Raspberry Pi Stompbox Synth Module: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Målet med dette prosjektet er å sette en Fluidsynth-basert lydmodul i en stompbox. Det teknisk lydende uttrykket "lydmodul" betyr i dette tilfellet en enhet som tar inn MIDI-meldinger (dvs. notatverdi, volum, tonehøyde, etc.) og syntetiserer faktiske musikalske lyder. Sett dette sammen med en MIDI -kontroller - som er legion, billig og ofte veldig kul (som keytars!) - og du har en synthesizer som du kan modifisere og justere i det uendelige, og designe på en måte som passer din spillestil.

En bred oversikt over dette prosjektet er at vi tar en liten enbrettet linux-datamaskin (en Raspberry Pi 3 i dette tilfellet), fester en tegn-LCD, et par trykknapper og et USB-lydkort (siden pi's innebygde lyd ikke er veldig bra), og kram alt inn i en Hammond 1590bb stompbox (som de som brukes til gitareffekter) med noen utvendige tilkoblinger for USB MIDI, strøm og lydutganger. Deretter konfigurerer vi den interne programvaren til å kjøre et program ved oppstart som kjører FluidSynth (en utmerket, multi-plattform, gratis programvaresynteser), styrer LCD-skjermen og lar oss endre oppdateringer og innstillinger ved hjelp av trykknappene.

Jeg vil ikke gå inn på detaljerte trinnvise detaljer om denne konstruksjonen (det er mange hei-i-laget-en-kul-bringebær-pi-case-opplæringer der ute), men vil i stedet prøve å fokusere på hvorfor jeg laget forskjellige valg i konstruksjon og design mens jeg gikk. På denne måten kan du forhåpentligvis gjøre endringer som passer dine egne formål uten å bli sittende fast ved å gjøre ting som senere viser seg å ikke fungere.

OPPDATERING (mai 2020): Selv om dette instruerbare fortsatt er et flott sted å starte for et prosjekt som dette, har jeg gjort mange forbedringer på både maskinvare- og programvaresiden. Den nyeste programvaren er FluidPatcher, tilgjengelig på GitHub - sjekk ut wikien for mange detaljer om hvordan du konfigurerer Raspberry Pi. Sjekk ut nettstedet mitt Geek Funk Labs for kontinuerlige nyheter og oppdateringer om SquishBox!

Rekvisita

Dette er en kort liste over (og forklaring på) de mer avgjørende komponentene:

• Raspberry Pi 3 -datamaskin - En hvilken som helst enkeltbrett -linux -datamaskin kan fungere, men Pi 3 har nok prosessorkraft til å kjøre Fluidsynth uten forsinkelse, og nok minne til å laste inn store lydfonter. Ulempen er at den har dårlig innebygd lyd, så du trenger et USB -lydkort. CHIP er et alternativ jeg utforsker (mindre fotavtrykk, bedre lyd, men mindre minne/prosessor)
• Hammond 1590BB kabinett - Jeg foreslår at du kjøper en som er pulverlakkert hvis du vil ha farge, med mindre å male stompboxes er noe du liker. Jeg bla gjennom mange oppslagstavler, men jeg tror jeg ikke har tålmodighet eller riktig type maling, for etter to forsøk er resultatene mine ganske ujevne.
• USB -lydkort - Du kan finne en passende en av disse ganske billig. I følge denne flotte Adafruit -opplæringen (en av mange), bør du holde deg til en som bruker CM109 -brikkesettet for maksimal kompatibilitet.
• Tegn -LCD - det er mange forskjellige steder å få dem, men pinoutene ser ut til å være ganske standard. Sørg for at du får bakgrunnsbelysning, slik at du kan se forhåndsinnstillingene dine når du spiller i røykfylte klubber.
• Midlertidige trampebrytere (2) - Litt vanskeligere å få tak i, men jeg ble øyeblikkelig i stedet for å bytte slik at jeg kunne ha mer allsidighet. Jeg kan simulere veksling i programvare hvis jeg vil ha den oppførselen, men på denne måten kan jeg også ha forskjellige funksjoner for kort trykk, langt trykk, etc.
• Adafruit Perma -Proto Hat for Pi - Dette hjalp meg med å få LCD -en og andre komponenter koblet til Pi's ekspanderport uten å ta mye ekstra plass. Hvis jeg hadde prøvd å bruke vanlig perfboard, måtte det stikke ut over sidene på Pi for at jeg skulle koble til alle nødvendige GPIO -pinner. Den dobbeltsidige plateringen og matchende monteringshull var også veldig nyttige. I lys av alt dette var det virkelig det billigste alternativet.
• USB-kontakter-1 hunn av B-type for strøm, og to hver av A-type mann og hunn for å lage noen tynne, fleksible forlengerkabler for interne tilkoblinger.
• 1/4 "lydkontakter - jeg brukte en stereo og en mono. På den måten kan stereoanlegget være en hodetelefon/mono -kontakt, eller bare bære det venstre signalet hvis den andre kontakten er tilkoblet.

Trinn 1: Intern elektronikk

Vi kobler LCD -skjermen og tilhørende komponenter og trykknappene til Pi -hatten. Vi vil også legge til en USB-B og USB-A-kontakt for å koble til henholdsvis strøm og en MIDI-enhet. Vi tar USB-A-porten over fordi vi må bruke en av Pi-USB-portene for å koble lydkortet, som vi vil ha inne i kabinettet, så vi kan ikke ha USB-portene i flukt med siden av esken. Jeg brukte en USB-B-port for strøm fordi jeg følte at det kunne ta mer straff enn Pi's mikro-USB-strømkontakt, pluss at jeg ikke kunne finne en god orientering der kontakten uansett kunne være ved siden av esken.

Du må bruke en kniv til å skjære sporene mellom hullene der du skal lodde inn pinnene til USB -kontaktene. Bare vær forsiktig så du ikke kutter noen av de interne sporene i brettet som forbinder de andre pinnene - eller hvis du ved et uhell (som meg) kobler dem til igjen ved hjelp av jumper wire. USB-B-kontaktens Vcc- og GND-pinner går til henholdsvis 5V og GND på Pi's ekspanderport. På denne måten kan du slå på stompboksen med en telefonlader (forutsatt at den har nok strømstyrke - 700mA ser ut til å fungere for meg, men du vil kanskje ha mer for å være sikker på at USB -porten har nok juice til å drive kontrolleren) og en USB A -B -kabel.

Jeg synes at lengden på båndkabelen fungerer veldig bra for å koble ting med mange pinner uten å ha for mye trådspaghetti. Jeg gjorde dette i stedet for å lodde mannlige overskrifter i LCD -skjermen og deretter lodde det inn i hatten fordi jeg følte at jeg trengte litt frihet til å plassere LCD -skjermen slik at jeg kunne få den sentrert pent. LCD -skjermen skal komme med et potensiometer som du bruker til å justere begrensningen - pass på at du plasserer dette et sted der det ikke vil være dekket av LCD -skjermen, så du kan lage et hull i boksen for å nå det og justere kontrasten en gang alt er satt sammen.

Se skjemaet for detaljer om hva som kobles til hvor. Legg merke til at trykknappene er koblet til 3,3V - ikke 5V! GPIO -pinnene er bare vurdert til 3,3V - 5V vil skade CPU -en din. USB-A-kontakten blir koblet til en annen stripe med båndkabel, som du deretter kan lodde til en USB-kontakt som du vil koble til en av Pi's USB-porter for din MIDI-kontroller. Skjær eventuelt ekstra metall av pluggen, slik at den stikker mindre ut, og bruk varmt lim for strekkavlastning - den trenger ikke å være pen siden den blir gjemt inne i esken.

Trinn 2: Lydutgangskabler

Uansett hvor lite USB -lydkort du finner, vil det eller pluggen sannsynligvis stikke for langt ut av Pi -USB -portene for at alt skal passe i esken. Så lodd sammen en annen kort USB -kontakt ut av en båndkabel, USB -plugger og varmt lim som vist på bildet ovenfor. Lydkortet mitt var fremdeles litt for tykt til å passe inn i kabinettet med alt annet, så jeg sprengte plasten av og pakket den inn i et tape for å unngå at den skulle kortsluttes mot ting.

For å få lyd fra lydkortet til 1/4 "-kontaktene, kutter du enden av en 3,5 mm hodetelefon eller AUX -kabel. Sørg for at den har 3 kontakter - spiss, ring og hylse (TRS), i motsetning til 2 eller 4. Hylsen skal slipes, spissen er vanligvis den riktige kanalen, og ringen (den midterste kontakten) er vanligvis igjen. Du kan bare koble spissen og ringen til to mono (TS - spiss, erme) 1/4 "-kontakter og være ferdig med det, men du kan få litt mer allsidighet med en liten bit ekstra ledninger. Finn en TS -kontakt som har en tredje øyeblikkelig kontakt, som vist skjematisk i diagrammet ovenfor. Å sette inn en plugg bryter denne kontakten, slik du forhåpentligvis kan se på diagrammet, vil det venstre signalet deretter gå til TS -kontakten hvis en plugg er satt inn, og til ringen på TRS -kontakten hvis det ikke er satt inn noen plugg. På denne måten kan du koble hodetelefoner til stereokontakten, en enkelt monokabel til stereokontakten for et kombinert høyre/venstre (mono) signal, eller en kabel i hver kontakt for separate høyre og venstre (stereo) utganger.

Jeg koblet jordpinnene på kontaktene til kabelen som kom fra lydkortet, slik at alt i esken deler samme bakken og jeg unngår den ekle summen av jordsløyfer. Avhengig av hva du er koblet til, kan dette imidlertid ha motsatt effekt - så det kan være lurt å inkludere en bryter som lar deg enten koble til eller "løfte" bakken på 1/4 "-kontaktene.

Trinn 3: Klargjøring av vedlegg

Dette trinnet dekker kutting av hull i esken for skjermen, knapper, kontakter, etc. og epokserende avstand i kabinettet for å montere Pi -hatten.

Begynn med å plassere alle komponentene i kabinettet for å sikre at alt passer og er orientert på riktig måte. Mål deretter og merk nøye hvor du skal lage hull. Når du skjærer runde hull, anbefaler jeg at du starter med en liten bit og jobber opp til størrelsen du trenger - det er lettere å sentrere hullet, og det er mindre sannsynlig at boret ditt vil sette seg fast. Rektangulære hull kan kuttes ved å bore et hull i motsatte hjørner av den tiltenkte åpningen og deretter skjære med et stikksag til de to andre hjørnene. Denne tykkelsen på aluminium kutter faktisk helt fint med et stikksag så lenge du går forsiktig. En firkantet fil er veldig nyttig for kvadrering av hjørner av åpninger. Gjør åpningene til USB -pluggene litt sjenerøse hvis du har fete kabler.

En to-trinns epoxy (som Gorilla Lim på bildet) fungerer godt for å feste avstandene for hatten til metallhuset. Ripe opp overflaten av kabinettet og bunnen av avstandene litt med stålull eller en skrutrekker, slik at epoksyen kan få et bedre grep. Jeg anbefaler å feste standoffsene dine til Pi -hatten før du limer dem ned, slik at du vet at de er plassert riktig - det er ikke mye vrikkerom her. Jeg brukte bare tre distanser fordi LCD -skjermen min var i veien for den fjerde. Bland de to komponentene i epoksyen, lim noen på avstandene og fest dem på plass. Unngå å vri eller reposisjonere delene etter mer enn 10-15 sekunder, ellers blir bindingen sprø. Gi det 24 timer å sette opp, slik at du kan fortsette arbeidet. Det tar noen dager å helbrede fullt ut, så ikke stress båndet unødvendig.

Med mindre du vil lage en annen hobby av å male stompboxer, foreslår jeg at du lar aluminiumet stå rent (ikke et dårlig utseende faktisk) eller kjøpe et ferdig malt skap. Maling vil ikke binde seg til metall. Hvis du vil prøve det, kan du pusse overalt hvor du vil at malingen skal klebe, bruk en god auto -body primer spraymaling først, påfør flere strøk med fargen du vil ha, og la den tørke så lenge som mulig. Seriøst - galningene på oppslagstavlene foreslår ting som å la den stå i direkte sol i tre måneder, eller i en brødristerovn på lav i en uke. Etter å ha pusset av de krøllete, flassende restene av min første malingsjobb, får mitt andre forsøk fortsatt chips og hull fra ting som penner i spilleposen min, og finishen kan bulkes med en negl. Jeg bestemte meg for å gi meg og gikk for punk-stil, og brukte hvit-ut markør for bokstaven.

Trinn 4: Programvareoppsett

Før du stopper alt i stompboxen og skruer det godt sammen, må du sette opp programvare på Raspberry Pi. Jeg foreslår at du starter med en ny installasjon av Raspbian OS, så hent en nylig kopi fra Raspberry Pi Foundation -nettstedet og følg instruksjonene der for å legge det inn på et SD -kort. Ta tak i et tastatur og en skjerm eller bruk en konsollkabel for å logge deg på Pi for første gang, og komme til en kommandolinje. For å være sikker på at du har de nyeste programvare- og fastvareoppdateringene, skriver du inn

sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade

sudo rpi-oppdatering

Deretter vil du sørge for at du kan bruke wifi til å ssh til Pi og gjøre endringer når den er knappet opp inne i kabinettet. Slå først på ssh -serveren ved å skrive

sudo raspi-config

og gå til "Grensesnittalternativer" og aktivere ssh -serveren. Legg nå til et trådløst nettverk i pi ved å redigere filen wpa_supplicant.conf:

sudo vi /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

og legger til følgende linjer på slutten:

nettverk = {

ssid = "ditt-nettverk" psk = "ditt-passord"}

Bytt ut nettverket og passordet ditt ovenfor med verdier for hvilket nettverk du vil at Pi skal koble til som standard-sannsynligvis din wifi-ruter hjemme, eller kanskje hotspot på telefonen eller en bærbar datamaskin som kjører i tilgangspunktmodus. Et annet alternativ for å koble til din Pi er å sette den opp som et wifi -tilgangspunkt, slik at du bare kan koble deg til den uansett hvor du er. Grensesnittet jeg skrev nedenfor lar deg også koble en annen Bluetooth-enhet til Pi, hvoretter du kan koble til den ved hjelp av seriell-over-bluetooth.

For å installere FluidSynth, skriv inn

sudo apt-get install fluidsynth

Filene som er vedlagt dette trinnet gir et grensesnitt mellom stompbox -kontrollene og FluidSynth, og bør kopieres til /home /pi -katalogen. Her er en kort forklaring på hva hver fil gjør:

• squishbox.py - Et python -skript som starter og kommuniserer med en forekomst av FluidSynth, leser input fra stompbox -knappene og skriver informasjon til LCD -skjermen
• config_squishbox.yaml - En konfigurasjonsfil i det (for det meste) lesbare YAML -formatet som lagrer innstillinger og oppdateringsinformasjon for squishbox -programmet
• fluidsynth.py - En python -innpakning som gir bindinger til C -funksjonene i FluidSynth -biblioteket, med mange ekstra bindinger lagt til av meg for å få tilgang til mer av FluidSynths funksjonalitet
• ModWaves.sf2 - En veldig liten lydfont jeg ga for å demonstrere bruk og kraft av modulatorer i Soundfont -formatet

Å ha et python -script satt opp FluidSynth -prosessen og håndtere alle knappene/LCD -tingene fungerer ganske bra - MIDI -meldinger går direkte til FluidSynth, og scriptet samhandler bare med det når det er nødvendig.

Python -skriptet trenger et par python -biblioteker som ikke er installert som standard. Du kan installere dem direkte fra Python Package Index ved hjelp av det praktiske pip -verktøyet:

sudo pip installer RPLCD pyyaml

Til slutt vil du at Pi skal kjøre python -skriptet ved oppstart. For å få dette til å skje, rediger rc.local -filen:

sudo vi /etc/rc.local

Sett inn følgende linje like før den siste "exit 0" -linjen i filen:

python /home/pi/squishbox.py &

Trinn 5: Sluttmontering

Før du legger alle brikkene i esken, er det en veldig god idé å koble alt til og sørge for at programvaren fungerer, som vist på bildene ovenfor. Bildene 3-6 viser alle de enkelte delene og gradvis hvordan de passer inn i boksen min. LCD -skjermen holdes faktisk på plass av at ledningene presser mot den, men du kan bruke litt varmt lim eller legge til flere festeskruer hvis du ikke liker det. Det oransje gaffatape på lokket på esken skal hindre Pi i å kortsluttes mot metallet.

Du må kanskje eksperimentere og konfigurere om for å få ting til å passe. Tettsittende er bra - jo færre deler jiggler rundt i esken, jo bedre. Varme ser ikke ut til å være et problem, og jeg har ikke hatt noen problemer med at wifi -signal ble blokkert av kabinettet. Det er ikke avbildet noen selvklebende gummiføtter (du finner dem i en jernvarehandel) på bunnen av esken for å unngå at den glir rundt når du skal trampe.

Se etter uforutsette støt/squishing/bøyning når ting er skrudd sammen. En ting å sjekke er at det er nok plass til 1/4 -kontaktene når kabler settes inn - tipsene stikker ut litt lenger enn kontaktene. Også i min konstruksjon monterte jeg Pi litt for nær kanten boksen og leppen på lokket trykket ned på enden av SD -kortet og knipset det - jeg måtte legge et hakk i leppen slik at dette ikke skulle skje.

Trinn 6: Bruk

Lydmodulen jeg har beskrevet i disse trinnene og kjøre programvaren som er gitt ovenfor, er ganske brukbar og kan utvides ut av esken, men mange modifikasjoner/variasjoner er mulige. Jeg vil bare kort beskrive grensesnittet her - jeg planlegger å kontinuerlig oppdatere det i et github -depot, hvor jeg forhåpentligvis også vil beholde en oppdatert wiki. Til slutt vil jeg diskutere hvordan du kan justere innstillingene, legge til nye lyder og gjøre dine egne modifikasjoner.

For å starte, koble en USB MIDI-kontroller til esken USB-A-kontakt, en 5V strømforsyning til USB-B-kontakten og koble til hodetelefoner eller en forsterker. Etter litt vil LCD -skjermen vise en "squishbox v xx.x" melding. Når et patchnummer og navn vises, bør du kunne spille notater. Korte trykk på en av knappene endrer oppdateringen, holder en av knappene i et par sekunder får deg til en innstillingsmeny, og holder en av knappene i omtrent fem sekunder gir deg muligheten til å starte programmet på nytt, starte Pi på nytt eller slå av Pi (NB: Pi kutter ikke strømmen til GPIO -pinnene når den stopper, så LCD -en vil aldri slå seg av. Bare vent i omtrent 30 sekunder før du kobler den fra).

Innstillingsmenyalternativene er:

• Oppdateringsoppdatering - lagrer eventuelle endringer du har gjort i den gjeldende oppdateringen til filen
• Lagre ny oppdatering - lagrer gjeldende oppdatering og eventuelle endringer som en ny oppdatering
• Velg Bank - konfigurasjonsfilen kan ha flere sett med oppdateringer, dette lar deg bytte mellom dem
• Set Gain - angi det totale utgangsvolumet (fluidsynths 'gain' -alternativ), for høyt gir forvrengt utgang
• Chorus/Reverb - endre det gjeldende settets reverb og chorus -innstillinger
• MIDI Connect - prøv å koble til en ny MIDI -enhet hvis du bytter den mens programmet kjører
• Bluetooth -par - sett Pi i oppdagelsesmodus, slik at du kan koble en annen Bluetooth -enhet til den
• Wifi -status - rapporter Pi -gjeldende IP -adresse, slik at du kan bruke den

Filen config_squishbox.yaml inneholder informasjon som beskriver hver oppdatering, i tillegg til ting som MIDI-ruting, effektparametere, osv. Den er skrevet i YAML-formatet, som er en tverrspråklig måte å representere data som datamaskiner kan analysere, men også er menneskelige -leselig. Det kan bli ganske komplekst, men her bruker jeg det bare som en måte å representere en struktur av nestede Python -ordbøker (assosiative arrays/hashes på andre språk) og sekvenser (lister/arrays). Jeg la mange kommentarer i eksempelkonfigurasjonsfilen og prøvde å strukturere den slik at man gradvis kan se hva hver funksjon gjør. Ta en titt og eksperimentere hvis du er nysgjerrig, og still gjerne spørsmål i kommentarene. Du kan gjøre mye for å endre lydene og funksjonaliteten til modulen bare ved å redigere denne filen. Du kan eksternt logge inn og redigere, eller FTP en modifisert konfigurasjonsfil til Pi, deretter starte på nytt ved hjelp av grensesnittet eller ved å skrive

sudo python /home/pi/squishbox.py &

på kommandolinjen. Skriptet er skrevet for å drepe andre løpende forekomster av seg selv når du starter, slik at det ikke blir noen konflikter. Skriptet vil spytte ut noen advarsler på kommandolinjen når det kjører mens det jakter på at MIDI -enheter skal koble seg til og ser på forskjellige steder etter lydfontene dine. Det er ikke ødelagt, dette er bare lat programmering fra min side - jeg kunne fange dem, men jeg påstår at de er diagnostiske.

Når du installerer FluidSynth får du også ganske god gratis FluidR3_GM.sf2 soundfont. GM står for generell MIDI, noe som betyr at den inneholder "alle" instrumentene, tilordnet forhåndsinnstilte og banknumre som er avtalt, slik at MIDI-spillere som spiller filer med denne lydfonten vil kunne finne omtrent den riktige lyden for piano, trompet, sekkepiper, etc. Hvis du vil ha mer/annerledes lyd, kan du finne mye gratis lyd på internett. Viktigst av alt, soundfont-spesifikasjonen er allment tilgjengelig, er faktisk ganske kraftig, og det er en fantastisk åpen kildekode-editor for lydfonter som kalles Polyphone. Med dette kan du bygge dine egne soundfonts fra rå WAV -filer, pluss at du kan legge til modulatorer til fontene dine. Modulatorer lar deg kontrollere mange av elementene i syntesen (f.eks. ADSR -konvolutt, modulasjonskonvolutt, LFO, etc.) i sanntid. ModWaves.sf2 -filen jeg har inkludert ovenfor, gir et eksempel på bruk av modulatorer for å la deg kartlegge filterresonansen og cutoff -frekvensen til en MIDI -melding for kontrollendring (som kan sendes med en knapp/glidebryter på kontrolleren). Det er så mye potensial her - spill!

Det er mitt håp at denne opplæringen gir mange ideer og gir andre et godt rammeverk for å bygge sine egne unike synth -kreasjoner, i tillegg til å støtte den kontinuerlige tilgjengeligheten og utviklingen av gode soundfonts, soundfont -spesifikasjonen og flott gratis programvare som FluidSynth og Polyphone. Bygget jeg har skissert her er verken den beste eller den eneste måten å sette noe slikt sammen på. På maskinvaresiden kan mulige modifikasjoner være en større boks med flere knapper, eldre (5-pinners) MIDI-inngang/utgang og/eller lydinnganger. Python -skriptet kan endres (unnskyld for min sparsomme kommentar) for å gi andre atferd som kan passe deg bedre - jeg tenker på å legge til en "effekter" -modus for hver oppdatering der den vil fungere som en ekte effektstompbox, bytte innstillinger på og av. Man kan også legge til litt ekstra programvare for å tilby digitale lydeffekter. Jeg tror også det ville fungere bedre å ha Pi kjørt i wifi AP -modus som beskrevet ovenfor, og da kan det til og med gi et vennlig webgrensesnitt for redigering av konfigurasjonsfilen. Send gjerne dine egne ideer/spørsmål/diskusjon i kommentarfeedet.

Jeg vil gi enorme, mega rekvisitter til produsentene av FluidSynth og Polyphone for å tilby gratis programvare med åpen kildekode som vi alle kan bruke til å lage god musikk. Jeg elsker å bruke denne tingen, og du gjorde det mulig!