號 | 打一下響一聲;連續觸發 + 換 pitch = 旋律 |
| 輸出 | 放大器輸入 / DAW | 送到 PAM8403 或音箱推喇叭;或錄進電腦 |
① 先接好 +9V / GND 再接其他,別把電源正負接反(電解電容、晶片會受損)。② 放大器和這塊板務必共地(GND 相連),否則會有嗡嗡聲或沒聲音。③ 全部在 9V 內,觸發、pitch、decay 怎麼接都不會燒板子——大膽試、用耳朵找好聽的設定。④ 確切的「觸發 / 輸出」接點請對照你板上拉出來的飛線(照片中的藍 / 紅 / 黑線)與絲印標示。
這塊板平常安靜,被打才響一聲。把 decay 拉長讓那一聲有音、把 pitch 校成音階、再用節奏去觸發——一個本來只會「咚」的電子鼓,就變成能彈旋律的樂器了。