Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Licencja Pulsonix
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Klawiatura nożna do organów

mdziewie 10 Lut 2010 21:23 19505 26
  • Klawiatura nożna do organów

    Witam wszystkich,
    chciałbym zaprezentować moją ostatnią konstrukcję (z tych hobbystycznych). Jest to 25-klawiszowa nożna klawiatura MIDI do organów elektronicznych. Zbudowałem ją dla młodszego brata, parającego się graniem na instrumentach, po pobieżnym przeanalizowaniu rynku i stwierdzeniu, że kupować nie warto ...
    Podstawowym elementem urządzenia jest solidne pudło wraz z klawiszami (wszystko, łącznie z elastycznym zawieszeniem klawiszy, wykonane ze sklejki). Elastyczne zawieszenie eliminuje konieczność stosowania jakichkolwiek sprężyn, a także, w przeciwieństwie do zawiasów, nie ma żadnych luzów. Aby klawisze nie miały tendencji do przesuwania się i skręcania, po ich bardziej ruchomej stronie (czyli z przodu) zrobiłem prowadnice z aluminiowych rurek. Wszystko widać na poniższych obrazkach.

    Klawiatura nożna do organów Klawiatura nożna do organów Klawiatura nożna do organów Klawiatura nożna do organów

    "Elektronikę" stanowi 25 muzealnych mikroprzełączników i baaardzo prosty kontroler.
    Kontroler jest na tyle prosty, że nigdy nie powstał jego schemat (do odtworzenia, gdyby ktoś był bardzo zainteresowany). Sercem sterownika jest mikrokontroler ATMEGA88, uzupełniony o odbiornik i nadajnik MIDI (szczegóły ich budowy znajdują się w dołączonym pliku; plik krąży gdzieś w "przyrodzie", ale go załączam dla lepszej dostępności). Skanowanie klawiatury odbywa się matrycowo (4 x 8), z diodą w każdym kanale (nie ma problemów z naciskaniem wszystkich klawiszy jednocześnie). Ze względu na jednostkowość produkcji i zawodowe obrzydzenie do projektowania płytek, całość zrobiłem na płytce uniwersalnej.

    Klawiatura nożna do organów Klawiatura nożna do organów

    Tu jedno zdanie samokrytyki: mechanizm wciskania mikrowyłączników, który widać na obrazku, jest bardzo prosty, ale beznadziejny. Kątowniki z PCV, które w zamierzeniu miały sprężynować i chronić styki przed przeciążeniem, po pewnym czasie po prostu się łamią. Trzeba je będzie wymienić na coś mądrzejszego.

    Całość jest zaprogramowania w języku C pod AVR Studio. Kodu źródłowego dla mikrokontrolera nie dołączam, bo i tak nie ma on żadnej wartości bez schematu (do udostępnienia, jeśli ktoś będzie bardzo chciał). Pocieszę, że jest równie trywialny jak warstwa fizyczna elektroniki (może by się trochę skomplikował, gdybym oprogramował wejście MIDI).

    Wykonanie wszystkiego zajęło mi mniej więcej 3 weekendy: dzień na zlutowanie elektroniki, trzy dni na mechanikę, dwa na oprogramowanie i uruchomienie.
    Cena całości mieści się w granicach 100 zł za elektronikę, kable, gniazdka itd. (mikrowyłączniki miałem gratis) plus ok. 250 zł za sklejkę i aluminium (łącznie z ławeczką i widocznym na pierwszym zdjęciu stojakiem).

    Na koniec bardzo przepraszam, że nie umieszczam szczegółowej dokumentacji, której nie ma, ale zainteresowanym postaram się odpowiedzieć na wszystkie pytania.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Licencja Pulsonix
  • #2
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #3
    mdziewie
    Poziom 18  
    Klawiatura jest skanowana z częstotliwością około 1 kHz (piszę: około, bo z lenistwa nie użyłem timera, tylko programowego opóźnienia). Wartość jest arbitralna, dużo poniżej możliwości procesora i w zasadzie można ją dowolnie zmieniać - tyle, że częstotliwości powyżej ok. 1300 Hz są bezsensowne, bo zaczynamy się opierać o przepustowość MIDI.

    Co do układów MIDI - tam nie ma układów MIDI:) Nadajnik zrobiony jest na jednej bramce TTL (zabytkowy UCY7400 widoczny na zdjęciu płytki). W odbiorniku jest jakiś transoptor znaleziony w szafie. Wszystko tak, jak w dołączonym dokumencie "Midi and the AVR).

    Pozdrawiam.
  • #4
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #5
    mdziewie
    Poziom 18  
    O,tu znalazłem plik:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=6540147#6540147
    Drugi raz nie chciało go dodać:)

    Ważone klawisze i potencjometry są w przypadku pedału co nieco bez sensu, bo organy generalnie nie mają dynamiki. Kosztowność zdaje się wynikać raczej z faktu wąskiego grona adresatów.
  • #6
    phrozen
    Poziom 20  
    Po pierwsze chciałem bardzo pochwalić projekt, siedzę w branży muzycznej ze względu na współprowadzony przez mojego tatę sklep muzyczny i mam styczność z różnymi gadżetami.
    Wiem jak ciężko i niestety drogo zakupić taką nożną klawiaturę, praktycznie jedyne grono użytkowników to organiści kościelni i hobbiści.

    Najchętniej bym opierniczył za uniwersalną ale jeśli masz aż takie anty podejście do trawienia to się wstrzymam :]

    Takie pytanie, czy uchwyt pod klawisz nie chybocze się? Nie ma problemów ze stabilnością? Bo ten Hammond nie należy do najlżejszych.

    Pozdrawiam serdecznie
  • #7
    VSS
    Poziom 21  
    co do styków to proponuję transoptory szczelinowe. wystarczy kątowniczek na pedale obrócić o 90 stopni a do obecnie trzymającego stycznik przykręcić transoptor
  • #8
    andk1eltd
    Poziom 35  
    B2 Unitry miały klawiaturę nożną na przełącznikach. Swojego czasu dużo tego sprzętu zakupywały wszelkie Domy Kultury. Nikt prawie tego nie używał (mało kto potrafił:D) i klawiatura lądowała w jakiejś pakamerze lub piwnicy. Jak pamiętam w moich rodzinnych stronach B2 z Gminnego Ośrodka Kultury były zezłomowane z 10 lat temu - ktoś wziął za bezcen - a nożna klawiatura była może ze dwa razy rozpakowana.
  • #9
    mdziewie
    Poziom 18  
    Dzięki za wszystkie komentarze,

    co do uchwytu - rzeczywiście, XK-1 swój ciężar gatunkowy ma:) Buja się mniej więcej tak samo jak na stojaku zakupionym w sklepie, więc jest w normie;) Niemniej, rzeczywiście zamierzam go nieco wzmocnić drugą parą nóżek, kończących się na podstawce od dolnej klawiatury (czyli tu, gdzie teraz leży Hammond).

    W kwestii przełączników - też zastanawiałem się nad transoptorami, to rozwiązałoby wszystkie problemy. Trzeba będzie ciut przerobić elektronikę, ale - tu ratuje mnie uniwersalna:))). Może się tym zajmę, jak będę miał jakiś wolny weekend.

    Mocowanie klawiszy wydaję się być pewne; z początku bałem się, że sklejkowe "sprężyny" będą pękać, ale jak na razie spisują się dobrze (przed zainstalowaniem zafundowałem im kąpiel w oleju; nie wiem, czy to co pomogło, ale na pewno nie zaszkodziło). Prowadnice z aluminiowych rurek też zdają egzamin (pedały nie wybaczają się ani nie zacinają). Pewną wadę stanowią korkowe odbojniki na końcach, które są mimo wszystko dosyć głośne (ale to dodaje klimatu, hehe).

    Użycie klawiatury z B2 rzeczywiście brałem pod uwagę, ale stwierdziłem, że więcej zabawy będzie, jak zrobię ją sam:)

    Pozdrawiam.
  • Licencja Pulsonix
  • #10
    andrzejlisek
    Poziom 28  
    Konstrukcja bardzo pomysłowa i dobra.

    Czy XK-1 przewiduje podłączenie klawiatury nożnej? Tylko utrudniona byłaby regulacja barwy dźwięku, bo o ile się nie mylę, XK-1 posiada tylko jeden zestaw drawbarów do ustawiania barwy dźwięku manuału.

    Jeżeli można, to po dokupieniu jeszcze jednej sztuki XK-1 możnaby otrzymać konstrukcję bardzo zbliżoną do tradycyjnych organów Hammonda, tylko, że w 100% elektroniczne. Czy takie masz plany na przyszłość?

    Z drugiej strony, poprzez MIDI można podłączyć klawiaturę do komputera z dowolnym symulatorem organów, istnieją symulatory organów Hammonda i piszczałkowych. Nie wiem, czy XK-1, albo klawiatury, jakie mają być docelowo zamontowane, również posiadają wyjście MIDI.
  • #11
    mdziewie
    Poziom 18  
    Witam ponownie,

    zaiste, XK-1 przewiduje podłączenie klawiatury nożnej i drugiego manuału - tyle, że przede wszystkim chodzi tu o urządzenia od zewnętrznych producentów. Chcąc podłączyć hammondowskie eksternalia, jesteśmy narażeni na zakup dwa razy droższego XK-3 (choć cicho podejrzewam, że w istocie z modelem XK-1 też będą współpracować).

    Drugi manuał też mam na względzie (stojak już ma miejsce na dwie klawiatury), ale nie będzie to Hammond (za drogie), tylko jakaś przyzwoita klawiatura MIDI z "waterfallowymi" klawiszami.

    Rzeczywiście, przy takiej rozwiniętej konfiguracji problemem staje się tylko jeden zestaw drawbarów. Jego funkcję da się łatwo przełączać pomiędzy poszczególnymi klawiaturami, ale w praktyce rzeczywiście staje się to kłopotliwe. Na szczęście Hammond w instrukcji obsługi dołączył kody MIDI potrzebne do sterowania drawbarami z zewnątrz, więc nastepnym wynalazkiem ma być imponujący zestaw z B3 (czyli dwa razy 20 drawbarów) ustawiony kulturalnie na ostatnim piętrze "piramidy".
  • #12
    Alberto86
    Poziom 14  
    Ja proponuję umieścić na końcu każdego pedału-klawisza magnes a w podstawie zamontować listwę z czujnikami hallotronowymi - takimi jak w wentylatorach, z wyjściem cyfrowym. Taki patent zastosował organmistrz w miejscowym kościele i moim zdaniem nie ma nic lepszego. Styki się zużywają a transoptory szczelinowe w pedale z czasem się zakurzą - wiadomo jak to w pedale, podłoga i buty. Skanowanie jest robione rejestrami przesuwającymi z wyjściami szeregowym. Tamten instrument ma 3 manuały i pedał z takim systemem. Na prawdę polecam.
  • #13
    Leszekjs
    Poziom 1  
    Witam,

    Jako że jest to mój pierwszy post, to coś o sobie. Studiuję na pierwszym roku PWr, kierunek raczej z elektroniką nie bardzo związany. Tą ostatnią nie interesuję się jakoś szczególnie, choć lubię sobie czasem poczytać na elektrodzie, co to ludzie tworzą; podstawową wiedzę mam i parę układzików też sobie w wolnych chwilach złożyłem.

    A piszę, bo akurat kolega trafił w mój temat, też zabieram się za składanie takiej klawiatury (myślałem, że będę z tym pierwszy na eli... :) ), niestety przez brak czasu leży to sobie rozbabrane w moim warsztacie i czeka, chyba dopiero na wakacje.

    Chciałem zapytać przede wszystkim o te sprężyny, bo to jest kwestia w moim przypadku jeszcze nierozwiązana, miałem kilka pomysłów, ale wszystkie mają wady. Czy mógłby kolega udostępnić jakieś bliższe ich zdjęcie, bo na tych nie widać, a także opisać je bliżej: co to za sklejka, jakiej grubości, długości, sposób mocowania itd. Byłbym bardzo zobowiązany.

    Co do przełączników, to planuję wykorzystać kontaktrony, w internecie ktoś zachwalał je do tego celu.

    Cały projekt bardzo mi się podoba. Jedynie nad wykończeniem możnaby popracować, ale przecież najważniejsze, że można grać. ;)

    Pozdrawiam.
  • #14
    mdziewie
    Poziom 18  
    Zawieszenie (od strony pięty) przedstawiam na obrazku (niestety, nie mam zdjęcia tego kawałka):
    Klawiatura nożna do organów
    Istotne jest to, że "wolny" odcinek tej cienkiej sklejki jest dosyć długi - wkręt łączący ją z pedałem jest prawie na końcu, dzięki czemu ugięcie następuje na sporej długości. Skośny "próg" powoduje, że pedał (dociśnięty z przodu do górnej deski obudowy) jest wstępnie naprężony i ładnie odbija.
    Z przodu pedał ślizga się między dwiema aluminiowymi rureczkami fi 6 (jedno ze zdjęć na początku wątku).

    W kwestii hallotronów - wiem, że byłyby najlepsze, obawiam się wszakże o cenę:( Transoptory jestem w stanie mieć w okolicy 1.00 do 1.50 zł za sztukę. Ponieważ jest to sprzęt amatorski, jednak na razie poprzestanę na transoptorach. Zobaczymy, jak to będzie chodzić.

    A w kwestii wyglądu - nawet kupiłem ładne listwy na krawędzie sklejki, ale jeszcze się nie zmobilizowałem, żeby je ponaciągać. Jak działa, to nie musi ładnie wyglądać:)

    Dorzucam spakowany rysunek z mechaniką (dwg, acad14), gdyby kogoś zainteresował.

    Pozdrawiam.
  • #15
    Paweł Es.
    Pomocny dla użytkowników
    Co do metod używanych wykrywania wciśnięcia klawisza w instrumentach to jest sporo rozwiązań, patrząc od starszych do nowszych:

    - zwykłe styki utworzone z drutu sprężynowego (na oko wygląda to jak drut owijany innym, używany na struny do gitar)

    - styki z gatunku teletechnicznych (wyglądają jak styki przekaźników tyle, że cewek nie instalowano)

    - w układach eksperymentalnych były rozwiązania z czujnikami pojemnościowymi lub indukcyjnymi (ruchomy rdzeń w cewce).

    - styki gumowe (podobne rozwiązanie jak np. w pilotach telewizyjnych)

    - tensometry *w najdroższych instrumentach gdzie zaimplementowano funkcję Aftertouch pozwalającą na zmianę parametrów dźwięku przez zmianę nacisku na klawisz po jego wciśnięciu).

    W klawiaturach dynamicznych przeważnie mierzy się siłę uderzenia w klawisz metodą pośrednią, przez pomiar jego prędkości jego ruchu.

    W starszych rozwiązaniach (styki metalowe) mierzyło się czas przejścia styku ruchomego pomiędzy dwoma stykami (oczywiście nie można tu zastosować mikrowyłącznika).

    W większości obecnych rozwiązać w instrumentach średniej klasy stosuje się dwa styki zwierne (typu klawiatura gumowa) gdzie jeden zwieracz z przewodzącej gumy jest zamontowany trochę wyżej niż drugi, przez co przy wciśnięciu występuje różnica czasów pomiędzy chwilami zamknięcia obu styków. Im szybciej porusza się klawisz tym krótszy jest czas pomiędzy zadziałaniem obu styków.

    Przeliczanie szybkości ruchu klawisza na zawartość bajtu głośności w komunikacie MIDI (note on lub note off) odbywa się bardzo prosto:

    Klawisz (x) zwolniony = licznik prędkości klawisza X, jest ustawiany na 127

    W danym cyklu skanowania wykryto, że klawisz X porusza się pomiędzy stanami granicznymi = licznik prędkości danego klawisza jest zmniejszany o 1 (o ile nie osiągnała stanu 1)

    W danym cyklu wykryto pełne wciśnięcie klawisza i jeżeli klawisz był poprzednio zwolniony -> wysyłany jest komunikat Note on oraz aktualna zawartość licznika prędkości, zapamiętywany jest fakt, że klawisz został wciśnięty (by zapobiec wielokrotnemu wysyłaniu Note ON)

    Podobnie odbywa się w drugą stronę (pomiar prędkości), tyle, że nie wszystkie klawiatury wysyłają stan licznika szybkości ruchu klawisza, często wysyłają 0. Druga sprawa, to to, że często zamiast Note off wysyłane jest Note On z bajtem prędkości ustawionym na 0.

    Częstość skanowania klawiatury nie ma nic wspólnego z szybkością przesyłu komunikatów MIDI, bo przesyłane są tylko zmiany stanu klawiszy (wciśnięcie, zwolnienie) a te są ograniczone zdolnościami manualnymi grającego, które są daleko mniejsze niż możliwości przesyłowe interfejsu MIDI.

    Częstotliwość skanowania ma za to wpływ na rozdzielczość układu pomiaru prędkości klawisza.

    Do skanowania są też jeszcze dostępne goto we układy np. E510 (sprzedawany kiedyś przez firmę Doepfer)

    http://www.cedos.com/e510_midi_chip.htm

    http://www.cedos.com/datasheets/E510.pdf
  • #16
    mdziewie
    Poziom 18  
    Klawiatura nożna do organów

    Przerobiłem na transoptory:) Kosztowało to trochę ponad 50 złotych. Transoptory szczelinowe z TME (gdzieś po 2 zł/sztukę), aluminiowe kątowniczki z zapasów, PCV - to, co zostało z poprzedniej wersji.
    Strona odbiorcza jest wpięta dokładnie tak samo jak wyłączniki (dziurka odsłania światło, kiedy wciśniemy klawisz); spadek napięcia na oświetlonym fototranzystorze to ok. 100 mV. Diody nadawcze są połączone szeregowo po 4, z dodatkowym opornikiem 33 omy (mało, wiem...), zasilane z 5 V. Każda gałąź zużywa około 10 mA; całość ciągnie na tyle mało, że w dalszym ciągu wystarcza dwuwatowy transformator w zasilaczu.
    Zobaczymy, jak to będzie funkcjonować, ale na razie nic nie zapowiada kłopotów:)
  • #17
    Paweł Es.
    Pomocny dla użytkowników
    Akurat przy 4 diodach nadawczych połączonych szeregowo, to 33Ω jest akurat (na jednej diodzie LED świecącej w podczerwieni spadek napięcia wynosi od 1.1 do 1.2V).

    Problem to tu się może pojawić mechaniczny jak się prowadzenia "klawiszy" wyrobią i "klawisz" zacznie chodzić na boki wtedy pojawi się kłopot z trafianiem przesłony w wąską szczelinę transoptora.
    Lepiej by było gdyby do kątowników był przymocowany giętki pasek z wyciętą szczeliną (otworem) poruszający się w szczelinie transoptora .
  • #18
    mdziewie
    Poziom 18  
    Witam,
    co do mechaniki - to właśnie tak jest zrobione, jak Kolega pisze. Może na zdjęciu słabo widać...

    A co do 33 omów - jasne, z prawa Oma jest wszystko OK. Tylko jak od 5V odejmiemy 4*(1.1 do 1.2) to nam zostaje 0.2 do 0.6 wolta - czyli prąd jest określony z tolerancją 300 %;) Oczywiście, nie ma to wpływu na działanie urządzenia - ale jest jakieś takie mało eleganckie...
  • #19
    Paweł Es.
    Pomocny dla użytkowników
    Eleganccy elektronicy nie patrząc na koszty, zasilają diody ze źródła prądowego ;)) Reszta cierpi w milczeniu grzejąc nogi przy prądzie zmiennym od 6 do 18 mA ;) Ważne, że działa.
  • #21
    mdziewie
    Poziom 18  
    Z mechanicznego punktu widzenia, styk jest bardziej skomplikowany od transoptora, pomijając fakt, że jest zwyczajnie droższy. Jak Kolega pewnie zauważył, styki już były, ale zostały z hukiem wyrzucone ze względu na kłopoty z niezawodnością.
    Tak informacyjnie, od czasu instalacji transoptorów nie był potrzebny żaden serwis związany z elektroniką (jedyne co, to trzeba było dociągnąć sklejkowe sprężyny, bo niektóre trochę oklapły). Klawiatura jest używana średnio 1-2 godziny dziennie.
  • #22
    bolo17
    Poziom 10  
    te styki montuje się w kontuarach i działają po kilkadziesiąt lat
  • #24
    slaher
    Poziom 2  
    Trochę zabawię się w archeologa i odkopię ten temat, ponieważ zainteresował mnie i zamierzam wykonać podobną konstrukcję (organy kościelne ani sam pedał midi nowy nie wchodzą w grę ze względu na cenę).
    Otóż potrzebował bym programu do tego układu, samemu ciężko, ponieważ moja zabawa z mikroprocesorem dopiero się zaczęła, a tu dochodzi jeszcze obsługa midi. Znalezione programy w internecie niebardzo działają/niekompilują się/itp. Byłbym wdzięczny za program obsługujący ten projekt, lub jakikolwiek inny o podobnym działaniu. Podkreślam że musi obsługiwać midi w keyboardzie a nie tylko gameport czy MIDI USB.
    Podziękowania i wyrazy uznania dla autora tematu za pomysł i konstrukcję.
  • #25
    mdziewie
    Poziom 18  
    Załączam kod.
    Jak się trochę pokombinuje, to można wywnioskować, jak są podłączone klawisze:)

    Mniej więcej tak:
    Matryca X-Y 4x8,
    X (drive): PC0-PC3
    Y (sense): PD7-PD3, PB7-PB6, PB0.
    Każdy klawisz ma szeregową diodę w kierunku sense->drive.

    Tablica mapa_klawiszy[] (klawisze.c) definiuje, któremu klawiszowi przypisany jest jaki ton. Klawisze z wartościami ujemnymi to klawisze specjalne (ich funkcje wbite są "na sztywno" w kod programu).

    Kilka uwag:
    - Aktualna wersja oprogramowania nie obsługuje wejścia MIDI.
    - Po włączeniu program sprawdza stan klawiatury. Jeśli było wciśnięte najwyższe "C", cała klawiatura jest transponowana oktawę wyżej. Jeśli było wciśnięte najniższe "C", to cała klawiatura jest transponowana oktawę niżej. Pozwala to ustalić sobie przy włączaniu najwygodniejszy zakres.
    - Klawisze specjalne obsługują funkcje Hammonda; prawdopodobnie nie będą działać z innym sprzętem.
  • #26
    QNextStep
    Poziom 2  
    Witam

    Czy ktoś jest mi w stanie wytłumaczyć czy taka nożna klawiatura będzie współpracowała z każdym klaiwszem (keybord /pianino cyfrowe) wyposarzonym w midi in?
    Ewentualnie jak coś takiego podłączyć pod klaiwsz który ma midi tylko i wyłącznie po USB?
  • #27
    mdziewie
    Poziom 18  
    O tyle o ile.
    Pierwsze primo - keyboard musi w ogóle umieć zagrać te tony (zazwyczaj to są tony niższe niż najniższy klawisz na klawiaturze keyboarda). Zasadniczo jak już sprzęt ma MIDI IN, to powinien mieć taką możliwość.
    Drugie primo - musi być możliwość takiego pokonfigurowania keyboarda, żeby grał dźwięki nadawane na kanale 2 czy tam 3 (nie pamiętam już) MIDI i jednocześnie to, co dostaje z własnej klawiatury. Zasadniczo jak już sprzęt ma MIDI IN, to powinien mieć taką możliwość.

    Jeśli chodzi o podłączenie przez USB, to niestety nie znam takiej opcji. Jedyne co mi przychodzi do głowy, to kombinowanie z komupterem i jakimś softem, który będzie potrawił przekierowywać strumienie MIDI na różne urządzenia.

    P.S. Klawiatura ciągle działa i ciągle w użytku:) Poza nieznacznym rozklekotaniem i konieczniością wymiany 2 czy 3 sklejkowych "sprężyn" bez żadnych problemów.