Manutronix - Syrena dubowa inspirowana konsolą NES

Streszczenie

Urządzenie jest szeroko pojętym efektem audio i może pełnić funkcje:
- cyfrowej syreny dubowej (bardzo zaawansowanej),
- modułu perkusyjnego / efektowego,
- samodzielnego efektu „delay”.
Demo na końcu postu.

Słowo wstępu – co to w ogóle jest syrena dubowa?

To prosty efekt dźwiękowy, wykorzystywany w dubie i reaggae. Brzmienie efektu dosłownie przypomina bardzo prymitywną syrenę karetki lub policji. Budowany jest najczęściej na kilku tranzystorach lub 2 układach 555. Pod względem złożoności przypomina diodowego mrygacza lub pipka dręczyciela. Czasami posiada wbudowany pogłos.

Historia powstania urządzenia

Moja dziewczyna bardzo lubi zespół Manu Chao (ja już nieszczególnie). Dość charakterystyczną jego cechą jest wykorzystywanie w utworach efektów dźwiękowych przypominających brzmieniem stare, tanie zabawki. Po chwili poszukiwań okazało się, że budowane są profesjonalne urządzenia przeznaczone do tego typu zadań (np. Rigsmith SGE-1 – hybrydowa syrena dubowa, zawierająca dodatkową sekcję efektów cyfrowych). Postanowiłem takie „cudo” sobie zbudować. Pierwszy zadanie było znalezienie odpowiedniego układu dźwiękowego. Znalazłem, zamówiłem i klops – układ pozbawiony był mojego ulubionego dźwięku „bomby” (kit „16 Music Box”). Rozczarowany tym faktem postanowiłem zbudować układ odtwarzający tor syntezy zabawkowego układu, wzorując się luźno na specyfikacji scalaka Ricoh 2A03, używanego m.in. w konsoli NES.

Do ustalenia założeń toru syntezy wykorzystałem także próbki nagrań breloczka „Executor” z bloga mareklange.com. Urządzenie to wykorzystuje generatory przebiegu prostokątnego o wypełnieniu 50% i szumu, jak również generator przebiegów wolnozmiennych (prostokąt, piła, trójkąt) modulujący częstotliwość przebiegu prostokątnego.

Realizacja

Układ
Sercem jest ATMEGA16A taktowana kwarcem 16 MHz. Wybór układu podyktowany był ilością dostępnych peryferiów. Mikrokontroler odpowiada za:
- syntezę dźwięku,
- odczytywanie wartości 8 potencjometrów (ADC 8 bitów),
- odczytywanie stanu wszystkich przycisków,
- obsługę układu 74HCT595 (pośredniczy w obsłudze 7 LEDów).
Każdy zapamiętany dźwięk może być zsyntezowany po naciśnięciu przycisku lub podaniu impulsu na wejście wyzwalające. Sygnały z obu źródeł sumowane są za pomocą 74HCT32, diody na przyciskach zapalających wysterowywane przy wykorzystaniu ULN2803. Całość rodzielona jest na 2 płytki.




Synteza dźwięku
Tor syntezy dźwięku jest w 100% programowy i zawiera następujące elementy:
- generator przebiegu prostokątnego:
-- zakres częstotliwości – 0,5 – 2,5 kHz (odczytany z zarejestrowanych przebiegów),
-- wypełnienie przebiegu prostokątnego 50 lub 25% (zainspirowane układem Ricoh),
-- synteza bazująca na dzieleniu bez reszty sygnału zegarowego (inaczej: oparta tylko na licznikach) – zaletą tego -- prymitywnego rozwiązania jest wysoka jakość generowanego sygnału, kosztem rozdzielczości nastawy częstotliwości,
-- częstotliwość próbkowania – 16 MHz,

- generator szumu:
-- szum 1 – bitowy,
-- częstotliwość próbkowania – 630 Hz – 80 kHz,
-- oparty na rejestrze przesuwnym z liniowym sprzężeniem zwrotnym (LFSR),
-- długość rejestru 8 lub 16 bitów,

- generator przebiegów wolnozmiennych (LFO):
-- moduluje częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego lub częstotliwość pracy rejestru LFSR,
-- przebiegi: piłokształtny opadający, piłokształny narastający i 13 przebiegów pośrednich (w tym trójkątny),
-- zakres częstotliwości – 0,25 – 15 Hz,
-- możliwość wyboru rozdzielczości generowanego przebiegu (32 poziomy),
-- możliwość resetowania fazy wraz z wczytaniem nowych ustawień,
-- oparty na syntezie DDS.


Pogłos
Nie wysiliłem się zbytnio – to sprawdzony Sea Urchin (Deep Blue Delay), oparty na PT2399. Istnieje możliwość wykorzystania samego pogłosu z wyłączeniem bloku syntezatora.

Wejścia / wyjścia
Z czasem postanowiłem zaimplementować możliwość integracji z syntezatorem modułowym / sekwenserem za pomocą wejść wyzwalających. Efekt posiada 8 osobnych wejść impulsu wyzwalającego, osobno dla każdej zapamiętanej nastawy. Umożliwia to użycie urządzenia jako perkusyjnego modułu brzmieniowego.

Obudowa
Wykorzystano fabrycznie pomalowaną obudowę Hammond 1590XXYL. Grafikę naniesiono za pomocą kalkomanii (pomalowanej 4 warstwami półmatowej farby akrylowej w sprayu), utrwalonej w wysokiej temperaturze. Na skutek drobnych błędów w planowaniu, musiałem trochę improwizować, co widać na zdjęciach wnętrza (płytki z ledwością mieszczą się do środka).




Interfejs użytkownika

Do wyboru mamy 2 grupy nastaw, które mogą wykorzystać generator szumu lub przebiegu prostokątnego. Syntezator wykorzystuje naprzemiennie te nastawy, zgodnie z nastawą pokrętła wyboru trybu pracy. Generator przebiegów wolnozmiennych może modulować częstotliwość pracy generatora z nastawy 1 lub 1 i 2.

Tryby pracy (4):
1. syntezator pracuje zgodnie z nastawą 1,
2. syntezator pracuje zgodnie z nastawą 2,
3. syntezator pracuje zgodnie z nastawą 1, po czasie DECAY dla nastawy 1 przełącza się na nastawę 2, po czasie DECAY da nastawy 2 zatrzymuje generację dźwięku,
4. jak 3, tylko po nastawie 2 następuje powrót do nastawy 1 (praca w pętli).

Nastawy syntezatora:
- generator – 2 zestawy nastaw (ich użycie sygnalizowane jest przez diody DCO1 i DCO2):
-- wybór generatora/przebiegu: prostokątny lub szum (przycisk SHAPE),
-- wybór barwy: wypełnienie 25 lub 50 % dla przebiegu prostokątnego, dla szumu długość rejestru – 8 lub 16 bitów (przycisk COLOR),
-- wysokość dźwięku (potencjometr PITCH),
-- czas trwania dźwięku (potencjometr DECAY).

- LFO – 1 zestaw nastaw (jego użycie sygnalizowane jest przez diodę LFO):
-- wybór przebiegu – piłokształtny opadający, trójkąt, piłokształtny narastający + 12 przebiegów pośrednich (potencjometr SHAPE),
-- częstotliwość generowanego przebiegu (potencjometr SPEED),
-- rozdzielczość przebiegu (potencjometr STEPS),
-- zakres modulacji (potencjometr RANGE),
-- wybór celu modulacji – generator nastawy 1 lub 1 i 2 (przycisk TARGET),
-- resetowanie fazy przebiegu przy wczytaniu nowych ustawień (przycisk RESET).

Odtwarzanie dźwięku / zapis:
- PLAY – odegranie dźwięku zgodnie z ustawieniami interfejsu,
- STOP – zatrzymanie odtwarzania,
- SAVE – zapis dźwięku do pamięci
- SHIFT – zmiana banku pamięci
- A – F – wczytanie dźwięku z pamięci i odtworzenie go.

Diody:
- DCO1, DCO2 i LFO sygnalizują wykorzystanie nastaw,
- PLAY sygnalizuje odtwarzanie dźwięku,
- SAVE – zachęta wyboru pozycji w pamięci,
- SHIFT – zmiana aktywnego banku pamięci,
- A – F – zapalenie sygnalizuje obecność sygnału wyzwalającego.

Pamięć:
każda grupa nastaw może być zapamiętana, tworząc w efekcie unikalny efekt dźwiękowy,
można zapamiętać do 16 nastaw (tworzących 16 efektów dźwiękowych, 2 banki po 8 pozycji),
stworzony efekt może zostać wyzwolony przyciskiem (A – H) lub za pomocą impulsu wyzwalającego (10 ms, 3 - 10 V).

Uwagi, wnioski i demo

Jestem zadowolony z brzmienia (dziewczyna także), w kolejnej wersji upchnąłbym układ pogłosu na którejś z płytek. Obudowa wyszła dość estetycznie, chociaż niektóre otwory są ciut krzywe.



Poniżej 2 dema: pierwsze bardzo ogólne, drugie prezentuje uzyskanie dźwięku "bomby".



Przykład stworzenia dźwięku „bomby”:
tryb pracy 3 – nastawa 1 + 2, bez powtarzania,
nastawa 1: przebieg prostokątny 50%, wysokość dźwięku maksymalna, czas trwania ok. 2 s,
nastawa 2: szum 16 bitowy, wysokość dźwięku średnia, czas trwania ok 1 s,
LFO: częstotliwość ok. 0,5 Hz, maksymalna głębokość modulacji, przebieg piłokształtny opadający, rozdzielczość 64 kroki, cel modulacji – tylko zestaw 1, resetowanie fazy włączone.