The Synthfonio - et musikinstrument for alle: 12 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Jeg kan godt lide synthesizere og MIDI -controllere, men jeg er forfærdelig til at spille keyboard. Jeg kan godt lide at skrive musik, men for faktisk at spille den musik skal du have lært at spille et instrument. Det tager tid. Tid, som mange mennesker ikke har, og som normalt afholder dem fra at blive ved med at øve. Jeg prøver at ændre det. Dette projekt er et forsøg på at forkorte kløften mellem "Jeg vil gerne lære at spille X" og "Jeg nyder at spille X". Jeg ved, at de fleste af os drømte om eller stadig drømmer om sidstnævnte, men sad fast i førstnævnte, og jeg kender også det øjeblik, hvor jeg var i stand til at udføre og nyde mine første grundlæggende fire akkordsange på guitar, var det øjeblik, jeg virkelig begyndte at lære instrumentet, og jeg har aldrig givet op på det siden

Hvad er det

Dette er et let at lære instrument, let at betjene, improvisationsorienteret og med en endeløs mulighed for lyde (som en MIDI -controller). Den indeholder 2 sæt nøgler, en til at definere akkorder og nøglesignaturer, og en anden til faktisk at spille noterne. Uanset hvilken akkord der trykkes i instrumenterne, vil nakketaster definere tonerne på instrumentets håndtag, svarende til en guitar, violin og andre strengeinstrumenter; med det ekstra forskud, at denne er en smart enhed, der kan fortolke skalaen, der afspilles ud fra en enkelt note eller et par noter.

Hvordan det virker

Enkel. Vil du spille en E -akkord? du trykker bare på E -tasten på nakken (se diagram på trin 11), og du fyrer alt, hvad du vil på håndtagstasterne, væk. Bare rolig, det vil være i harmoni. Du kan bruge håndtagstasterne til at spille akkorder, melodier og arpeggioer i enhver tonalitet, du ønsker, bare ved at trykke på korrespondenttasten på nakken. På samme måde aktiveres en A -tonalitet for håndtagstasterne ved at trykke på A -tasten på nakken i forbindelse med C -tasten (mindre tredjedel af A).

Dette kan tillade enhver spiller at udføre en 4-akkords melodi (mest populær musik er 4-akkorder), akkompagnement eller endda improvisation; med ikke mere end et par fingre på plads.

Dette instrument kan fungere som MIDI-controller, og jeg indarbejdede en enkel indbygget synthesizer til afspilning uden eksternt udstyr. Afhængigt af det arduino -kort, du vælger at bruge, kan dette projekt også fungere som en USB MIDI -controller eller MIDI over BLE -controller.

Mine sædvanlige ansvarsfraskrivelser:- Jeg er ikke engelsk som modersmål, så der kan være begået fejl. - Jeg er også selvlært i elektronik, kodning og musik, så igen kunne der være begået fejl. - Dette er et "instrument for alle" at spille, ikke nødvendigvis at bygge. Du har brug for en smule viden inden for elektronik og kodning for at arbejde på dette projekt.

_

Forbrugsvarer

-En Arduino: Enhver arduino skal fungere. Jeg anbefaler et kort med USB -muligheder, som f.eks. ATmega32U4 -baserede kort (leonardo, micro osv.), Så du kan bruge dette projekt som en USB MIDI -controller. Jeg brugte en MKR1010, fordi den også har bluetooth -funktioner og en sekundær hardware seriel port.

-ATmega328 på et brødbræt (valgfrit): Dette er til den integrerede synth. Du kunne bruge et ordentligt UNO -bord, men jeg gik efter et enklere system.

-Multiplexermoduler: 2 af dem, et til håndtagstasterne og et andet til nøgletasterne.

-Batteriladermodul: Jeg anbefaler noget lignende det på linket, fordi det har overopladnings-/afladningsbeskyttelse.

-18650 batteri

-Voltage Step-up Elevatormodul: Vær forsigtig med dette! Sørg for, at det modul, du vælger, kan tage indgangsspændinger lavere end 5v. Batteriopladermoduler udsender normalt omkring 4v, og hvis du tilfører den spænding til et trinmodul, der ikke er klassificeret til den spænding, kan du have problemer. Jeg brugte et modul, der havde brug for mindst en 5v indgangsspænding, og jeg stegte min arduino. (eventuelle projekter til genbrug, genbrug af et stegt bræt? Efterlad venligst en kommentar)

-1/4 kvindelig lydstik

-10k Stereopotentiometer

-10k potentiometer (x2)

-x2 switches: Jeg anbefaler disse, men enhver switch, der holder sin position, vil gøre det.

-x14 Taktkontakter: Til nøgletasterne.

-x9 Grænsekontakter: Håndtagstaster (7) og transponeringsafbrydere (2)

-1k ohm modstand

-x2 220 ohm modstand (hvis du laver 5v MIDI output)

-33 ohm og 10 ohm modstande (hvis du laver 3.3v MIDI output)

-Små brødbrætter: Så mange som du vil! Jeg bygger alt på 170 point brødbrætter.

-Jumper ledninger: Du kan ikke have nok

Hvorfor to adskilte arduinos ?: Ja, det burde være muligt at skrive en enkelt skitse, der kører en digital synth, med USB MIDI, MIDI over BLE og almindelige MIDI -funktioner, på samme bord. Det burde, måske er det, men jeg kunne ikke. Tingen er; de fleste synthbiblioteker er lavet til ATmega328, som ikke har USB -funktioner. På den anden side gør de få ATmega32U4 -baserede tavler (USB -kapaciteter), der kører synthbiblioteker, det med problemer. Glem alt om MIDI over BLE, du har brug for noget som a MKR1010 til det (så vidt jeg har læst, gør et hm-10-modul ikke MIDI), men MKR-familien bruger en anden arkitektur og vil ikke engang kompilere skitser med nogen af de synthbiblioteker, jeg har fundet online. Så det er to adskilte mikrokontroller til mig. Hovedtavlen laver alle sanse-, fortolknings- og midi -ting; og en anden til den integrerede synth, der kun læser mididata fra den primære og producerer lyd. Single arduino -version (valgfri): Ja, hvis du ikke er ligeglad med nogle af de funktioner, jeg havde brug for, kan du bruge kun et enkelt bræt. For eksempel en enkelt ATmega32U4 som en USB MIDI -controller med det mindst buggy synth -bibliotek, du kan køre på den (dog ingen MIDI BLE), eller en enkelt ATmega328, der kører ethvert synthbibliotek, du kan lide (dog ingen USB MIDI).

Trin 1: Ledningsdiagram

Her er det komplette diagram over projektet. Husk, at du ikke behøver at bruge et MKR -kort, de fleste tavler fungerer, du skal bare være opmærksom på de muligheder, hvert bræt har (USB -kompatibelt, BLE -kompatibelt osv.), Og justere spændingen, der tilføres vin pin. Lad os nu se hvert afsnit mere detaljeret:

Trin 2: Ledningsdiagram: MIDI -controller og multiplexere

-Jeg delte næsten alle stifter mellem begge multiplexerne for at reducere antallet af arduino -ben, der blev brugt endnu mere. Virkelig er det kun signalstifterne på hvert multiplexermodul, der skal have deres egen dedikerede arduino -pin. Dette arrangement producerer ingen problemer eller interferens mellem tasterne, da skitsens funktion er lineær, og arduinoen kontrollerer kun et input ad gangen. Hvad den anden multiplexer gør, eller den anden input -pin modtager under denne kontrol, ignoreres.

-De to kontakter mærket Transponeringsafbrydere er grænsekontakter, der aktiveres ved at skubbe håndtaget gennem hovedkroppens glidehul (se "håndtaget" og "kroppen" trin for flere detaljer), og de transponerer alle håndtagsnoter en oktav op eller ned.

-For lydstyrkekontrol brugte jeg et stereopotentiometer, fordi vi skal styre to slags volumener: analog (integreret synth) og MIDI.

-MIDI -udgangskredsløbet har modstande vurderet til 3,3v -output fra mit MKR -kort. Hvis du bruger et 5v -kort, skal du ændre din modstand i henhold til MIDI -diagrammet på det andet billede.

Trin 3: Ledningsdiagram: Synthesizer

-Forbindelsen til OSC2 på ATmega328 går (gennem en kondensator) til jord på digital pin 5. Jeg gjorde dette bare for nemheds skyld, så alt passer fint og tæt på brødbrættet. Hvis du tænker på at gøre det samme, skal du bare sørge for altid at erklære pin 5 som et input og aldrig som et output.

-Syntbiblioteket, jeg valgte, sender lyd fra pin 11, som vist i mit diagram. Ikke alle biblioteker vil bruge denne pin, sørg for at ændre den i overensstemmelse hermed. Jeg vil dog altid anbefale at bruge modstanden og hætterne som filtre.

-Jeg tilføjede en switch på den 5v, der blev leveret fra hovedkortet, så jeg kunne være i stand til at slukke for ATmega og spare batteristrøm, mens jeg brugte instrumentet som MIDI -controller.

Trin 4: Ledningsdiagram: Strømkilde

-Jeg ved, at alle MKR-kort har et integreret Li-Po-opladningskredsløb. Sagen er, at jeg ikke kunne finde nogen (overkommelige) lipo -batterier med de nødvendige specifikationer overalt i landet, hvor jeg bor (Chile, Sydamerika), og jeg havde allerede opladningsmodulet og et par 18650 liggende rundt, så jeg hentede dem. Derudover tror jeg, at de fleste mennesker vil prøve dette projekt ved hjælp af mere kommercielt tilgængelige kort, der normalt ikke har et opladningskredsløb.

-Igen skal du sørge for, at det modul, du vælger til at øge batterispændingen, er i stand til at tage indgangsspændinger lavere end 5v. Batteriopladermoduler sender normalt omkring 4v, og hvis du tilfører denne spænding til et trinmodul, der ikke er klassificeret til den spænding, kan du stege dit bræt. Jeg gjorde. To gange, før jeg vidste om dette.):

-Jeg anbefaler at placere kontakten før spændingstrinnet, ikke efter. Forstår ikke rigtigt så meget hvordan disse ting fungerer, men jeg måler strøm på begge muligheder (switch før og efter), og da jeg placerede kontakten efter spændingselevatoren, målte jeg en smule strøm, der lækker fra batteriet, selv når kontakten var af.

Trin 5: Kodeideen

Koden kører simpelthen en konstant kontrol af alle håndtagstaster, indtil den registrerer et hit. Når den gør det, kontrollerer den derefter, hvilke taster der trykkes på nakken, og den fortolker den holdning, der foretages og derfor musiktonaliteten (hvis der ikke trykkes på en tast i nakken, forbliver det sidste tonalitetssæt). Dette vil definere, hvilken note håndtasten, der trykkes på, skal producere. Endelig kontrolleres de to transponeringsafbrydere for at transponere noten en oktav op, en oktav ned eller en standard oktav; giver instrumentet et 3 oktavområde. Baseret på alle disse variabler producerer Synthfonio den korrespondentiske midi -kommando.

Hvad angår synth -koden, gør som jeg gjorde, og kopier og skam bare "midi in" -eksemplet på synthbiblioteket, der passer bedst til dine behov. Her er nogle anbefalinger: -The_synth-Mozzi-poly-synth-Noodle-Synth

Åh, hvis du vil integrere MIDI- og synthfunktionerne i det samme bord, vil jeg foreslå den slags skitse beskrevet på dette link.

Trin 6: Koden

Først og fremmest skal du bruge følgende biblioteker: MIDI -bibliotek: https://github.com/FortySevenEffects/arduino_midi_…Multiplexer -bibliotek:

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

#omfatte

MIDI_CREATE_DEFAULT_INSTANCE (); #include CD74HC4067 my_mux (4, 3, 2, 1); // opret et nyt CD74HC4067 -objekt med sine fire betjeningsnåle #definer mux_handle_pin 5 // definer en nål, der skal deles med kanalerne fra håndtagsmultiplexeren #definer mux_neck_pin 0 // definer en nål, der skal deles med kanalerne fra nakke -multiplexeren // definere transponeringsafbrydere #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 root = 48; byte minorTredje; byte handleKeyNote = {0, 48, 50, 52, 53, 55, 57, 59}; byte handleKeyNoteSent = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; int oktav = 0; ugyldig opsætning () {pinMode (LED_BUILTIN, OUTPUT); MIDI.begynd (1); // Start MIDI, og lyt 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 at kontrollere hver tast (1-7) på HÅNDTAGET. for (byte i = 1; i <8; i ++) {my_mux.channel (i); // kontrollere hver tast gennem multiplexeren // hvis der trykkes på en switch (tast) og hvis tastens tilstand "ikke trykkes" hvis ((digitalRead (mux_handle_pin) == LOW) && (handleKeyNoteSent == 0)) {delayMicroseconds (2400); // For-loop for at kontrollere de 12 taster (0-11) på HALSEN. for (byte k = 0; k 0)) {MIDI.sendNoteOff (handleKeyNoteSent , 0, 1); // Stop note handleKeyNoteSent = 0; // definer det som "ikke sendt" forsinkelse (18); }}}} // Denne funktion tager den nøgletast, der er registreret, og baseret på den // indstiller nummeret på rodnoten (i MIDI), // amd angiver også nummeret på den note, der ville være dens mindre tredje tomrum rootSetting () {switch (neckKeyHolded [0]) {case 12: root = 47; minorThird = 3; pause; tilfælde 1: root = 48; minorThird = 4; pause; tilfælde 2: root = 49; minorThird = 5; pause; tilfælde 3: root = 50; minorThird = 6; pause; sag 4: root = 51; minorThird = 7; pause; sag 5: root = 52; minorThird = 8; pause; sag 6: root = 53; minorThird = 9; pause; sag 7: root = 54; minorThird = 10; pause; sag 8: root = 55; minorThird = 11; pause; sag 9: root = 56; minorThird = 12; pause; sag 10: root = 57; minorThird = 1; pause; sag 11: root = 58; minorThird = 2; pause; standard: root = 48; minorThird = 4; pause; }}} // Denne funktion indstiller den egentlige note, som håndtasten vil afspille. // den kontrollerer først, om transponeringen skifter, og transponerer om nødvendigt en oktav op eller ned, // den kontrollerer derefter, om mængden af fingre i position svarer til en større eller mindre akkord (1 eller 2 fingre). // Endelig, hvis 2 fingre blev registreret i position, kontrollerer det, om de anden fingre er placeret på // den tilsvarende mindre tredje note. Hvis ikke, ignoreres 2. finger, og akkorden vil // blive tolket som en større akkord. Hvis 2. finger virkelig spiller en mindre tredjedel, vil funktionen definere // de noter, håndtagstasterne vil udføre. void keyConstructor () {if (digitalRead (transposeUp) == LOW) {octave = 12; } ellers hvis (digitalRead (transposeDown) == LOW) {octave = -12; } ellers {oktav = 0; } // større skala hvis (neckKeyHolded [1] == 0) {handleKeyNote [1] = root + oktav; handleKeyNote [2] = root + oktav + 2; handleKeyNote [3] = root + oktav + 4; handleKeyNote [4] = root + oktav + 5; handleKeyNote [5] = root + oktav + 7; handleKeyNote [6] = root + oktav + 9; handleKeyNote [7] = root + oktav + 11; } // mindre skala hvis (neckKeyHolded [1] == minorThird) {handleKeyNote [1] = root + oktav; handleKeyNote [2] = root + oktav + 2; handleKeyNote [3] = root + oktav + 3; handleKeyNote [4] = root + oktav + 5; handleKeyNote [5] = root + oktav + 7; handleKeyNote [6] = root + oktav + 8; handleKeyNote [7] = root + oktav + 11; }}

Trin 7: Instrumentet (kabinet)

Som altid har jeg ikke rigtig komplette og detaljerede designplaner og målinger af projektet. Jeg lavede ændringer, ændringer og design tingene gennem hele processen med faktisk at bygge det. Og de fleste af disse ændringer var baseret på de materialer og komponenter, jeg havde på det tidspunkt.

Når det er sagt, har jeg ved denne lejlighed meget mere indhold og information om designprocessen end i tidligere projekter, fordi jeg brugte 3d -print og laserskæring til at oprette mange af delene. Jeg ville simpelthen ikke foretage al den MDF -måling og -skæring, jeg lavede på min sidste maskine. Jeg har vedhæftet den fil, jeg har designet til laserskæring af de fleste dele, og 3D -modellen af instrumentet. Vær venligst opmærksom på, at alle disse filer for det meste er de samme som de faktiske ting, jeg byggede, men der er uoverensstemmelser, da jeg lavede mange ændringer efter den originale laserskæring og 3d -modellering. Brug disse filer som udgangspunkt for dit projekt, ikke som den endelige skabelon.

Vær venligst også opmærksom på de kommentarer, jeg har skrevet på billederne i de følgende trin

Trin 8: Instrumentet: Hals

Dette er i det væsentlige et par lange laserskårne MDF -stykker stablet oven på hinanden for at skabe en tyk nok hals, med nok plads indeni til taktkontakterne (nakketaster) og multiplexermodulet. Og også, 14 stykker laserskåret MDF -plade i form af klavertaster til at dække kontakterne. Kontakterne er monteret på perfboard og tilsluttet multiplexeren.

Trin 9: Instrumentet: Håndtag

Dette var den sværeste del for mig. Jeg ved ikke, om jeg helt løser denne del, men den fungerer temmelig godt for hånden i hvert fald. Den har 7 kontakter via en multiplexer, og den kan glide gennem hullet i instrumentets krop. Vil ikke prøve at beskrive det, så her er billederne …

Trin 10: Instrumentet: Body

Dette er den enkleste af alle dele, bare en laserskåret boks i en form, der ligner en af et musikinstrument. Jeg tænkte endda på at bruge et kabinet af cigarkasse, men hvis jeg skulle laserskære, kunne jeg lige så godt laserskære noget rart. De vigtigste funktioner, kroppen bør have, er først, alle huller til de nødvendige stik, stik, osv. (Plus en til at føre ledninger til nakkekredsløbet); et større hul på toppen, hvor håndtaget kan glide igennem (som vist i den første video og billeder), og til sidst de to transponerende kontakter placeret i hver ende af glidehullet for at registrere bevægelsen af håndtaget (se den anden video og alle kommentarer på billederne).

Trin 11: Sådan spiller du det

Spille akkorder

Lad os prøve at spille nogle enkle moll- og borgmesterakkorder som forklaret i begyndelsen i afsnittet "Sådan fungerer det". Grundlæggende vil enhver tast, du trykker på i nakken, give dig hovedskalaen for den note på håndtagstasterne. Hvis du også tæller 3 taster op (bevæger sig mod håndtaget) og trykker på den pågældende tast, mens du holder den originale nede, vil du stadig have en skala med den originale note på håndtagstasterne, men denne gang vil det være en mindre skala. Musikuddannede læsere vil forstå (langt bedre end jeg, faktisk), at at trykke den nøjagtige tredje tast op fra enhver note, er det samme som at spille dens mindre tredjedel.

Hvis du heller ikke synes, at 7 toner er nok for dig, kan du blot glide op eller ned i hele håndtaget gennem hovedkroppens glidehul, og du får de samme 7 toner en oktav op eller ned.

Spille akkorder (forklaring for begyndere)

Akkorder er to eller flere toner, der spilles sammen. Tænk på en pianist eller en guitarist, der spiller en flok noter (klavernøgler eller guitarstrenge) én gang på samme tid og lader dem lyde, de synger en lille sætning over det, og så slår de et andet sæt noter og synger en anden sætning. De spiller akkorder og synger en melodi. Dette er essensen af enhver grundlæggende sang. Så hvordan gør vi dette på Synthfonio? enkel. Vil du spille en E -akkord? du trykker bare på E -tasten på nakken, og du affyrer alt, hvad du vil have på håndtagstasterne. Bare rolig, det vil være i harmoni. Hvad med mindre akkorder? (akkorder, hvis navn ender med bogstavet "m" som Am, Em, G#m, C#m osv.) Lad os spille en A -moll -akkord (Am). Vi trykker på A -tasten (se vedhæftede diagram), men vi tæller også tre taster op (bevæger sig mod håndtaget), og vi trykker også på denne tast (i dette tilfælde en C). Dette gør effektivt A -akkorden til en Am -akkord (a -moll).

Afspilning af en sang

Nu, som nogle måske allerede ved, er der masser og masser af 4 akkordsange, der normalt er konstrueret over enkle dur og mindre akkorder. Perfekt. Vi googler “the-song-title akkorder”, finder den vi ønsker (her er et par enkle og enkle eksempler). Hvis en akkord er en vigtig, trykker vi bare på den enkelte tast på Synthfonios hals og spiller alt, hvad du føler i håndtaget. Hvis der vises en mindre akkord i sangen, trykker vi bare på korrespondenttasten og den tredje tast op, og vi er indstillet. Det er det. Du kan bruge håndtagstasterne til at spille akkorder og synge over dem, eller til at spille melodier, arpeggioer osv.

Jeg er i øjeblikket i gang med at indarbejde også forstørrede og formindskede akkorder ved at placere en tredje finger på plads, eller endda bare de to fingre med den anden, der definerer den forstørrede eller formindskede femte.

Dette er et igangværende projekt. I mellemtiden skal du bare blive ved med at lege, eksperimentere og have det sjovt. Jeg tager imod forslag (:

Forskellige skalaer

I øjeblikket genererer håndteringsnøgler den første til syvende note i den deklarerede skala. Jeg brugte denne konfiguration i denne instruerbare for at gøre det let at forstå. Men dette kan let ændres for at generere forskellig skala ved at ændre keyConstructor () -funktionen. Jeg bruger faktisk en pentatonisk konfiguration til håndtaget, for giver mig mulighed for at have rodnoten en oktav op i den samme håndtagglidestilling. I den aktuelle konfiguration skal du skubbe håndtaget op eller ned for at få en note i anden oktav.

Trin 12: Mulige ændringer

Som jeg nævnte i begyndelsen, forsøgte jeg at holde denne vejledning så enkel som muligt, hvilket reducerede projektet til sin mest grundlæggende form. På grund af det udeladte jeg nogle funktioner, jeg tilføjede (eller planlægger at tilføje) på min egen Synthfonio, her er et par af dem:

-MIDI over BLE: Hvis du har et MKR WIFI 1010 -kort, er dette ret let at inkorporere. Dette bibliotek har et meget ligetil midi -eksempel. Du kan tilføje midi -kommandoer fra dette bibliotek til de almindelige MIDI -kommandoer, der kaldes af Synthfonios skitse. Eller, for at spare batteri, skal du tilføje en switch til kun at aktivere bluetooth-funktionerne, når det er nødvendigt (ved hjælp af arduinos afbrydelser og et automatisk nulstillingssystem som dette ville være en god idé).

-PitchBend: Selvom ingen af synthbibliotekerne kan administrere MIDI pitch bend -kommandoer, giver MIDI -biblioteket dig mulighed for at sende dem. Sagen er at beslutte, hvordan den skal kontrolleres. Ethvert potentiometer burde fungere fint, men jeg tænker på mere interessante alternativer, som sensorer! nærhed, lys osv.

Anden pris i instrumentkonkurrencen