The Synthfonio - ett musikinstrument för alla: 12 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Jag gillar synthesizers och MIDI -controllers, men jag är hemsk på att spela tangentbord. Jag gillar att skriva musik, men för att faktiskt spela den musiken måste du ha lärt dig att spela ett instrument. Det tar tid. Tid som många inte har, och som vanligtvis avskräcker dem från att fortsätta träna. Jag försöker ändra på det. Detta projekt är ett försök att förkorta klyftan mellan "Jag skulle vilja lära mig att spela X" och "Jag tycker om att spela X". Jag vet att de flesta av oss drömde, eller fortfarande drömmer om det senare, men fastnade i det förra, och jag vet också det ögonblick då jag kunde utföra och njuta av mina första grundläggande fyra ackordlåtar på gitarr, var det ögonblick jag verkligen började lära mig instrumentet och jag har aldrig gett upp det sedan dess

Vad är det här

Detta är ett lättläst instrument, enkelt att använda, improvisationsorienterat och med en oändlig möjlighet till ljud (som en MIDI -styrenhet). Den har 2 uppsättningar nycklar, en för att definiera ackord och nyckelsignaturer, och en annan för att faktiskt spela noterna. Oavsett vilket ackord som trycks ned i instrumenten kommer halsens tangenter att definiera tonhöjden på tangenterna på instrumenthandtaget, liknande en gitarr, fiol och andra stränginstrument; med det extra förskottet att den här är en smart enhet som kan tolka skalan som spelas från enstaka toner eller par noter.

Hur det fungerar

Enkel. Vill du spela ett E -ackord? du trycker bara på E -knappen på halsen (se diagram på steg 11) och du avfyrar allt du vill ha på handtaget. Oroa dig inte, det kommer att stämma. Du kan använda handtagstangenterna för att spela ackord, melodier och arpeggior i vilken tonalitet du vill, bara genom att trycka på korrespondentknappen på halsen. På samma sätt aktiveras en A -tonalitet för handtagstangenterna genom att trycka på A -knappen på halsen tillsammans med C -tangenten (mindre tredjedel av A).

Detta kan tillåta vilken spelare som helst att utföra en 4-ackords melodi (mest populär musik är 4-ackord), ackompanjemang eller till och med improvisation; med inte mer än några fingrar på plats.

Detta instrument kan fungera som MIDI-controller och jag införlivade en enkel inbyggd synthesizer för att spela utan extern utrustning. Beroende på vilket arduino -kort du väljer att använda kan detta projekt också fungera som en USB MIDI -styrenhet eller MIDI över BLE -styrenhet.

Mina vanliga ansvarsfriskrivningar:- Jag är inte engelskspråkig, så misstag kan ha gjorts. - Dessutom är jag självlärd inom elektronik, kodning och musik, så igen kan det ha gjorts misstag. - Det här är ett "instrument för alla" att spela, inte nödvändigtvis att bygga. Du behöver lite kunskap inom elektronik och kodning för att arbeta med detta projekt.

_

Tillbehör

-En Arduino: Varje arduino ska fungera. Jag rekommenderar ett kort med USB -funktioner, som ATmega32U4 -baserade kort (leonardo, micro, etc.), så att du kan använda det här projektet som en USB MIDI -kontroller. Jag använde en MKR1010, eftersom den också har Bluetooth -funktioner och en sekundär hårdvaruserialport.

-ATmega328 på en brödbräda (tillval): Detta är för den integrerade synthen. Du kan använda en riktig UNO -styrelse, men jag valde ett enklare system.

-Multiplexermoduler: 2 av dem, en för handtagets nycklar och en annan för halsnycklarna.

-Batteriladdarmodul: Jag rekommenderar något liknande den på länken, eftersom den har överladdnings-/urladdningsskydd.

-18650 batteri

-Voltage Step-up Hissmodul: Var försiktig med detta! Se till att modulen du väljer kan ta ingångsspänningar lägre än 5v. Batteriladdarmoduler matas vanligtvis ut runt 4v, och om du matar den spänningen till en stegmodul som inte är klassad för den spänningen kan du få problem. Jag använde en modul som behövde minst 5v ingångsspänning och jag stekte min arduino. (några projekt för återanvändning, återcykling av stekt bräda? Lämna en kommentar)

-1/4 kvinnligt ljuduttag

-10k Stereopotentiometer

-10k potentiometer (x2)

-x2 -omkopplare: Jag rekommenderar de här, men alla omkopplare som håller sin position kommer att göra.

-x14 Taktbrytare: För halsnycklarna.

-x9 Gränslägesbrytare: Handtagsknappar (7) och transponeringsomkopplare (2)

-1k ohm motstånd

-x2 220 ohm motstånd (om du gör 5v MIDI -utgång)

-33 ohm och 10 ohm motstånd (om du gör 3.3v MIDI -utgång)

-Små brödbrädor: Så många du vill! Jag bygger allt på 170 punkts brödbrädor.

-Hopptrådar: Du kan inte ha nog

Varför två separata arduinos ?: Ja, det borde vara möjligt att skriva en enda skiss som kör en digital synth, med USB MIDI, MIDI över BLE och vanliga MIDI -funktioner, på samma tavla. Det borde, kanske är det, men jag kunde inte. Saken är den; de flesta synthbibliotek är gjorda för ATmega328, som inte har USB -funktioner. Å andra sidan gör de få ATmega32U4 -baserade styrelserna (USB -kapacitet) som kör synthbibliotek det med problem. Glöm MIDI över BLE, du behöver något som a MKR1010 för det (såvitt jag har läst kommer en hm-10-modul inte att göra MIDI), men MKR-familjen använder en annan arkitektur och kommer inte ens sammanställa skisser med någon av de synthbibliotek jag har hittat på nätet. Så det är två separata mikrokontroller för mig. Huvudstyrelsen gör alla sensing-, tolknings- och midi -grejer; och en andra för den integrerade synthen, som bara läser mididata från den huvudsakliga och producerar ljud. Enstaka arduino -version (tillval): Ja, om du inte bryr dig om några av de funktioner jag behövde kan du använda bara en enda bräda. Till exempel en enda ATmega32U4 som en USB MIDI -controller med det minst buggiga synthbiblioteket du kan köra på den (ingen MIDI BLE, dock), eller en enda ATmega328 som kör något syntbibliotek du gillar (inget USB MIDI dock).

Steg 1: Anslutningsdiagram

Här är hela diagrammet över projektet. Kom ihåg att du inte behöver använda ett MKR -kort, de flesta korten fungerar, du behöver bara vara medveten om de möjligheter varje kort har (USB -kompatibel, BLE -kompatibel, etc.) och justera spänningen som matas till vin -pin. Låt oss nu se varje avsnitt mer detaljerat:

Steg 2: Anslutningsdiagram: MIDI -styrenhet och multiplexrar

-Jag delade nästan alla stift mellan båda multiplexorerna, för att ännu mer minska antalet använda arduino -stift. Egentligen behöver bara signalstiften i varje multiplexermodul ha en egen dedikerad arduino -pin. Detta arrangemang ger inga problem eller störningar mellan tangenterna, eftersom skissens funktion är linjär och arduino kontrollerar endast en ingång i taget. Vad den andra multiplexern gör eller den andra ingångsstiftet tar emot under denna kontroll ignoreras.

-De två omkopplarna märkta Transponeringsbrytare är gränslägesbrytare som aktiveras genom att skjuta handtaget genom huvudkroppens glidhål (se "handtaget" och "kroppen" -stegen för mer information) och de transponerar alla handtagsnoter en oktav uppåt eller nedåt.

-För volymkontroll använde jag en stereopotentiometer, eftersom vi måste styra två typer av volymer: analog (integrerad synth) och MIDI.

-MIDI -utgångskretsen har motstånd klassade för 3.3v -utgången från mitt MKR -kort. Om du använder ett 5v -kort måste du byta motstånd enligt MIDI -diagrammet i den andra bilden.

Steg 3: Anslutningsdiagram: Synthesizer

-Anslutningen till OSC2 på ATmega328 går (genom en kondensator) till jord på digital stift 5. Jag gjorde detta bara för bekvämlighetens skull, så allt passar fint och nära på brödbrädet. Om du funderar på att göra detsamma, se till att du alltid deklarerar stift 5 som en ingång och aldrig som en utgång.

-Syntbiblioteket jag valde matar ut ljud från stift 11, som visas i mitt diagram. Inte alla bibliotek kommer att använda denna pin, se till att ändra den i enlighet därmed. Jag skulle rekommendera att alltid använda motståndet och locken som filter.

-Jag lade till en strömbrytare på 5v från huvudkortet, så jag kunde stänga av ATmega och spara batteri när jag använde instrumentet som MIDI -kontroller.

Steg 4: Anslutningsdiagram: Strömkälla

-Jag vet, alla MKR-kort har en integrerad Li-Po-laddningskrets. Saken är att jag inte kunde hitta några (prisvärda) lipobatterier med de nödvändiga specifikationerna någonstans i landet jag bor (Chile, Sydamerika) och jag hade redan laddningsmodulen och ett par 18650 liggande runt, så jag plockade upp dem. Dessutom tror jag att de flesta kommer att prova detta projekt med hjälp av mer kommersiellt tillgängliga kort som vanligtvis inte har en laddningskrets.

-Genom, se till att modulen du väljer för att öka batterispänningen kan ta ingångsspänningar lägre än 5v. Batteriladdningsmoduler matar vanligtvis ut runt 4v, och om du matar den spänningen till en stegmodul som inte är märkt för den spänningen kan du steka ditt bräda. Jag gjorde. Två gånger, innan jag visste om detta.):

-Jag rekommenderar att du placerar strömbrytaren före spänningsstegsmodulen, inte efter. Förstår inte riktigt så mycket hur dessa saker fungerar, men jag mäter ström på båda alternativen (omkopplare före och efter) och när jag placerade strömbrytaren efter spänningshissen mätte jag lite ström som läcker från batteriet, även när omkopplaren var av.

Steg 5: Kodidén

Koden kör helt enkelt en konstant kontroll av alla handtagstangenter tills den upptäcker en träff. När det gör det kontrollerar det sedan tangenterna som trycks på nacken, och det tolkar hållningen som görs och därmed musiktonaliteten (om ingen tangent trycks i nacken kommer den sista tonaliteten att vara kvar). Detta kommer att definiera vilken ton handtaget trycks ned kommer att producera. Slutligen kontrolleras de två transponeringsomkopplarna för att transponera noten en oktav upp, oktav ned eller standard oktav; ger instrumentet ett 3 oktavintervall. Baserat på alla dessa variabler producerar Synthfonio korrespondentens midi -kommando.

När det gäller syntkoden, gör som jag gjorde och kopiera och klistra bara skamlöst in”midi in” -exemplet på synthbiblioteket som bäst passar dina behov. Här är några rekommendationer: -The_synth-Mozzi-poly-synth-Noodle-Synth

Åh, om du vill integrera MIDI- och synthfunktionerna i samma kort, skulle jag föreslå den typ av skiss som beskrivs på denna länk.

Steg 6: Koden

Först och främst behöver du följande bibliotek: MIDI -bibliotek: https://github.com/FortySevenEffects/arduino_midi_…Multiplexer -bibliotek:

Om du ska använda ett USB -kompatibelt kort eller MKR 1010 kan du också experimentera med dessa bibliotek: MIDI USB: https://github.com/tigoe/SoundExamples/blob/master…MIDI över BLE:

#omfatta

MIDI_CREATE_DEFAULT_INSTANCE (); #inkludera CD74HC4067 my_mux (4, 3, 2, 1); // skapa ett nytt CD74HC4067 -objekt med sina fyra kontrollnålar #definiera mux_handle_pin 5 // definiera en stift som ska delas med kanalerna från handtagsmultiplexorn #definiera mux_neck_pin 0 // definiera en nål som ska delas med kanalerna från nackmultiplexern // definiera transponeringsomkopplare #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 minorThird; byte handleKeyNote = {0, 48, 50, 52, 53, 55, 57, 59}; byte handleKeyNoteSent = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; int oktav = 0; void setup () {pinMode (LED_BUILTIN, OUTPUT); MIDI.begin (1); // Starta MIDI och lyssna på 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 för att kontrollera varje nyckel (1-7) på HANDTAGET. för (byte i = 1; i <8; i ++) {my_mux.channel (i); // kontrollera varje tangent genom multiplexern // om en omkopplare (tangent) trycks in och om tangentens tillstånd är "inte tryckt" om ((digitalRead (mux_handle_pin) == LOW) && (handleKeyNoteSent == 0)) {delayMicroseconds (2400); // For-Loop för att kontrollera de 12 tangenterna (0-11) på HALSEN. för (byte k = 0; k 0)) {MIDI.sendNoteOff (handleKeyNoteSent , 0, 1); // Stop the note handleKeyNoteSent = 0; // definiera det som "ej skickat" fördröjning (18); }}}} // Denna funktion tar den halsnyckel som identifierats och baserat på den // ställer in rotnotens nummer (i MIDI), // amd anger också numret på noten som skulle vara dess mindre tredje tomrum rootSetting () {switch (neckKeyHolded [0]) {case 12: root = 47; minorThird = 3; ha sönder; fall 1: root = 48; minorThird = 4; ha sönder; fall 2: root = 49; minorThird = 5; ha sönder; fall 3: root = 50; minorThird = 6; ha sönder; fall 4: root = 51; minorThird = 7; ha sönder; fall 5: root = 52; minorThird = 8; ha sönder; fall 6: root = 53; minorThird = 9; ha sönder; fall 7: root = 54; minorThird = 10; ha sönder; fall 8: root = 55; minorThird = 11; ha sönder; fall 9: root = 56; minorThird = 12; ha sönder; fall 10: root = 57; minorThird = 1; ha sönder; fall 11: root = 58; minorThird = 2; ha sönder; standard: root = 48; minorThird = 4; ha sönder; }}} // Den här funktionen ställer in den egentliga noten som handenyckeln ska spela. // den kontrollerar först om transponeringen växlar och transponerar en oktav upp eller ner om det behövs, // den kontrollerar sedan om antalet fingrar i position motsvarar ett dur eller ett mindre ackord (1 eller 2 fingrar). // Slutligen, om 2 fingrar detekterades i position, kontrollerar det om de andra fingrarna är placerade vid // motsvarande mindre tredje ton. Om inte, ignoreras det andra fingret och ackordet // tolkas som ett stort ackord. Om det andra fingret verkligen spelar en mindre trea, kommer funktionen att definiera // de anteckningar handtagstangenterna kommer att utföra. void keyConstructor () {if (digitalRead (transposeUp) == LOW) {octave = 12; } annars if (digitalRead (transposeDown) == LOW) {octave = -12; } annat {oktav = 0; } // stor skala om (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 om (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; }}

Steg 7: Instrumentet (hölje)

Som alltid har jag inte riktigt fullständiga och detaljerade designplaner och mått på projektet. Jag gjorde ändringar, modifieringar och designade saken genom hela processen med att faktiskt bygga den. Och de flesta av dessa förändringar baserades på de material och komponenter som jag hade till hands vid den tiden.

Som sagt, vid det här tillfället har jag mycket mer innehåll och information om designprocessen än i tidigare projekt, eftersom jag använde 3D -utskrift och laserskärningstjänster för att skapa många av delarna. Jag tänkte helt enkelt inte göra alla MDF -mätningar och -skärningar som jag gjorde på min sista maskin. Jag har bifogat filen jag konstruerade för laserskärning av de flesta delarna och 3D -modellen av instrumentet. Var medveten om att alla dessa filer mestadels är samma sak som jag byggde, men det finns skillnader, eftersom jag gjorde många ändringar efter den ursprungliga laserskärningen och 3D -modelleringen. Använd dessa filer som utgångspunkt för ditt projekt, inte som den definitiva mallen.

Var också uppmärksam på de kommentarer jag har skrivit på bilderna i följande steg

Steg 8: Instrumentet: Hals

Detta är i huvudsak ett par långa laserskurna MDF -bitar staplade ovanpå varandra för att skapa en tillräckligt tjock nacke, med tillräckligt med utrymme inuti för taktbrytarna (halsnycklarna) och multiplexermodulen. Och även 14 bitar laserskurna MDF -brädor i form av pianotangenter för att täcka omkopplarna. Brytarna är monterade på perfboard och anslutna till multiplexern.

Steg 9: Instrumentet: Handtag

Detta var den svåraste delen för mig. Jag vet inte om jag helt löser den här delen, men det fungerar ganska bra för åtminstone handen. Den har 7 switchar genom en multiplexer, och den kan glida genom hålet i instrumentets kropp. Ska inte försöka beskriva det, så här är bilderna …

Steg 10: Instrumentet: Kropp

Detta är den enklaste av alla delar, bara en laserskurad låda i en form som liknar en av ett musikinstrument. Jag tänkte till och med att använda ett hölje av cigarrlådor, men om jag skulle laserskära kan jag lika gärna laserskära något snyggt. De viktigaste egenskaperna som kroppen bör ha är först, alla hål för de nödvändiga kontakterna, uttagen etc. (plus en för att mata ledningar till nackkretsen); ett större hål på toppen där handtaget kan glida igenom (som visas i den första videon och bilderna), och slutligen de två transponeringsomkopplarna placerade vid varje ände av glidhålet för att detektera handtagets rörelse (se den andra videon och alla kommentarer i bilderna).

Steg 11: Hur man spelar det

Spela ackord

Låt oss försöka spela några enkla moll- och borgmästarackord som förklaras i början i avsnittet "Hur det fungerar". I grund och botten kommer varje tangent du trycker i nacken att ge dig storskalan för den noten på handtagstangenterna. Om du också räknar upp 3 nycklar (rör dig mot handtaget) och trycker på den tangenten, medan du håller den ursprungliga nedtryckt, kommer du fortfarande att ha en skala med den ursprungliga noten på handtagstangenterna, men den här gången blir det en mindre skala. Musikutbildade läsare kommer att förstå (mycket bättre än jag, faktiskt) att att trycka upp den exakta tredje tangenten från vilken ton som helst, är samma sak som att spela dess mindre trea.

Om du inte känner att 7 toner är tillräckligt för dig kan du helt enkelt skjuta upp eller ner hela handtaget genom huvudkroppens glidhål, och du har samma 7 toner en oktav upp eller ner.

Spela ackord (förklaring till nybörjare)

Ackord är två eller flera toner som spelas tillsammans. Tänk på en pianist eller en gitarrist som spelar en massa noter (pianotangenter eller gitarrsträngar) en gång samtidigt och låter dem låta, de sjunger en liten fras över det, och sedan slår de en annan uppsättning toner och sjunger en annan fras. De spelar ackord och sjunger en melodi. Detta är kärnan i alla grundläggande låtar. Så hur gör vi detta på Synthfonio? enkel. Vill du spela ett E -ackord? du trycker bara på E -knappen på halsen och du avfyrar allt du vill ha på handtaget. Oroa dig inte, det kommer att vara i harmoni. Vad sägs om mindre ackord? (ackord vars namn slutar med bokstaven "m" som Am, Em, G#m, C#m, etc.) Låt oss spela ett a -moll -ackord (Am). Vi trycker på A -tangenten (se diagrammet bifogat) men vi räknar också tre tangenter uppåt (rör oss mot handtaget) och vi trycker också på den tangenten (i detta fall ett C). Detta förvandlar effektivt A -ackordet till ett Am -ackord (a -moll).

Spelar en låt

Nu, som vissa kanske redan vet, finns det massor av 4 ackordsånger, vanligtvis konstruerade över enkla dur- och mollackord. Perfekt. Vi googlar “the-song-title chords”, hittar det vi vill ha (här är några enkla och enkla exempel). Om ett ackord är ett stort tryck bara på den enda tangenten på Synthfonios hals och spelar allt du känner i handtaget. Om ett mindre ackord visas i låten trycker vi bara på korrespondentknappen och den tredje tangenten uppåt, och vi är inställda. Det är allt. Du kan använda handtagstangenterna för att spela ackord och sjunga över dem, eller för att spela melodier, arpeggior, etc.

Jag håller för närvarande på att införliva också förstorade och minskade ackord, genom att placera ett tredje finger på plats, eller till och med bara de två fingrarna med det andra som definierar den förstorade eller minskade femman.

Detta är ett pågående projekt. Under tiden är det bara att fortsätta spela, experimentera och ha kul. Jag tar emot förslag (:

Olika skalor

För närvarande genererar hanteringsnycklar de första till sjunde noterna i den deklarerade skalan. Jag använde denna konfiguration i denna instruerbara för att göra den lätt att förstå. Men detta kan enkelt ändras för att generera olika skalor genom att ändra funktionen keyConstructor (). Jag använder faktiskt en pentatonisk konfiguration för handtaget, för tillåter mig att ha rotnoten en oktav uppåt i samma handtagets glidläge. I den nuvarande konfigurationen måste du skjuta handtaget uppåt eller nedåt för att ha någon anteckning i annan oktav.

Steg 12: Möjliga ändringar

Som jag nämnde i början försökte jag hålla denna handledning så enkel som möjligt, vilket reducerade projektet till dess mest grundläggande form. På grund av det utelämnade jag några funktioner som jag lade till (eller planerar att lägga till) på min egen Synthfonio, här är några av dem:

-MIDI över BLE: om du har ett MKR WIFI 1010 -kort är detta ganska enkelt att införliva. Detta bibliotek har ett mycket rakt fram midi -exempel. Du kan lägga till midi -kommandon från det biblioteket till de vanliga MIDI -kommandon som anropas av Synthfonios skiss. Eller, för att spara batteri, lägg till en omkopplare för att aktivera Bluetooth-funktionerna endast vid behov (med hjälp av arduinos avbrott och ett system för automatisk återställning som den här skulle vara en bra idé).

-PitchBend: Även om inget av synthbiblioteken kan hantera MIDI pitch bend -kommandon, tillåter MIDI -biblioteket dig att skicka dem. Saken är att bestämma hur man ska kontrollera det. Varje potentiometer borde fungera bra, men jag funderar på mer intressanta alternativ, som sensorer! närhet, ljus etc.

Andra pris i instrumenttävlingen