MIDIficare un organo elettronico: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo tutorial ti guida nel prendere quel vecchio organo elettronico non amato che hai nel tuo garage o nel seminterrato e convertirlo in un moderno strumento musicale. Non ci soffermeremo troppo sui dettagli del particolare organo che possiedi, se non per dire che fondamentalmente la tipica tastiera musicale è un insieme di tasti che si collegano quando premuti a un bus comune. Nel vecchio mondo, accanto ai tasti, esisteva una notevole circuiteria che faceva passare un'uscita sul bus, che a sua volta veniva amplificato e trasmesso a un sistema audio. Oggi la tastiera è un insieme di sensori; leggiamo lo stato dei singoli tasti e inviamo le modifiche a un sintetizzatore software, che è guidato da comandi MIDI.

L'istruzione copre gran parte del processo coinvolto, dalla raccolta dello stato digitale delle chiavi, alla sua gestione con un microprocessore Arduino, alla creazione di un flusso di dati MIDI e al suo passaggio a un computer (incluso Raspberry Pi) che esegue il sintetizzatore.

Passaggio 1: la tastiera astratta

Quanto segue rappresenta un organo elettronico astratto, in cui ogni riga è un insieme di tasti o arresti o altri interruttori di controllo. Le voci della colonna 0 rappresentano i singoli tasti e il - un bus a cui è collegato il tasto quando viene premuto. Il grande manuale a 61 tasti potrebbe essere la prima riga, il manuale Swell la seconda riga, i pedali il terzo e gli stop ecc. il quarto. Le righe contengono in realtà 64 elementi a causa del suo significato digitale come potenza di 2 oltre 61. All'interno delle righe della tastiera, i tasti seguono la normale convenzione musicale con C a sinistra.

Bus 0 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0……………….. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Bus 1 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0……………….. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Bus 2 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0……………….. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Bus 3 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0……………….. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Ogni bus è indipendente e isolato elettricamente dai suoi pari. I primi 8 elementi sono evidenziati in grassetto, con 8 di questi blocchi nella disposizione sopra. Il passaggio successivo descrive in dettaglio un circuito stampato che opera sugli elementi in grassetto e gli altri 7 blocchi di essi.

Le chiavi sono state rappresentate come 0 sopra. Possiamo andare un po' oltre e dire che un tasto è un 1 digitale quando viene premuto e 0 altrimenti. E le chiavi possono essere convenzionali bemolle bianche o diesis neri, o pedali d'organo, o registri d'organo, o un banco di interruttori rotanti che potrebbero darci un tono di sassofono. Consideriamo semplicemente lo strumento come un insieme di interruttori su un insieme di bus ed essenzialmente un flusso digitale di 0 e 1.

Passaggio 2: cablaggio dalle tastiere

Per facilitare il cablaggio delle tastiere, è stato realizzato un circuito stampato utilizzando Eagle CAD. La sua dimensione è di circa 96 mm X 43 mm e ne servono 8, che si estendono sul retro dei gruppi della tastiera dell'organo.

Diamo un'occhiata a questo circuito stampato (PCB) in dettaglio. L'immagine a sinistra è la parte anteriore del PCB su cui sono montati i componenti e la destra è la sua parte posteriore dove saldiamo i componenti.

In primo luogo, i componenti 2X3 in alto sono destinati a connettersi ai tasti sopra, con i due collegamenti superiori bus 0 e 1, la coppia successiva 2 e 3 e la coppia inferiore anche i bus 2 e 3. È stato riscontrato che un PCB L'intestazione 2X3 era abbastanza rigida da ospitare il cavo di collegamento a filo singolo dai tasti semplicemente inseriti nell'intestazione, simile al cablaggio dello scudo Arduino. Il cavo di collegamento che ho usato è stato recuperato dall'organo originale; ha un diametro di 0,75 mm.

Quindi ogni intestazione 2X3 contiene una colonna dei tasti evidenziati in grassetto o, in termini generali, una nota. La scheda richiede quindi 8 di queste intestazioni. L'immagine contiene una di queste intestazioni femminili in alto a sinistra. La sezione centrale della scheda è popolata da 32 diodi (1N4148 o simili), ciascuno corrispondente ad uno degli ingressi rossi. La polarità del diodo è quella indicata sulla scheda, con il catodo (banda nera) all'estremità superiore della scheda. Un singolo diodo è illustrato in posizione 4. Infine, un singolo header maschio 2X5 popola la sezione più bassa della scheda. I suoi 2 pin superiori non sono collegati. Il pin 1 si trova nell'angolo in basso a destra e si collega ai 4 diodi più a sinistra, il pin 2 ai diodi 5-8 e infine 29-32 si collega al pin 8. L'intestazione può essere tagliata da una sezione DIL più lunga, come illustrato su il bordo. Il cablaggio tra i vari componenti avviene all'interno del PCB stesso, con la sola saldatura richiesta dei diodi e dei collettori.

8 di queste schede complete sono montate immediatamente sotto i manuali utilizzando i fori di montaggio forniti, che si estendono comodamente attraverso l'organo. La funzione di questa scheda è quindi quella di prendere un blocco di 8 chiavi su 4 bus, e presentarlo ad un header maschio a cui verrà collegato un cavo piatto a 10 vie per il trasferimento allo stadio successivo. Il design della scheda può essere scaricato dal file zip fornito.

Passaggio 3: consolidamento delle uscite della tastiera in registri a scorrimento

Sono necessari altri due PCB, come mostrato sopra. Sono conosciuti come DIN R5 e sono popolari nel mondo MIDI, sebbene forniscano semplicemente una funzione di registro a scorrimento. Innanzitutto nella sezione orizzontale superiore, puoi vedere 4 connettori maschio 2X5, che si collegano tramite cavo piatto alla controparte 2X5 sulle 8 schede sopra. Abbiamo bisogno di due schede DIN per ospitare i nostri 8 cavi di questo tipo.

Più in basso nella scheda ci sono i chip IC che formano un registro a scorrimento a 32 bit e infine ci interessano 2 ulteriori intestazioni 2X5, una delle quali (J2) si collega a ulteriori schede DIN (la nostra seconda) e l'altra J1 a il nostro microprocessore Arduino o simile ad Arduino.

Per riassumere, abbiamo -

• Fino a 4 bus di 64 chiavi che si alimentano in
• 8 schede da 32 ingressi, 8 uscite per bus
• queste 64 uscite che alimentano 2 registri a scorrimento a 32 bit
• il microprocessore Arduino passerà attraverso i bus

Passaggio 4: mettere insieme l'hardware

Le connessioni tra Arduino, le due schede DIN e i cavi a nastro del complesso di tasti dell'organo sono illustrate nella figura sopra. Si noti che il J2 del secondo DIN viene lasciato vuoto.

I connettori utilizzano la tecnologia IDC (contatto di spostamento dell'isolamento) e i fili non devono essere spellati o separati. Si applicano al cavo con uno strumento di compressione disponibile presso gli hobbisti. A sinistra l'estremità del cavo crimpato può essere rifinita con una lametta; al centro la parte inferiore del connettore prevede una presa femmina 2X5; e a destra una vista dall'alto del connettore.

Le schede DIN e le schede PCB personalizzate sono state fissate alla falegnameria dell'organo utilizzando viti per legno in ottone a testa tonda e distanziali. Una vista parziale delle schede PCB personalizzate montate nell'organo è raffigurata sopra. I cavi di collegamento superiori collegano gli arresti oi controlli alle schede e la massa a sinistra viene emanata dai pedali. Infine, la rimozione dei generatori di suono e di altre funzioni assortite dell'organo originale ha permesso di riutilizzare il vuoto del mobile per la conservazione del vino.

Passaggio 5: il complesso Arduino

Verrà ora discusso il complesso Arduino visto a sinistra delle due schede DIN sopra. Consiste di tre strati distinti, interconnessi come shield Arduino. I PCB che compongono gli strati sono casualmente colorati di Blu, Verde e Rosso.

Lo strato blu (in alto) è uno scudo prodotto da Freetronics, che fornisce un display a caratteri a cristalli liquidi 16X2. (2 righe di 16 caratteri). Non è strettamente indispensabile, ma è estremamente utile per verificare il funzionamento di tastiere, pedali e registri. È guidato dalla libreria LiquidCrystal e altre varianti hardware potrebbero essere facilmente sostituite.

Lo strato rosso (in basso) è un Teensy 3.2 montato su una tavola Sparkfun Teensyduino. Il Teensy offre supporto MIDI diretto e si comporta come un Arduino UNO. Quindi, l'utilizzo di Teensy consente di risparmiare componenti a valle. La connessione per l'alimentazione (5V 2A) è in basso a sinistra e il connettore USB che supporta l'uscita seriale o MIDI al centro a sinistra. Le intestazioni sui bordi superiore e inferiore forniscono funzionalità di scudo Arduino standard.

Il livello verde (interposto tra blu e rosso) è una scheda PCB personalizzata. Il suo scopo è in generale di supportare bit e pezzi come il collegamento alle schede DIN e di ridurre il cablaggio esterno. Alcune delle sue funzionalità sono ridondanti. Include alcuni circuiti per supportare il MIDI tramite un Arduino UNO standard. Fornisce inoltre un'intestazione maschio 2X5 per il collegamento del cavo a nastro all'intestazione J1 sulla prima scheda DIN. Altre funzionalità includono il supporto per il controllo del volume; l'organo originale utilizzava un potenziometro (pentola) da 10K guidato da una scarpa.

Le quattro intestazioni orizzontali forniscono la connettività standard dello shield Arduino alla scheda Teensy sottostante e al display a cristalli liquidi. L'impronta che ricorda una stazione degli autobus nell'angolo in basso a sinistra è un residuo e la lunga intestazione verticale a sinistra fornisce connettività ai quattro bus, controllo del volume e massa.

La scheda personalizzata è stata sviluppata utilizzando Eagle CAD e i file zip del complesso Gerber inviati ai produttori di PCB sono disponibili nel file zip PCB2.

Passaggio 6: il software Arduino

Il software è stato originariamente sviluppato per un Arduino UNO, ed è stato successivamente modificato con pochissime modifiche per utilizzare il Teensy. L'utilizzo dei pin è rimasto invariato.

Il display a cristalli liquidi utilizza una mezza dozzina di pin e si è deciso di utilizzare i pin analogici in modalità digitale per ottenere un blocco di pin adiacenti per i bus. Il controllo del volume utilizza un altro pin analogico in modalità analogica.

Gran parte del software si occupa della lettura dei singoli tasti di tastiera, pedale e stop abilitando a turno ciascun bus e facendo marciare i valori dei bit fuori dai registri a scorrimento forniti dalle schede DIN.

L'ambiente a valle include tipicamente un processore che esegue Windows, o UNIX o Linux e un sintetizzatore software come FluidSynth, che a sua volta potrebbe essere gestito da jOrgan. FluidSynth è infine guidato da uno o più Soundfont, che specificano quale suono viene generato quando viene ricevuto un particolare comando MIDI. C'è qualche analogia con i caratteri di elaborazione testi. Per la tastiera e i pedali, un cambiamento rispetto alla scansione precedente provocherà la generazione di una sequenza MIDI Note On o Note Off. Il tasto più a sinistra è MIDI 36 e si incrementa sulla tastiera. L'indice del bus fornirà facilmente l'ambito per il numero del canale MIDI. Per i tasti di arresto, vengono generate sequenze di controllo del programma MIDI, oppure potrebbe essere sensato generare Note On/Off e lasciare che jOrgan o un software MIDI downstream simile interpreti, regoli ed espanda. Qualunque sia la strada intrapresa, la decisione finale è imposta dalla definizione dei Soundfont a valle. Il software è stato utilizzato in vari modi per generare MIDI tramite USB su Windows che gestisce l'applicazione Wurlitzer e FluidSynth, e su un Raspberry Pi che esegue FluidSynth e un Soundfont General MIDI. Questa descrizione è certamente abbozzata, ma chiunque abbia familiarità con l'ambiente Arduino o C non avrà difficoltà a modificarlo per i propri scopi; esiste una documentazione interna ragionevole e una modularità ragionevole.

Il software Arduino è contenuto in organino.zip.