MIDIfying un òrgan electrònic: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Aquest instructiu us guia a prendre aquell vell orgue electrònic no estimat que teniu al garatge o al soterrani i convertir-lo en un instrument musical modern. No ens detindrem massa en els detalls de l’orgue concret que teniu, a part de dir que fonamentalment el teclat musical típic és un conjunt de tecles que es connecten quan es prem a un bus comú. Al vell món, existien circuits importants al costat de les tecles que feien passar una sortida al bus, que al seu torn s’amplificava i passava a un sistema d’àudio. Avui el teclat és un conjunt de sensors; llegim l'estat de les claus individuals i enviem els canvis a un sintetitzador de programari, que és impulsat per comandes MIDI.

L’instructible cobreix bona part del procés implicat, des de recollir l’estat digital de les claus, gestionar-lo amb un microprocessador Arduino, construir un flux de dades MIDI i passar-lo a un ordinador (inclòs Raspberry Pi) que executa el sintetitzador.

Pas 1: el teclat abstracte

El següent representa un òrgan electrònic abstracte, on cada fila és un conjunt de tecles o parades o altres commutadors de control. Les entrades de columna 0 representen tecles individuals i el bus al qual es connecta la tecla quan es prem. El Gran Manual de 61 tecles podria ser la primera fila, el Manual de Swell la segona fila, els Pedals la tercera i els Stops, etc., la quarta. En realitat, les files contenen 64 elements a causa de la seva importància digital com a potència de 2 més de 61. Dins de les files del teclat, les tecles segueixen la convenció musical normal amb C a l'esquerra.

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 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 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 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 0 0

Cada autobús és independent i aïllat elèctricament dels seus companys. Els primers 8 elements es ressalten en negreta, amb 8 blocs d’aquest tipus en la disposició anterior. El següent pas detalla una placa de circuit imprès que funciona amb els elements en negreta i els altres 7 blocs.

Les tecles s'han representat com a 0 a la part superior. Podem portar-ho una mica més enllà i dir que una tecla és un 1 digital quan es prem, i 0 en cas contrari. I les tecles poden ser planes blanques musicals convencionals o afilades negres, o pedals d’orgue, o parades d’orgue, o un banc d’interruptors rotatius que ens poden donar un to de saxòfon. Simplement considerem l’instrument com un conjunt d’interruptors d’un conjunt de busos i, bàsicament, un flux digital de 0 i 1.

Pas 2: Cablatge des dels teclats

Per ajudar-vos a connectar els teclats, s’ha construït una placa de circuit imprès mitjançant Eagle CAD. La seva mida és d’uns 96 mm X 43 mm i se’n necessiten 8, que s’estenen per la part posterior dels conjunts de teclat d’orgue.

Vegem amb detall aquesta placa de circuit imprès (PCB). La imatge esquerra és la part frontal del PCB sobre la qual es munten els components, i la dreta és la part posterior on soldem els components.

En primer lloc, els components 2X3 a la part superior estan destinats a connectar-se a les tecles anteriors, amb els dos busos de connexió superior 0 i 1, el següent parell 2 i 3 i el parell inferior també els busos 2 i 3. Es va trobar que un PCB La capçalera 2X3 era prou rígida com per donar cabuda a un cable de connexió d'una sola cadena des de les tecles simplement empeses a la capçalera, de manera similar al cablejat del blindatge Arduino. El cable de connexió que vaig fer servir es va recuperar de l'orgue original; té un diàmetre de 0,75 mm.

Per tant, cada capçalera 2X3 allotja una columna de les tecles ressaltades en negreta o, en termes generals, una nota. Per tant, el tauler requereix 8 d’aquestes capçaleres. La imatge conté una d'aquestes capçaleres femenines a la part superior esquerra. La secció central de la placa es completa amb 32 díodes (1N4148 o similars), cadascun corresponent a una de les entrades vermelles. La polaritat del díode és la marcada al tauler, amb un càtode (banda negra) a l'extrem superior del tauler. A la posició 4 s’il·lustra un únic díode. Finalment, un únic capçal masculí 2X5 ocupa la secció més baixa del tauler. Els seus 2 pins superiors no estan connectats. El pin 1 es troba a l'extrem inferior dret i es connecta als 4 díodes de l'esquerra, el pin 2 als díodes 5-8 i, finalment, el 29-32 es connecta al pin 8. El capçal es pot tallar des d'una secció DIL més llarga, tal com es mostra a el tauler. El cablejat entre els diversos components es realitza dins del propi PCB, amb l'única soldadura que requereixen els díodes i els capçals.

Vuit d'aquestes taules completes es munten immediatament a sota dels manuals mitjançant els forats de muntatge proporcionats, que s'estenen convenientment a través de l'orgue. La funció d’aquest tauler és, doncs, agafar un bloc de 8 tecles en 4 autobusos i presentar-lo a una capçalera masculina a la qual es connectarà un cable de cinta de 10 vies per transferir-lo a la següent etapa. El disseny del tauler es pot descarregar des del fitxer zip proporcionat.

Pas 3: consolidar les sortides del teclat en registres de canvis

Es necessiten dos PCB més, tal com es mostra a la part superior. Es coneixen com a DIN R5 i són populars al món MIDI, tot i que simplement proporcionen una funció de registre de desplaçament. En primer lloc, a la secció horitzontal superior, podeu veure 4 capçaleres masculines 2X5, que es connecten mitjançant un cable de cinta a la contraparte 2X5 de les 8 taules anteriors. Necessitem dues taules DIN per acomodar els nostres 8 cables.

Més avall del tauler hi ha xips IC que formen un registre de desplaçament de 32 bits i, finalment, són d’interès per a nosaltres dues capçaleres 2X5 més, una de les quals (J2) s’uneix a altres taules DIN (la nostra segona) i l’altra J1 a el nostre microprocessador Arduino o tipus Arduino.

Per resumir, tenim -

• Fins a 4 autobusos de 64 tecles d’alimentació
• 8 taules de 32 entrades, 8 sortides per bus
• aquestes 64 sortides s’alimenten en 2 registres de desplaçament de 32 bits
• el microprocessador Arduino circularà pels autobusos

Pas 4: ajuntar el maquinari

Les connexions entre Arduino, les dues plaques DIN i els cables de cinta del complex de claus d’orgue s’il·lustren a la imatge superior. Tingueu en compte que el J2 del segon DIN acaba de quedar-se buit.

Els connectors fan servir la tecnologia IDC (contacte d’aïllament-desplaçament) i no cal separar ni separar els cables. S'apliquen al cable amb una eina de compressió disponible per als aficionats. A la part esquerra, es pot netejar l'extrem del cable amb una fulla d'afaitar; al centre, la part inferior del connector proporciona una presa femella 2X5; i a la dreta una vista superior del connector.

Els taulers DIN i els taulers de PCB personalitzats es van unir a la fusteria d'orgue mitjançant cargols i separadors de fusta de llautó de cap rodó. A la part superior es mostra una vista parcial de les taules de PCB personalitzades muntades a l’orgue. Els cables de filferro de connexió superior connecten parades o controls a les taules i la massa de l’esquerra emana dels pedals. Finalment, l’eliminació dels generadors de tons i altres funcions diverses de l’orgue original ha permès reutilitzar el buit buit per emmagatzemar vins.

Pas 5: el complex Arduino

Ara es parlarà del complex Arduino que es veu a l'esquerra de les dues taules DIN. Consta de tres capes diferents, interconnectades com a escuts Arduino. Els PCB que comprenen les capes són de color blau, verd i vermell fortuïtament.

La capa blava (a la part superior) és un escut produït per Freetronics, que proporciona una pantalla de caràcters de cristall líquid 16X2. (2 files de 16 caràcters). No és estrictament imprescindible, però és extremadament útil per comprovar el funcionament dels teclats, pedals i parades. És impulsat per la biblioteca LiquidCrystal i es poden substituir fàcilment altres variants de maquinari.

La capa vermella (a la part inferior) és un Teensy 3.2 muntat en una placa Teensyduino Sparkfun. El Teensy ofereix suport MIDI directe i, en cas contrari, es comporta com un Arduino UNO. Així, l’ús de Teensy permet estalviar components aigües avall. La connexió d’alimentació (5V 2A) es troba a la part inferior esquerra i el connector USB que admet la sortida serial o MIDI al centre esquerre. Les capçaleres de les vores superior i inferior ofereixen la funcionalitat estàndard de l'escut Arduino.

La capa verda (intercalada entre blau i vermell) és una placa PCB personalitzada. El seu propòsit és en general donar suport a trossos com enllaços a les plaques DIN i tallar el cablejat extern. Algunes de les seves funcionalitats són redundants. Inclou alguns circuits per donar suport a MIDI mitjançant un Arduino UNO estàndard. També proporciona una capçalera masculina 2X5 per a la connexió del cable de cinta a la capçalera J1 de la primera placa DIN. Altres funcions inclouen el suport de control de volum; l'òrgan original utilitzava un potenciòmetre de 10K (pot) accionat per un Foot Shoe.

Les quatre capçaleres horitzontals proporcionen connectivitat estàndard de l’escut Arduino a la placa Teensy de sota i a la pantalla de cristall líquid. L’empremta que s’assembla a una estació d’autobusos a la cantonada inferior esquerra és una resta, i la llarga capçalera vertical a l’esquerra proporciona connectivitat als quatre autobusos, control de volum i terra.

El tauler personalitzat es va desenvolupar amb Eagle CAD i els fitxers zip del complex Gerber enviats als fabricants de PCB estan disponibles al fitxer zip PCB2.

Pas 6: el programari Arduino

El programari es va desenvolupar originalment per a un Arduino UNO i posteriorment es va modificar amb molt pocs canvis per utilitzar Teensy. L’ús del pin no canvia.

La pantalla de cristall líquid utilitza mitja dotzena de pins i es va decidir utilitzar els pins analògics en mode digital per obtenir un bloc de pins adjacents per als autobusos. El control de volum utilitza un altre pin analògic en mode analògic.

Gran part del programari es refereix a llegir el teclat individual, el pedal i les tecles d’aturada habilitant cada bus al seu torn i marxant els valors de bits dels registres de desplaçament proporcionats per les plaques DIN.

Normalment, l'entorn posterior inclou un processador que executa Windows, UNIX o Linux, i un sintetitzador de programari com FluidSynth, que al seu torn podria ser gestionat per jOrgan. FluidSynth és en última instància impulsat per un o més Soundfont, que especifiquen quin so es genera quan es rep una comanda MIDI concreta. Hi ha alguna analogia amb les fonts de processament de textos. Per al teclat i els pedals, un canvi respecte a l'escaneig anterior donarà lloc a la generació d'una seqüència MIDI Note On o Note Off. La tecla més a l'esquerra és MIDI 36 i s'incrementa a través del teclat. L’índex de bus facilitarà fàcilment l’abast del número de canal MIDI. Per a les tecles d'aturada, es generen seqüències de control del programa MIDI, o pot ser que sigui raonable generar Note On / Off i deixar-lo a jOrgan o un programari MIDI similar similar per interpretar, ajustar i ampliar. Sigui quin sigui el curs que es pren, la decisió última s’imposa mitjançant la definició del (s) font (s) posterior (s). El programari s'ha utilitzat de diverses maneres per generar MIDI via USB a Windows que opera l'aplicació Wurlitzer i FluidSynth, i a un Raspberry Pi que executa FluidSynth i un MIDI Soundfont General. Aquesta descripció és cert que és incompleta, però qualsevol persona familiaritzada amb l'entorn Arduino o C no tindrà dificultats per modificar-la per als seus propis propòsits; hi ha una documentació interna raonable i una modularitat raonable.

El programari Arduino es troba a organino.zip.