Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Kategoria: Kamery IP / Alarmy / Automatyka Bram
Montersi
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI

ghost666 21 Kwi 2017 23:49 6321 2
  • Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI
    Autor przedstawionego poniżej projektu zmierzył się z zadaniem skonstruowania cyfrowej perkusji z wyjściem MIDI. Układ taki wykorzystywany jest przez wielu perkusistów do ćwiczeń lub też uzyskiwania nowych brzmień. Dzięki niemu możliwe jest podpięcie padów perkusyjnych z wyjściem analogowym do syntezatora, samplera lub komputera - dowolnego urządzenia wyposażonego w port MIDI.

    Kroki przedstawione poniżej to w zasadzie wszystkie zadania, jakie trzeba zrealizować, aby skonstruować taki system. Autorowi konstrukcji opracowanie i zmontowanie całego urządzenia zajęło około trzech miesięcy pracy wieczorami i w weekendy. Koszt układu zamknął się w około 60 dolarach (ok 250 zł).

    Kompletna dokumentacja - schematy, wartości elementów, projekt PCB i oprogramowanie urządzenia dostępne są u autora, wystarczy napisać e-mail.

    Krok 1: Co to robi i do czego służy?










    Z jednej strony urządzenie to wcale nie jest nowatorskie - tego rodzaju systemy dostępne są komercyjnie od dawna. Z drugiej strony szereg rozwiązań wykorzystanych w układzie jest całkiem nowatorskie. Być może ktoś będzie chciał wykorzystać te rozwiązania w swoim układzie.

    Dodatkową zaletą układu jest niska cena urządzenia - dostępne komercyjnie cyfrowe perkusje są drogie, a taki tani system może umożliwić wielu początkującym perkusistom ćwiczenie czy poszukiwanie nowych brzmień.

    Urządzenie zostało zmontowane z ogólnodostępnych elementów elektronicznych, co pozwoli każdemu na zmontowanie podobnego. Autor musiał jedynie dorobić część elementów mechanicznych do systemu, głównie do padów.

    Kontroler wyposażony jest 16 wejść analogowych dla sensorów piezoelektrycznych oraz 14 wejść dla zwykłych, dyskretnych przełączników. Wszystkie 30 wejść wyprowadzone jest na przedni panel urządzenia. Konfiguracja kanałów analogowych i dyskretnych wejść jest stała i ie można jej zmieniać, ale jak zauważył autor nie było takiej potrzeby.

    Na tylnym panelu urządzenia odnaleźć możemy gniazdo MIDI, gniazdko zasilania (230 V) oraz włącznik. System podpięty jest do komputera poprzez mostek MIDI-USB, co umożliwia komunikację pomiędzy perkusją a programem w komputerze, pełniącym rolę syntezatora.

    Kontroler USB wykorzystuje standard General MIDI z prędkością transmisji wynoszącą 31250 bitów na sekundę.

    Krok 2: Potrzebne elementy

    Do konstrukcji urządzenia nie będziemy potrzebowali zbyt wielu rzeczy. Potrzebne będą oczywiście narzędzia do polutowania płytki drukowanej, a dodatkowo przyda się wiertarka do wykonania otworów w panelach urządzenia.

    Płytka drukowana zaprojektowana została w Altium Designerze, a wykonana wykorzystując metodę opisaną Link , ale można wykorzystać dowolną inną metodę.

    Krok 3: Wykonanie kontrolera perkusji

    Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI


    Montaż systemu rozpoczynamy od zlutowania płytek kontrolera. Pierwsza z nich zawiera mikrokontroler i inne potrzebne elementy cyfrowe i analogowe oraz sekcję zasilania. Z kolei druga płytka zawiera na sobie wszystkie złącza RCA (chinch) jakie wykorzystane są do podłączenia źródeł sygnałów wejściowych. Obie płytki drukowane połączone są ze sobą kawałkami płaskiej taśmy (kabla).

    Krok 4: Źródła wyzwalania dla kontrolera

    Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI


    Tak jak opisano powyżej kanały są rozróżnione na dwa rodzaje: dla wejść sensorów piezoelektrycznych oraz przełączników.

    Sensory piezoelektryczne wykorzystywane są do przekształcania energii wibracji w sygnał elektryczny wyzwalający dany kanał. Przełączniki wykorzystane są do kontroli pedałów, takich jak wykorzystywane do Hi-Hata, czy do kontroli stanu tłumików wykorzystywanych przy niektórych elementach zestawu perkusyjnego.

    Przetworniki piezoelektryczne montowane są do poszczególnych elementów zestawu perkusyjnego, podobnie jak przełączniki. Można je także zamontować do padów, takich jak pokazane na zdjęciu. Sensory przymocowane są do stalowych kątowników z pomocą kleju, a każdy z kątowników przymocowany z pomocą dwóch śrub do pada perkusyjnego. Montaż kątownika do pada musi być możliwie sztywny, aby nie tłumić przenoszenia wibracji z pada do sensora piezoelektrycznego. Dlatego też problemem okazało się klejenie tego elementu do kątownika. Wreszcie klej marki Lacrysil (ale sprawdzi się tutaj każdy odpowiednio wytrzymały i przylegający klej, który jednocześnie jest elastyczny).

    Sensory piezoelektryczne podłączone są kablem mikrofonowym do wejścia. Kabel umocować można dodatkowo do sensora z pomocą kleju na gorąco, lub przycisnąć go podkładką. Długość kabli wyniosła w systemie 1,7 metra, co pozwala w wygodny sposób podłączyć wszystkie pady do kontrolera. Z drugiej strony kabel z sensora zakończony jest wtyczką RCA. Podobnie wykonane zostały kable do przełączników, też zakończone są wtyczkami RCA.

    Pady perkusyjne wykonane powinny być z twardego i gęstego materiału, aby były wytrzymałe i nie tłumiły wibracji akustycznych. Na temat dobierania tego materiału i konstrukcji padów wiele napisano w internecie, więc nie ma sensu tego powielać.

    Krok 5: Oprogramowanie komputerowe i komunikacja z kontrolerem

    Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI


    Kontroler testowany był ze zwykłym notebookiem, na którym zainstalowane było oprogramowanie FL Studio z pluginem VST Addictive Drums.

    Jeśli chcemy skonfigurować system do współpracy z kontrolerem musimy wpisać w nim komendy MIDI, jakie podaje urządzenie. Kontroler na początku wysyła do komputera specjalny kod Yamahy, jak pokazano na drugim obrazku. Jest to specjalny kod MIDI SysEx, który pozwala na emulację zestawów perkusyjnych Yamahy. Zaczyna się od 0xF) a kończy oxF7. Kolejne kody zaczynają się od 0xCA i kończą na 0x5F. Dodatkowo, zgodnie z specyfikacją MIDI co 300 ms kontroler powinien wysyłać do komputera komunikat 0xFE. Dzięki temu kontroler dopasowany jest do konkretnych dźwięków na klawiaturze syntezatora Yamahy.

    Kontroler podłączony jest do komputera poprzez zwykły mostek USB-MIDI.

    Krok 6: Montaż

    Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI


    Montaż urządzenia rozpoczynamy od polutowania elementów na płytce drukowanej. Po jej zlutowaniu można przetestować układ i przystąpić do montażu elementów na tylnym panelu. Następnie polutować możemy drugą płytkę i zamontować je obie w obudowie i na przednim panelu układu, jak pokazano na zdjęciach.

    Podczas testowania i uruchamiania układu największym wyzwaniem okazało się precyzyjne ustawienie wzmocnienia w części analogowej każdego kanału. Sensory piezoelektryczne, takie jak pokazane w opisie projektu, przy silnym uderzeniu osiągają na wyjściu amplitudę kilku woltów. Częstotliwość rezonansowa takiego elementu to około 4 kHz.

    Amplituda i częstotliwość sygnału wyjściowego z elementu piezoelektrycznego może zmieniać się zależnie od tego do czego jest przymocowany, jak uderzony etc Z uwagi na to, każdy obwód wejściowy wyposażony jest w w trymer w pętli sprzężenia wzmacniacza, tak aby możliwe było dostosowanie wejścia do amplitudy z konkretnego sensora. Aby to zrobić należy ustawić wzmocnienie z podłączonym sensorem tak, aby był on dostatecznie czuły, zależnie od naszych padów, stylu gry etc.

    W celu przygotowania padów sensor przyklejony został wspominanym klejem do stalowego kątownika i pozostawiony na 36 godzin do wyschnięcia. W tym czasie można było przylutować przełączniki wmontowane w poszczególne element zestawu perkusyjnego i wtyczki RCA.

    Kątowniki z sensorami mocowane następnie były do różnych materiałów w celu wybrania optymalnego. Najlepsza okazała się konstrukcja z rdzeniem z płyty pilśniowej pokryta gumą o grubości 3 mm. Kątownik z sensorem został przykręcony do tego pada wkrętami do drewna.

    Krok 7: Testy

    Kontroler perkusji elektronicznej z wyjściem MIDI


    Stworzenie oprogramowania do tego urządzenia okazało się dosyć problematyczne. Głównym utrudnieniem była konieczność próbkowania dużej liczby kanałów analogowych i cyfrowych w sposób zupełnie równoległy.

    Do zbierania informacji z kanałów analogowych wykorzystano dwa wbudowane w wykorzystany mikrokontroler przetworniki ADC, które próbkują z swoją maksymalną częstotliwością równą 1 MHz. Oznacza to, że każdy kanał odczytywany jest co około 15 mikrosekund. Procesor, poza zbieraniem i analizowaniem danych z wejść analogowych i cyfrowych ledwo ma czas na komunikację poprzez MIDI. Wykorzystany układ - STM32F103RET6 działa w tym układzie z maksymalnym obciążeniem i w zasadzie nie ma już wolnych zasobów na realizację bardziej złożonych zadań. Jeśli chcemy realizować bardziej złożone operacje konieczny jest mocniejszy procesor.

    Wykorzystany układ STM32F103 wyposażony jest w timer sprzętowy z czterema kanałami. Jako że perkusista posiada dwie nogi i dwie ręce, to wszystkie cztery zaprogramowane akcje wykonać muszą się jednocześnie.

    Jedyną operacją jaką wykonuje podczas analizy sygnału układ, to obliczanie tego jak "mocno" uderzony został pad. Autor początkowo chciał ten parametr szacować na podstawie maksymalnej amplitudy, jednakże okazało się, że ma ona niewielką korelację z tym jak mocno uderzono pad. Dużo lepszy rezultat dało wyznaczanie siły uderzenia z wartości RMS całego przebiegu sygnału, dla wszystkich częstotliwości na wejściu.

    Wartość siły uderzenia (napięcie RMS sygnału na wejściu) konwertowane jest do wartości od 0 do 128 i wysyłana w postaci komunikatu MIDI. Dzięki temu syntezator może reagować nie tylko na to jaki pad został uderzony, ale też jak mocno.

    Krok 8: Uruchamianie układu

    Podczas uruchamiania układu możemy napotkać szereg problemów. Oto jak poradzić sobie z najprostszymi z nich.

    Podczas pierwszego uruchamiania systemu zauważyć można, że wejścia układu są bardzo czułe - wyzwala je nawet dotyk dłonią. Dobrze jest dodać oporniki równolegle z wejściem, aby rozwiązać ten problem.

    Układ wykorzystuje ośmiokanałowy multiplekser do przełączania się pomiędzy kanałami co 15 mikrosekund. Pamiętać musimy jednakże, że sygnał na wyjściu multipleksera potrzebuje trochę czasu do stabilizacji, dlatego też możemy digitaliować ego wyjście dopiero chwilę po przełączeniu układu. Czas ten możemy wyczytać z karty katalogowej układu.

    Źródło: http://www.instructables.com/id/Electronic-Drum-MIDI-Controller/


    Fajne!
  • #2 22 Kwi 2017 03:07
    Chrusta
    Poziom 22  

    Ja polecam www.megadrum.info .
    Projekt na atmedze32, dwie zgrabne płytki, same elementy przewlekane. Oprócz Atmegi są jeszcze tylko cztery 4051. Ewentualnie jeszcze PIC jak ktoś chce USB. Taniocha. Wykonałem i działało super, czułość można uzyskać kapitalną, a do tego bogate menu konfiguracyjne już z poziomu kontrolera. Jeśli się nic nie zmieniło, to aktualnie autor chce jakąś drobną sumę za zaprogramowaną atmege z bootloaderem, ale jest też trochę starsza wersja wsadu którą można sobie wgrać samemu.

  • #3 23 Kwi 2017 12:31
    Tremolo
    Poziom 43  

    Dla mnie bomba na scenie i w studio. Normalnie na scenie można podpiąć perkusistę do miksera i wtedy słychać go równo z resztą zespołu i można go ładnie ustawić. Na pewno tak robiliśmy stopę. Dawało to lepsze rezultaty niż mikrofon do środka. Stopa i werbel, talerze i tak słychać wszędzie. No i można sobie zmieniać zestawy perkusyjne w programie w zasadzie i wzajemnie ich siłę sygnału (proporcje między kotłami a werblem itp). W barach czy jakichś kiepskich akustycznie pomieszczeniach to powinno robić robotę.

 
Promocja -20%
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
tme