<Steely>


a small robotic steeldrum

Godfried-Willem RAES

2021-2022

[Nederlandstalige versie]

'Steely'

In our instrument collection at the Logos Foundation, we had a small steeldrum since a very long time. It used to be a part of my setup as a percussionist in the Logos group since the late sixties of last century. It's an eigth notes pentatonic instrument tuned to A. With it's eight notes, it looked like a quite easy undertaking to get it automated. However there are a few pittfalls and specific problems to cope with. The very first experiments we performed revealed that clamping the instrument rigidly to a structure is detrimental to the sound and its resonance. The instrument as a whole must be left free to resonate! Thus we had to design a way of suspending the steeldrum freely. We used two suspension points and two soft neoprene shock absorbers with 6 mm threads: For a good sound, it is fundamental to use the right material for the beaters: soft rubber seems to work best here. We used small Chinese made solenoids (Banggood) to drive the beaters and welded adjustable holders for mounting them: .

As soon as I released the first details of this robot in the making on the internet, I got reactions from people with regard to the name 'Steely'. Dennis Bathory-Kitz suggested 'Dan ' as a better name for it. I had to lookup what he could have meant here as I had no clue... Wikipedia revealed Dan Steely must once have been an obscure although pretty well known pop group. That explains why I missed the reference, popmusic being completely absent from my personal musical backgrounds... But also, as I got to learn, it is the name of a giant dildo appearing in William S. Burroughs 'Naked Lunch'...

In the firmware for the PIC microcontroller steering this robot, we implemented not only the usual velocity sensitivity, but also automatic note repetitions using the key-pressure command. A pretty new feature in this robot is its inherent protection against note overloads that could challenge the duty cycle limits for the solenoids used. To achieve this, we implemented a death-time after each pulse. Note-on commands received during this time interval will be neglected by the robot. Note that the death time increases with increasing velocities.

The circuit uses L298N standard bridge drivers, here merely used as switches. Due to this, the solenoids could be connected between ground and chip output.

Circuit Overview:

There is no power-on relay in this circuit as we use the enable inputs on the bridge chips as power on/off switches.

This little robot can be used fully stand-alone, as an interactive, gesture controlled, sound sculpture. This was achieved by designing a radar based data acquisition system for gesture recognition. This system is described here. For stand-alone operation, a short patch cable has to be connected between the radar sensor and the MIDI input of the robot. This connection has to be established before power-up of the robot. In 2025 we added a temperature sensor on the bridge driver chips. Whenever these chips get too hot (>70 degrees Celsius) this temperature switch will turn off the solenoid power. Power will be restaured automatically as soon as the temperature of the chips cooled down to ca. 50 degrees Celsius.

This is an overview over the circuitry:

Midi implementation:

Lights:

Technical specifications:

Design and construction: dr.Godfried-Willem Raes (2021-2022)

Collaborators on the construction of this robot:

Music composed for this robotic instrument:

Godfried-Willem Raes 'Pentademon' for steely.(2022) [embedded 6 little pieces]

Godfried-Willem Raes 'Magische Vierkanten: #3' (2025)

Kristof Lauwers 'in the making' (2022)

 

Back to Logos-Projects page : projects.html Back to Main Logos page:index.html To Godfried-Willem Raes personal homepage... To Instrument catalogue Naar Godfried-Willem Raes' homepage

Nederlands:

<Steely>

De geschiedenis van de steel-drum is verweven met koloniaal imperialisme, slavenhandel en kristelijk religieuze repressie: het instrument ontstond immers uit de repressie van de uitbundige carnavalvieringen die in Trinidad sinds ca.1860 tot een groot volksfeest waren uitgegroeid en waarbij de kristelijke onderdrukkers de plaatselijke tamboo-bamboo bands verboden en de instrumenten in beslag namen. Die bands waren op zich al een substituut voor de oorspronkelijke tribale Afrikaanse trommen die tot de kultuur van de geimporteerde slaven behoorden en die vanaf 1884 streng verboden werden. Na verschillende aanvallen van westers imperialisme, bleef de bevolking achter met de lege olievaten van de westerlingen op hun stranden. Industrieel afval dus. Die olievaten werden gebruikt als grondstof voor de vervaardiging van de steel-drums in de Caraiben sedert 1930-1940. De steel drum is sedert zijn ontstaan de karnavalvieringen ontgroeid en leidde tot het ontstaan van redelijk grote ensembles, de steel-bands die ook vandaag nog bestaan en populair zijn. Enkele ervan zijn gevestigd in Nederland en in het Verenigd Koninkrijk, de koloniserende mogendheden van toen. De steel-drums die in die ensembles worden gebruikt omvatten een hele familie instrumenten, van sopraan tot tenor en bas. Hoewel chromatisch gestemde sopraan instrumenten wel voorkomen, zijn de bands evenwel duidelijk diatonisch (pentatonisch zelfs veeleer...) georienteerd. De bas instrumenten hebben dan ook vaak slechts twee of hooguit drie tonen.

Een kleine steeldrum maakte al sedert de vroege jaren zeventig deel uit van mijn slagwerkinstrumentarium in de Logos groep. In de jaren '80 raakte mijn slagwerkinstrumentarium evenwel meer en meer aan de kant geschoven ten bate van enerzijds de klarinet en anderzijds mijn eigen zelfontworpen elektronika. Na zodoende ettelijke decennia opgeborgen te zijn geweest, prikkelde het instrumentje opnieuw mijn aandacht in de door corona virussen geteisterde en daardoor van publieke aktiviteiten gespeende eindejaarsperiode van 2021. We vatten het idee op om er toch een automaatje van te maken. Op het eerste gezicht leek dit een eerder rechttoe- rechtaan onderneming van beperkte omvang te worden, maar vanzodra we de eerste proefopstellingen uitvoerden bleek dat toch wat kort door de bocht. Eerst en vooral bleek het niet mogelijk de steeldrum zelf in een rigiede gelaste struktuur vast te klemmen zonder daarbij de hele resonantie van het instrument in het gedrang te brengen. Een vrije en elastische ophanging bleek dus een absolute voorwaarde voor een goed resultaat. Vandaar dus de ophanging van de steeldrum met twee M6 schokdempers in zacht neopreen.
Maar ook het aanslaan van de acht gestemde vlakjes in de kuip van het instrument was minder eenvoudig dan aanvankelijk gedacht. De kuipvorm van het instrument dikteert een voor elk toonvlak andere aanslaghoek tegenover de basisplaat waardoor plaatsing van de elektromagneten op een vlakke cirkelvormige drager geen goed resultaat kon opleveren. Elke elektromagneet moest dan ook op een eigen onafhankelijk afregelbare drager gemonteerd worden. Vandaar onze montage op M10 draadstangen met aangelaste montageplaatjes voor de elektromagneten.

Het materiaal waarmee de toonvlakken aangeslagen moeten worden is van groot belang voor het verkrijgen van een goede klank. Te harde kloppertjes leiden tot een lelijk en metaliek geluid en heel wat experimenten waren nodig vooraleer we tot een aanvaardbaar resultaat konden komen. Wat het aanslaan zelf betreft stonden we voor de keuze om ofwel aan te slaan bovenaan, dus zoals een bespeler dat zou doen, ofwel. van onderuit. Die laatste mogelijkheid is technisch gesproken superieur omdat we dan de zwaartekracht kunnen gebruik om de kloppertjes te laten terugvallen. Daar staat echter tegenover dat zulke montage het speelmechanisme van het geautomatiseerde instrument geheel zou verbergen waardoor de verleidingskracht van het instrument zeer zeker zou worden verminderd. Dus toch maar geopteerd voor een zichtbare bovenop montage en de daardoor noodzakelijke toepassing van terugslagveren om de kloppertjes te laten terugkeren naar hun hangende rusttoestand.

Om de prijs zoveel mogelijk te drukken -we moeten immers al jaren zien te overleven zonder enige subsidie- opteerden we voor het gebruik van goedkope Chinese Banggood elektromagneetjes. Volgens het label op de spoeltjes zouden het 12V exemplaren moeten zijn die een stroom trekken van 300 mA en daarbij een kracht opleveren van 5 N bij een trajekt van 10 mm... Daarvan bleek evenwel een en ander helemaal niet te kloppen. Bij 12 V trekken ze een stroom van 1 A en bij een stroom van 300 mA staat er een spanning over van 4.2 V. Hun koude DC weerstand is ca. 12.3 Ohm. Na wat experimenteren en meten, besloten we ze te gebruiken met een spanning van 24 tot 33 V met een duty cycle van minder dan 10% en pulsduren van hooguit enkele millisekonden. Aangezien we nog enkele PIC-processor boards op voorraad hadden van het type ontworpen en gebruikt voor onze <Sire>-robot en omdat deze acht spoelen kunnen aansturen, leek dat een goede oplossing. Op dit board worden geen MOSFET's gebruikt maar wel vier brug-drivers van het populaire type L298N. Dit is het schema:

De enable ingangen op de brugdrivers gebruikten we als power-on switch, bestuurd met midi controller 66. De drie MOSFET's op de print worden hier gebruikt voor het besturen van de lampjes. Twee buisvormige 24V gloeidraadlampes werden onderaan de bovenste dwarsversterking met het handvat gemonteerd. Deze lampjes worden automatisch geschakeld in funktie van de aktieve kloppertjes, zolang controller 69 geset blijft. Een derde lichtbron werd op het onderchassis aangebracht en bestaat uit drie witte LED modules met een 12V werkspanning. Deze modules zijn in serie geschakeld en gemapt op midi noot 122.

Dit is het overzicht over het geheel van de schakelingen:

In 2025 brachten we een thermische beveiliging aan voor de brugdrivers, nadat ze de geest gaven op een tentoonstelling in Sint-Truiden met als gevolg het uitbranden van alle elektromagneten. Wanneer in de huidige versie de temperatuur op de koelvin van de brugdrivers de grens van 70 graden te boven gaat, wordt de stroomtoevoer naar de elektromagneten afgesneden. Die stroom wordt automatisch weer ingeschakeld wanneer de temperatuur voldoende is gezakt.

 

Building logbook / Bouwdagboek:

Omdat ons vaak wordt gevraagd hoeveel werk en tijd kruipt in, en nodig is voor, het bouwen van dergelijke muzikale robotten, houden we ook voor <Steely> een beknopt en geilllustreerd bouwdagboek bij:

 

To be done:

 

Naar Godfried-Willem Raes personal homepage... Naar katalogus instrumenten

gebouwd door

Godfried-Willem Raes

 Naar Godfried-Willem Raes' homepage Composers manual

Last update: 2025-08-27 by Godfried-Willem Raes

Technical data sheet and maintenance instructions:

Radar circuit:

Overview:

For stand-alone operation, connect the DIN-plug from the radar sensor board to the midi-in connector on the backside of the robot. If <Steely> is used as an externally controlled robot, disconnect this plug and connect your MIDI source to the input connector. The radar board is active in all cases, but has no effect when disconnected from the midi-input. All wiring and wiring changes should be performed with the mains power off. Disconnect the IEC mains plug prior to wiring changes.

For programming the two microprocessors, a PICkit3 or PICkit4 programmer (Microchip) is required. The radar board has a programming connector, but the L298N board requires a chip-clip with a connector. Of course, replacing the chip on the board is also possible.