Crea música MIDI muscular: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Sempre que el vostre sistema nerviós necessita fer un moviment, envia petits senyals elèctrics a través de les neurones per controlar els músculs. La tècnica d’electromiografia (EMG) ens permet amplificar i mesurar aquests senyals elèctrics. A més de ser una eina clínica útil per diagnosticar diferents trastorns neurològics, els registres EMG s’han utilitzat més recentment per controlar dispositius protètics.

Amb l’esperança de familiaritzar-me amb les tècniques d’amplificació i enregistrament EMG, vaig pensar que seria divertit construir un amplificador EMG que després pogués utilitzar com a senyal de control per a un altre dispositiu. En lloc de controlar un braç protètic, vaig decidir incorporar els meus interessos a la música i vaig utilitzar els senyals EMG per controlar un dispositiu MIDI. MIDI significa Musical Instrument Digital Interface i és el protocol estàndard per a l’enviament i la recepció de senyals musicals electrònicament.

Coneixements de fons

Aquesta instrucció inclou la taula de panells d’un circuit, la soldadura d’uns cables, la programació d’un Arduino i la interfície amb un dispositiu MIDI. Si no disposeu d’aquests antecedents necessaris, us recomano que consulteu algunes de les classes / instruccions següents:

Circuits

Arduino

MIDI

Nota de seguretat

Aquest projecte implica connectar-se a un circuit elèctric. Preneu totes les precaucions de seguretat necessàries. Aquest document de Delsys té una secció sobre seguretat elèctrica, així com una descripció útil de les tècniques EMG en general. Apagarem el circuit de dues bateries de 9V; en cap moment el vostre circuit (especialment quan també hi esteu connectat) no hauria d’estar connectat a l’alimentació de CA de la paret.

Pas 1: Visió general del projecte i llista de peces

El nostre projecte es compon de tres components principals:

L'amplificador 1.) EMG, 2.) l'Arduino i 3.) el dispositiu MIDI.

1. Construirem l’amplificador EMG en una taula de treball. Si us interessa una visió més profunda de la ciència que hi ha darrere de l’amplificador EMG i passos més detallats sobre com construir el vostre propi, consulteu el meu amplificador d’àudio EMG Instructible.
2. Alimentarem l’Arduino amb les mateixes bateries de 9V que alimenten l’amplificador EMG. La major part del treball amb l'Arduino serà pel que fa al programari.
3. Vaig fer servir un iPhone amb Garageband com a dispositiu MIDI. L'Arduino enviarà senyals MIDI estàndard per un cable MIDI estàndard, de manera que qualsevol dispositiu MIDI hauria de funcionar en lloc de l'iPhone.

Parts

• (2x) LT1167 (amplificador d'instrumentació)
• (2x) LT1112 (o qualsevol xip dual amplificador operatiu)
• (1x) LM386N (amplificador d'àudio)
• (5x) Elèctrodes EMG de superfície (dos per múscul i un de referència) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (o qualsevol dispositiu MIDI)

  Cable adaptador MIDI a iPhone (si utilitzeu un iPhone) (Amazon)

• Diverses resistències, condensadors i cables de pont
• Taula de pa (Amazon)
• (2x) bateria de 9V

Eines

• Soldador (Amazon)
• Decapants de filferro
• Tubs termoretractables
• Cinta elèctrica

Pas 2: munteu l’amplificador EMG

Per obtenir un tutorial més complet sobre com construir l'amplificador EMG, consulteu el meu amplificador d'àudio EMG instructable.

Construirem un amplificador EMG capaç d’amplificar dos canals EMG. Utilitzarem un amplificador d’instrumentació LT1167 per canal. El full de dades LT1167 conté útilment un esquema per a un "Amplificador d'impuls nerviós" que seguirem en aquest pas.

Muntar el circuit

A la pissarra, munteu dues còpies de l’amplificador d’impuls nerviós que es mostra més amunt. Les imatges del meu circuit muntat haurien d’ajudar-vos a orientar-vos cap a l’objectiu final. He afegit filtres passius de primer ordre passius de primer ordre a la sortida de cadascun dels meus amplificadors per ajudar a reduir el soroll. Si voleu afegir-los al vostre circuit, he utilitzat una resistència d'1 kΩ amb un condensador de 0,047 μF per a una freqüència de tall d'aproximadament 2 000 Hz.

Potència

Apagarem el circuit de dues bateries de 9V. El LT1167 necessita un + V i -V (perquè el senyal font EMG té valors positius i negatius), de manera que connectarem el pin menys de la bateria + V al pin més de la bateria -V. El pin menys de la bateria -V esdevé el valor -V. En utilitzar dues bateries de 9V, acabareu amb + V i -V igual a +9 i -9 volts respectivament.

Elèctrodes El següent pas cobreix la col·locació dels elèctrodes amb més detall. L'elèctrode de referència es connecta al pin 1 d'un dels amplificadors d'instrumentació i els parells d'elèctrodes musculars es connecten als pins 2 i 3 dels amplificadors d'instrumentació. L’orientació +/- dels elèctrodes no té importància.

Nota: si el vostre circuit no funciona, és probable que hàgiu fet alguna cosa malament. Una bona tècnica per trobar un error en un circuit consisteix a traçar l’esquema del circuit que realment heu muntat a la taula de treball i comparar-lo amb l’esquema original. En aquest procés és possible que trobeu un error (com he fet moltes vegades).

Pas 3: prepareu els elèctrodes

Com he esmentat anteriorment, necessitarem un total de cinc elèctrodes per a aquest projecte. Els enregistraments EMG es realitzen amb un amplificador diferencial, és a dir, amplifiquem la diferència entre dos punts de referència al múscul. Això significa que necessitarem dos elèctrodes per múscul. A més, necessitem una referència única per mesurar l'activitat muscular respecte a. Aquí hi ha un enllaç a alguns elèctrodes EMG superficials venuts a Amazon. El tipus exacte d’elèctrode no és massa important per als nostres propòsits.

Com he mostrat a la imatge superior, col·loqueu dos elèctrodes a la vora interior de cada avantbraç, paral·lels a la longitud del múscul i separats uns 2 cm aproximadament. Col·loqueu l'elèctrode de referència a la part òssia d'un dels colzes, lluny dels elèctrodes dels músculs.

Parells de fils torçats

També voldreu torçar els cables dels vostres parells d’elèctrodes, tal com es mostra més amunt. A més de netejar l’embolic al voltant del vostre circuit, els parells de fils torçats ajuden a reduir el soroll elèctric captat pels elèctrodes. En alternar la posició dels cables cap endavant i cap enrere, qualsevol interferència electromagnètica externa (per exemple, 60 Hz de la xarxa) afectarà els cables d’una quantitat igual. L'amplificador diferencial eliminarà aquest senyal de soroll comú.

Pas 4: amplificador d'àudio (opcional)

Si esteu interessats a escoltar el senyal EMG (sense MIDI), podeu afegir un amplificador d’àudio al circuit EMG. Utilitzeu un xip amplificador d’àudio LM386N i les resistències i condensadors necessaris per muntar el circuit mostrat anteriorment. El vídeo anterior mostra com sona un senyal EMG cru (bé, hi ha alguns filtres al circuit, però sobretot és cru).

Tot i que aquest pas no és necessari per activar els senyals MIDI, us suggereixo que ho proveu. Escoltar el senyal EMG pot ser una tècnica molt útil per solucionar problemes i depurar-los. Per exemple, si hi ha una forta interferència de 60 Hz de la xarxa elèctrica, podreu sentir-la molt més fàcil del que podríeu detectar quan es mostra el senyal amb el vostre Arduino.

L’àudio del meu vídeo es retalla una mica, però és un exemple bastant decent de com ha de sonar un senyal EMG net.

Pas 5: prepareu els components MIDI

Per enviar senyals MIDI des de l’Arduino al dispositiu MIDI, hem de soldar un dels connectors MIDI femenins. Consulteu el meu primer instructable per obtenir un tutorial més complet sobre la configuració de MIDI a Arduino.

Aquests són els passos següents:

1. Soldeu una resistència de 220 Ω al pin 4 del connector MIDI.
2. Soldeu un cable de 10 cm des de la resistència fins al connector Tx de l’Arduino.
3. Soldeu un cable de 10 cm de llargada al pin 2 i connecteu-lo a terra a l’Arduino.
4. Soldeu un cable de 10 cm de llargada al pin 5 i connecteu-lo a 5V a l’Arduino.

Un cop muntat l’amplificador EMG i preparat el cable MIDI a iPhone, utilitzeu dos cables jumper per enviar les sortides dels amplificadors d’instrumentació als pins A4 i A5 de l’Arduino.

Pas 6: escriviu el codi Arduino

La canalització bàsica per al codi Arduino és la següent:

1. Mesureu el nivell de soroll de la línia de base per als dos canals EMG
2. Feu un bucle contínuament mesurant la tensió de cada canal EMG
3. Si el canal EMG que controla la intensitat de la nota creua el llindar, activeu una nota MIDI activada
4. Utilitzeu el senyal de l’altre canal EMG per modular l’altura de la nota

Us animo a provar d’escriure el vostre propi codi Arduino per processar els senyals EMG. Sé amb seguretat que hi ha un esquema de control millor que el que he empedrat. Si voleu començar amb el meu codi, descarregueu-lo aquí. Podeu consultar el dipòsit de GitHub per veure les diverses iteracions del meu codi mentre treballava al projecte.

Pas 7: uniu-ho tot

Si tot ha anat segons el pla, hauríeu de poder controlar el dispositiu MIDI mitjançant el senyal dels vostres propis músculs. Bastant emocionant! Un cop tingueu el projecte en funcionament, podeu jugar amb diferents esquemes de control i explorar diferents sons MIDI.

Avisa’m si intentes crear un dels teus propis dispositius MIDI controlats per EMG. M’encantaria escoltar com funciona i estaria encantat d’ajudar-vos amb qualsevol pregunta que surti pel camí. Bona sort!

Accèssit al Concurs de Sensors 2017