The Synthfonio - et musikkinstrument for alle: 12 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Jeg liker synthesizere og MIDI -kontrollere, men jeg er forferdelig til å spille keyboard. Jeg liker å skrive musikk, men for å spille musikken må du ha lært hvordan du spiller et instrument. Det tar tid. Tid som mange ikke har, og som vanligvis fraråder dem å fortsette å trene. Jeg prøver å endre det. Dette prosjektet er et forsøk på å forkorte gapet mellom "Jeg vil gjerne lære å spille X" og "Jeg liker å spille X". Jeg vet at de fleste av oss var, eller fortsatt drømmer om sistnevnte, men ble sittende fast i det første, og jeg kjenner også øyeblikket da jeg var i stand til å utføre og nyte mine første grunnleggende fire akkordsanger på gitar, var det øyeblikket jeg virkelig begynte å lære instrumentet, og jeg har aldri gitt opp det siden

Hva er dette

Dette er et lettlært instrument, enkelt å betjene, improvisasjonsorientert og med en uendelig mulighet for lyder (som en MIDI -kontroller). Den inneholder 2 sett med nøkler, en for å definere akkorder og nøkkelsignaturer, og en annen for å faktisk spille notene. Uansett hvilken akkord som trykkes i instrumentene, vil nakketastene definere tonene på instrumentets håndtak, på samme måte som en gitar, fiolin og andre strengeinstrumenter; med det ekstra forskuddet at denne er en smart enhet som kan tolke skalaen som spilles av en enkelt notat eller et par notater.

Hvordan det fungerer

Enkel. Vil du spille et E -akkord? du trykker bare på E -tasten på nakken (se diagram på trinn 11), og du skyter bort alt du vil ha på håndtakstastene. Ikke bekymre deg, det vil være i harmoni. Du kan bruke håndtakstastene til å spille akkorder, melodier og arpeggioer i hvilken som helst tonalitet du vil, bare ved å trykke korrespondenttasten på nakken. På samme måte vil det å trykke på A -tasten på nakken i forbindelse med C -tasten (mindre tredjedel av A) aktivere en A -tonalitet for håndtakstastene.

Dette kan tillate enhver spiller å utføre en 4-akkords melodi (mest populær musikk er 4-akkorder), akkompagnement eller til og med improvisasjon; med ikke mer enn noen få fingre på plass.

Dette instrumentet kan fungere som MIDI-kontroller, og jeg innlemmet en enkel innebygd synthesizer for å spille uten eksternt utstyr. Avhengig av arduino -kortet du velger å bruke, kan dette prosjektet også fungere som en USB MIDI -kontroller eller MIDI over BLE -kontroller.

Mine vanlige ansvarsfraskrivelser:- Jeg er ikke engelsk som morsmål, så det kan ha blitt gjort feil. - Jeg er også selvlært i elektronikk, koding og musikk, så igjen kan det ha blitt gjort feil. - Dette er et "instrument for alle" å spille, ikke nødvendigvis å bygge. Du trenger litt kunnskap om elektronikk og koding for å jobbe med dette prosjektet.

_

Rekvisita

-En Arduino: Enhver arduino burde fungere. Jeg anbefaler et brett med USB -funksjoner, som ATmega32U4 -baserte kort (leonardo, micro, etc.), slik at du kan bruke dette prosjektet som en USB MIDI -kontroller. Jeg brukte en MKR1010, fordi den også har bluetooth -funksjoner og en sekundær maskinvare seriell port.

-ATmega328 på et brødbrett (valgfritt): Dette er for den integrerte synthen. Du kan bruke et skikkelig UNO -kort, men jeg gikk for et enklere system.

-Multiplexermoduler: 2 av dem, en for håndtakstastene og en for nakketastene.

-Batteriladermodul: Jeg anbefaler noe som den på lenken, fordi den har beskyttelse mot overlading/utladning.

-18650 batteri

-Voltage Step-up Heismodul: Vær forsiktig med dette! Sørg for at modulen du velger er i stand til å ta inngangsspenninger lavere enn 5v. Batteriladermoduler leverer vanligvis rundt 4v, og hvis du mater denne spenningen på en oppstartsmodul som ikke er vurdert for den spenningen, kan du få problemer. Jeg brukte en modul som trengte minst en 5v inngangsspenning, og jeg stekte arduinoen min. (noen prosjekter for gjenbruk, resirkulering av et stekt brett? Legg igjen en kommentar)

-1/4 kvinnelig lydkontakt

-10k Stereopotensiometer

-10k potensiometer (x2)

-x2 brytere: Jeg anbefaler disse, men alle brytere som holder posisjonen vil gjøre det.

-x14 Taktbrytere: For nakketastene.

-x9 Grensebrytere: Håndtakstaster (7) og transponeringsbrytere (2)

-1k ohm motstand

-x2 220 ohm motstand (hvis du lager 5v MIDI -utgang)

-33 ohm og 10 ohm motstander (hvis du lager 3.3v MIDI -utgang)

-Små brødbrett: Så mange du vil! Jeg bygger alt på 170 punkts brødbrett.

-Genser ledninger: Du kan ikke ha nok

Hvorfor to adskilte arduinos ?: Ja, det burde være mulig å skrive en enkelt skisse som kjører en digital synth, med USB MIDI, MIDI over BLE og vanlige MIDI -funksjoner, på samme brett. Det burde, kanskje det er det, men jeg kunne ikke. Tingen er; de fleste synthbiblioteker er laget for ATmega328, som ikke har USB -funksjoner. På den annen side gjør de få ATmega32U4 -baserte kortene (USB -kapasiteter) som kjører synthbiblioteker, det med problemer. Glem MIDI over BLE, du trenger noe som a MKR1010 for det (så vidt jeg har lest, vil ikke en hm-10-modul gjøre MIDI), men MKR-familien bruker en annen arkitektur, og vil ikke engang kompilere skisser med noen av synthbibliotekene jeg har funnet på nettet. Så det er to atskilte mikrokontrollere for meg. Hovedstyret gjør alle sensing-, tolknings- og midi -ting; og en andre for den integrerte synthen, som bare leser mididata fra den viktigste, og produserer lyd. Enkel arduino -versjon (valgfri): Ja, hvis du ikke bryr deg om noen av funksjonene jeg trengte, kan du bruke bare ett brett. For eksempel en enkelt ATmega32U4 som en USB MIDI -kontroller med det minst buggy synth -biblioteket du kan kjøre på den (ingen MIDI BLE, skjønt), eller en enkelt ATmega328 som kjører et hvilket som helst synthbibliotek du liker (ingen USB MIDI skjønt).

Trinn 1: Koblingsskjema

Her er det komplette diagrammet over prosjektet. Husk at du ikke trenger å bruke et MKR -kort, de fleste kortene vil fungere, du må bare være oppmerksom på mulighetene hvert brett har (USB -kompatibelt, BLE -kompatibelt osv.), Og justere spenningen som mates til vin -pin. La oss nå se hver seksjon mer detaljert:

Trinn 2: Koblingsskjema: MIDI -kontroller og multiplexere

-Jeg delte nesten alle pinnene mellom begge multiplexerne, for å redusere antallet arduino -pinner som ble brukt enda mer. Egentlig er det bare signalpinnene til hver multiplexermodul som må ha sin egen dedikerte arduino -pinne. Dette arrangementet gir ingen problemer eller forstyrrelser mellom tastene, ettersom skissens funksjon er lineær, og arduinoen sjekker bare én inngang om gangen. Uansett hva den andre multiplexeren gjør, eller den andre inngangspinnen mottar under denne kontrollen, blir det ignorert.

-De to bryterne merket Transponerende brytere er grensebrytere som aktiveres ved å skyve håndtaket gjennom hovedkroppens glidehull (se "håndtaket" og "kroppen" trinnene for flere detaljer) og de transponerer alle håndtaksnotater en oktav opp eller ned.

-For volumkontroll brukte jeg et stereopotensiometer, fordi vi må kontrollere to typer volumer: analog (integrert synth) og MIDI.

-MIDI -utgangskretsen har motstander som er vurdert for 3.3v -utgangen fra MKR -kortet mitt. Hvis du bruker et 5v -kort, må du bytte motstand i henhold til MIDI -diagrammet i det andre bildet.

Trinn 3: Koblingsskjema: Synthesizer

-Tilkoblingen til OSC2 på ATmega328 går (gjennom en kondensator) til bakken på digital pin 5. Jeg gjorde dette bare for enkelhets skyld, så alt passer fint og tett på brødbrettet. Hvis du tenker på å gjøre det samme, må du bare deklarere pin 5 som en inngang og aldri som en output.

-Syntbiblioteket jeg valgte sender ut lyd fra pin 11, som vist i diagrammet mitt. Ikke alle biblioteker bruker denne pinnen, sørg for å endre den deretter. Jeg vil anbefale å alltid bruke motstanden og caps som filtre.

-Jeg la til en bryter på 5v levert fra hovedkortet, slik at jeg kunne slå av ATmega og spare batteristrøm mens jeg brukte instrumentet som MIDI -kontroller.

Trinn 4: Koblingsskjema: Strømkilde

-Jeg vet, alle MKR-kort har en integrert Li-Po ladekrets. Saken er at jeg ikke kunne finne noen (rimelige) lipo -batterier med de nødvendige spesifikasjonene hvor som helst i landet jeg bor (Chile, Sør -Amerika), og jeg hadde allerede lademodulen og et par 18650 liggende rundt, så jeg plukket dem opp. På toppen av det tror jeg at de fleste vil prøve dette prosjektet ved å bruke mer kommersielt tilgjengelige brett, som vanligvis ikke har en ladekrets.

-Igjen, sørg for at modulen du velger for å øke batterispenningen, kan ta inngangsspenninger lavere enn 5v. Batteriladermoduler leverer vanligvis rundt 4v, og hvis du mater denne spenningen på en opptrappingsmodul som ikke er klassifisert for den spenningen, kan du steke brettet ditt. Jeg gjorde. To ganger, før jeg visste om dette.):

-Jeg anbefaler å plassere bryteren før spenningsmodulen, ikke etter. Skjønner ikke så mye hvordan disse tingene fungerer, men jeg måler strøm på begge alternativene (bryter før og etter) og når jeg plasserte bryteren etter spenningshevet, målte jeg litt strøm som lekker fra batteriet, selv når bryteren var av.

Trinn 5: Kodeideen

Koden kjører ganske enkelt en konstant kontroll av alle håndtakstastene til den oppdager et treff. Når den gjør det, kontrollerer den deretter tastene som trykkes på nakken, og den tolker stillingen som blir gjort og derfor musikkens tonalitet (hvis ingen tast trykkes i nakken, vil det siste tonalitetssettet forbli). Dette vil definere hvilken note håndtakstasten som skal trykkes skal produsere. Til slutt kontrolleres de to transponeringsbryterne for å transponere notatet en oktav opp, oktav ned eller standard oktav; gir instrumentet et område på 3 oktav. Basert på alle disse variablene produserer Synthfonio korrespondent midi -kommandoen.

Når det gjelder synthkoden, gjør som jeg gjorde, og kopier og lim inn "midi in" -eksemplet på synthbiblioteket som best passer dine behov. Her er noen anbefalinger: -The_synth-Mozzi-poly-synth-Noodle-Synth

Åh, hvis du vil integrere MIDI- og synth -funksjonalitetene i det samme brettet, vil jeg foreslå den slags skissen som er beskrevet på denne lenken.

Trinn 6: Koden

Først og fremst trenger du følgende biblioteker: MIDI -bibliotek: https://github.com/FortySevenEffects/arduino_midi_…Multiplexer -bibliotek:

Hvis du også skal bruke et USB -kompatibelt kort, eller MKR 1010, kan du også eksperimentere med disse bibliotekene: MIDI USB: https://github.com/tigoe/SoundExamples/blob/master…MIDI over BLE:

#inkludere

MIDI_CREATE_DEFAULT_INSTANCE (); #include CD74HC4067 my_mux (4, 3, 2, 1); // lage et nytt CD74HC4067 -objekt med sine fire kontrollpinner #definere mux_handle_pin 5 // definere en pin som skal deles med kanalene fra håndtaksmultiplexeren #definere mux_neck_pin 0 // definere en pin som skal deles med kanalene fra nakke -multiplexeren // definere transponeringsbrytere #define transposeUp 7 #define transposeDown 6 byte neckKeysNumbers = {12, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11}; byte fingersAmount = 0; byte neckKeyHolded = {0, 0, 0}; byte rot = 48; byte minorTredje; byte handleKeyNote = {0, 48, 50, 52, 53, 55, 57, 59}; byte handleKeyNoteSent = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0} 0; int oktav = 0; ugyldig oppsett () {pinMode (LED_BUILTIN, OUTPUT); MIDI.begynner (1); // Start MIDI og lytt til kanal 1 pinMode (mux_handle_pin, INPUT_PULLUP); pinMode (mux_neck_pin, INPUT_PULLUP); pinMode (transposeUp, INPUT_PULLUP); pinMode (transposeDown, INPUT_PULLUP); } void loop () {// For-Loop for å kontrollere hver nøkkel (1-7) på HÅNDTAKET. for (byte i = 1; i <8; i ++) {my_mux.channel (i); // sjekke hver tast gjennom multiplexeren // hvis en bryter (tast) trykkes og hvis tastens tilstand er "ikke trykket" hvis ((digitalRead (mux_handle_pin) == LOW) && (handleKeyNoteSent == 0))) {delayMicroseconds (2400); // For-Loop for å kontrollere de 12 tastene (0-11) på HALSEN. for (byte k = 0; k 0)) {MIDI.sendNoteOff (handleKeyNoteSent , 0, 1); // Stopp notatet handleKeyNoteSent = 0; // definere det som "ikke sendt" forsinkelse (18); }}}} // Denne funksjonen tar den nøkeltasten som er oppdaget, og på grunnlag av den // angir nummeret på rotnoten (i MIDI), // amd angir også nummeret til notatet som skulle være dens mindre tredje tomromrotSetting () {switch (neckKeyHolded [0]) {case 12: root = 47; minorThird = 3; gå i stykker; tilfelle 1: root = 48; minorThird = 4; gå i stykker; tilfelle 2: root = 49; minorThird = 5; gå i stykker; tilfelle 3: root = 50; minorThird = 6; gå i stykker; sak 4: root = 51; minorThird = 7; gå i stykker; sak 5: root = 52; minorThird = 8; gå i stykker; sak 6: root = 53; minorThird = 9; gå i stykker; sak 7: root = 54; minorThird = 10; gå i stykker; sak 8: root = 55; minorThird = 11; gå i stykker; sak 9: root = 56; minorThird = 12; gå i stykker; sak 10: root = 57; minorThird = 1; gå i stykker; sak 11: root = 58; minorThird = 2; gå i stykker; standard: root = 48; minorThird = 4; gå i stykker; }}} // Denne funksjonen angir selve notatet håndtasten skal spille. // den sjekker først om transponeringen bytter, og transponerer en oktav opp eller ned om nødvendig, // den kontrollerer deretter om mengden fingre i posisjon samsvarer med en dur eller en mindre akkord (1 eller 2 fingre). // Til slutt, hvis to fingre ble oppdaget i posisjon, sjekker det om de andre fingrene er plassert på // den tilsvarende mindre tredje tonen. Hvis ikke, vil 2. finger bli ignorert og akkorden vil // tolkes som en major akkord. Hvis 2. finger faktisk spiller en mindre tredjedel, vil funksjonen definere // notatene håndtakstastene vil utføre. void keyConstructor () {if (digitalRead (transposeUp) == LOW) {octave = 12; } annet hvis (digitalRead (transposeDown) == LOW) {octave = -12; } annet {oktav = 0; } // stor skala hvis (neckKeyHolded [1] == 0) {handleKeyNote [1] = root + octave; handleKeyNote [2] = rot + oktav + 2; handleKeyNote [3] = rot + oktav + 4; handleKeyNote [4] = rot + oktav + 5; handleKeyNote [5] = rot + oktav + 7; handleKeyNote [6] = rot + oktav + 9; handleKeyNote [7] = rot + oktav + 11; } // mindre skala hvis (neckKeyHolded [1] == minorThird) {handleKeyNote [1] = root + octave; handleKeyNote [2] = rot + oktav + 2; handleKeyNote [3] = rot + oktav + 3; handleKeyNote [4] = rot + oktav + 5; handleKeyNote [5] = rot + oktav + 7; handleKeyNote [6] = rot + oktav + 8; handleKeyNote [7] = rot + oktav + 11; }}

Trinn 7: Instrumentet (kabinett)

Som alltid har jeg egentlig ikke fullstendige og detaljerte designplaner og målinger av prosjektet. Jeg har gjort endringer, modifikasjoner og designet saken gjennom hele prosessen med å faktisk bygge den. Og de fleste av disse endringene var basert på materialene og komponentene jeg hadde på hånden den gangen.

Når det er sagt, ved denne anledningen har jeg mye mer innhold og informasjon om designprosessen enn i tidligere prosjekter, fordi jeg brukte 3D -utskrift og laserskjæringstjenester for å lage mange av delene. Jeg hadde rett og slett ikke tenkt å gjøre all MDF -måling og -skjæring jeg gjorde på min siste maskin. Jeg har vedlagt filen jeg designet for laserskjæring de fleste delene, og 3D -modellen til instrumentet. Vær oppmerksom på at alle disse filene stort sett er de samme som jeg bygde, men det er uoverensstemmelser, siden jeg gjorde mange endringer etter den originale laserskjæringen og 3d -modelleringen. Bruk disse filene som utgangspunkt for prosjektet ditt, ikke som den endelige malen.

Vær også oppmerksom på merknadene jeg har skrevet på bildene i de følgende trinnene

Trinn 8: Instrumentet: Hals

Dette er i hovedsak et par lange laserskårne MDF -brikker stablet oppå hverandre for å skape en tykk nok hals, med nok plass inne for taktbryterne (nakketastene) og multiplexermodulen. Og også 14 stykker laserskåret MDF -brett i form av pianotaster for å dekke bryterne. Bryterne er montert på perfboard og koblet til multiplexeren.

Trinn 9: Instrumentet: Håndtak

Dette var den vanskeligste delen for meg. Jeg vet ikke om jeg helt løser denne delen, men den fungerer ganske bra for hånden i det minste. Den har 7 brytere gjennom en multiplexer, og den kan gli gjennom hullet i instrumentets kropp. Vil ikke prøve å beskrive det, så her er bildene …

Trinn 10: Instrumentet: Kropp

Dette er den enkleste av alle deler, bare en laserskåret boks i en form som ligner en av et musikkinstrument. Jeg tenkte selv på å bruke et kabinett av sigarbokser, men hvis jeg skulle laserskjære, kunne jeg like godt laserskåret noe fint. Hovedfunksjonene kroppen bør ha er først, alle hullene for de nødvendige kontaktene, kontaktene, etc. (pluss en for å mate ledninger til nakkekretsen); ett større hull på toppen der håndtaket kan gli gjennom (som vist i den første videoen og bildene), og til slutt de to transponerende bryterne plassert i hver ende av glidehullet for å oppdage håndtakets bevegelse (se den andre videoen og alle merknader på bildene).

Trinn 11: Slik spiller du det

Spille akkorder

La oss prøve å spille noen enkle moll- og ordførerakkorder som forklart i begynnelsen i delen "Slik fungerer det". I utgangspunktet vil en hvilken som helst tast du trykker i nakken, gi deg hovedskalaen til notatet på håndtakstastene. Også hvis du teller 3 taster opp (beveger deg mot håndtaket) og trykker på den tasten, mens du holder den originale inne, vil du fortsatt ha en skala med den originale noten på håndtakstastene, men denne gangen blir det en mindre skala. Musikktrente lesere vil forstå (langt bedre enn meg, faktisk) at å trykke den nøyaktige tredje tasten opp fra en hvilken som helst tone, er det samme som å spille sin mindre tredjedel.

Hvis du ikke føler at 7 noter ikke er nok for deg, kan du ganske enkelt skyve opp eller ned hele håndtaket gjennom hovedkroppens glidehull, og du vil ha de samme 7 notene en oktav opp eller ned.

Spille akkorder (forklaring for nybegynnere)

Akkorder er to eller flere noter som spilles sammen. Tenk på en pianist eller en gitarist som spiller en haug med notater (pianotaster eller gitarstrenger) en gang samtidig og lar dem lyde, de synger et lite uttrykk over det, og så slår de et annet sett notater og synger et annet uttrykk. De spiller akkorder og synger en melodi. Dette er essensen i en grunnleggende sang. Så, hvordan gjør vi dette på Synthfonio? enkel. Vil du spille et E -akkord? du trykker bare på E -tasten på nakken og du skyter bort alt du vil ha på håndtakstastene. Ikke bekymre deg, det vil være i harmoni. Hva med mindre akkorder? (akkorder hvis navn ender på bokstaven "m" som Am, Em, G#m, C#m, etc.) La oss spille et a -moll -akkord (Am). Vi trykker på A -tasten (se diagrammet vedlagt), men vi teller også tre taster opp (beveger seg mot håndtaket), og vi trykker også på den tasten (i dette tilfellet en C). Dette gjør effektivt A -akkordet til et Am -akkord (a -moll).

Spiller en sang

Som noen kanskje allerede vet, er det massevis av 4 akkorder sanger, vanligvis konstruert over enkle dur og mindre akkorder. Perfekt. Vi googler “the-song-title chords”, finner den vi vil ha (her er et par enkle og enkle eksempler). Hvis et akkord er et stort, trykker vi bare på den enkelte tasten på Synthfonios hals og spiller alt du føler i håndtaket. Hvis det vises en mindre akkord i sangen, trykker vi bare på korrespondenttasten og den tredje tasten opp, og vi er klare. Det er det. Du kan bruke håndtakstastene for å spille akkorder og synge over dem, eller for å spille melodier, arpeggioer, etc.

Jeg er for tiden i gang med å inkorporere også forsterkede og reduserte akkorder, ved å plassere en tredje finger på plass, eller til og med bare de to fingrene med den andre som definerer den forstørrede eller reduserte femten.

Dette er et pågående prosjekt. I mellomtiden er det bare å fortsette å leke, eksperimentere og ha det gøy. Jeg tar imot forslag (:

Ulike skalaer

For øyeblikket genererer håndteringsnøkler de første til syvende notene i den deklarerte skalaen. Jeg brukte denne konfigurasjonen i denne instruksjonsboken for å gjøre den lett å forstå. Men dette kan enkelt endres for å generere forskjellig skala ved å endre keyConstructor () -funksjonen. Jeg bruker faktisk en pentatonisk konfigurasjon for håndtaket, fordi jeg kan ha rotnoten en oktav opp i den samme håndtakets glidestilling. I den nåværende konfigurasjonen må du skyve håndtaket opp eller ned for å få notater i en annen oktav.

Trinn 12: Mulige modifikasjoner

Som jeg nevnte i begynnelsen, prøvde jeg å holde denne opplæringen så enkel som mulig, og redusere prosjektet til sin mest grunnleggende form. På grunn av det utelot jeg noen funksjoner jeg la til (eller planlegger å legge til) på min egen Synthfonio, her er noen av dem:

-MIDI over BLE: hvis du har et MKR WIFI 1010 -kort, er dette ganske enkelt å inkorporere. Dette biblioteket har et veldig rett frem midi -eksempel. Du kan legge til midi -kommandoene fra det biblioteket til de vanlige MIDI -kommandoene som kalles av Synthfonios skisse. Eller, for å spare batteri, kan du legge til en bryter for å aktivere Bluetooth-funksjonene bare når det er nødvendig (bruk av arduinos avbrudd og et automatisk tilbakestillingssystem som dette ville være en fin idé).

-PitchBend: Selv om ingen av synthbibliotekene kan administrere MIDI pitch bend -kommandoer, lar MIDI -biblioteket deg sende dem. Saken er å bestemme hvordan den skal kontrolleres. Ethvert potensiometer burde fungere helt fint, men jeg tenker på mer interessante alternativer, som sensorer! nærhet, lys, etc.

Andre pris i instrumentkonkurransen