MIDIfying un órgano electrónico: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Este instructivo lo guía para tomar ese viejo órgano electrónico que no ama que tiene en su garaje o sótano y convertirlo en un instrumento musical moderno. No nos detendremos demasiado en los detalles del órgano en particular que tiene, aparte de decir que, fundamentalmente, el teclado musical típico es un conjunto de teclas que se conectan cuando se presionan a un bus común. En el viejo mundo, existían circuitos considerables junto a las teclas que provocaban que se pasara una salida al bus, que a su vez se amplificaba y pasaba a un sistema de audio. Hoy el teclado es un conjunto de sensores; leemos el estado de las teclas individuales y enviamos los cambios a un sintetizador de software, que es manejado por comandos MIDI.

El instructable cubre gran parte del proceso involucrado, desde recopilar el estado digital de las teclas, administrarlo con un microprocesador Arduino, construir un flujo de datos MIDI y pasarlo a una computadora (incluida Raspberry Pi) que está ejecutando el sintetizador.

Paso 1: el teclado abstraído

Lo siguiente representa un órgano electrónico abstraído, donde cada fila es un conjunto de teclas o paradas u otros interruptores de control. Las entradas de la columna 0 representan teclas individuales y el - un bus al que se conecta la tecla cuando se presiona. El Gran Manual de 61 teclas podría ser la primera fila, el Swell Manual la segunda fila, los Pedales la tercera y las Paradas, etc. la cuarta. Las filas contienen en realidad 64 elementos debido a su significado digital como potencia de 2 más allá de 61. Dentro de las filas del teclado, las teclas siguen la convención musical normal con C a la izquierda.

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

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

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

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

Cada bus es independiente y está eléctricamente aislado de sus pares. Los primeros 8 elementos están resaltados en negrita, con 8 de estos bloques en la disposición anterior. El siguiente paso detalla una placa de circuito impreso que opera sobre los elementos en negrita y los otros 7 bloques de ellos.

Las claves se han representado como ceros arriba. Podemos llevar esto un poco más allá y decir que una tecla es un 1 digital cuando se presiona y 0 en caso contrario. Y las teclas pueden ser bemoles blancos o sostenidos negros musicales convencionales, o pedales de órgano, o paradas de órgano, o un banco de interruptores giratorios que pueden darnos un tono de saxofón. Simplemente consideramos el instrumento como un conjunto de interruptores en un conjunto de buses, y esencialmente un flujo digital de 0 y 1.

Paso 2: cableado desde los teclados

Para ayudar con el cableado de los teclados, se ha construido una placa de circuito impreso utilizando Eagle CAD. Su tamaño es de aproximadamente 96 mm x 43 mm, y se requieren 8, que se extienden a lo largo de la parte posterior de los ensamblajes del teclado del órgano.

Echemos un vistazo a esta placa de circuito impreso (PCB) en detalle. La imagen de la izquierda es la parte frontal de la PCB en la que se montan los componentes, y la imagen de la derecha es la parte posterior donde soldamos los componentes.

En primer lugar, los componentes 2X3 en la parte superior están destinados a conectarse a las teclas de arriba, con las dos conexiones superiores bus 0 y 1, el siguiente par 2 y 3, y el par inferior también los buses 2 y 3. Se encontró que un PCB El cabezal 2X3 era lo suficientemente rígido como para acomodar el cable de conexión de una sola hebra de las teclas que simplemente se empujaban en el cabezal, similar al cableado de protección de Arduino. El cable de conexión que usé fue recuperado del órgano original; tiene 0,75 mm de diámetro.

Por lo tanto, cada encabezado de 2X3 aloja una columna de las teclas resaltadas en negrita o, en términos generales, una nota. Por lo tanto, la placa requiere 8 de estos encabezados. La imagen contiene uno de estos encabezados femeninos en la parte superior izquierda. La sección central de la placa está poblada con 32 diodos (1N4148 o similar), cada uno correspondiente a una de las entradas rojas. La polaridad del diodo está marcada en la placa, con cátodo (banda negra) en el extremo superior de la placa. Un solo diodo se ilustra en la posición 4. Finalmente, un solo cabezal macho de 2X5 puebla la sección más baja de la placa. Sus 2 pines superiores no están conectados. El pin 1 está ubicado en la esquina inferior derecha y se conecta a los 4 diodos más a la izquierda, el pin 2 a los diodos 5-8 y finalmente el 29-32 se conecta al pin 8. El encabezado se puede cortar de una sección DIL más larga, como se ilustra en el tablero. El cableado entre los diversos componentes se lleva a cabo dentro de la propia PCB, con la única soldadura requerida los diodos y los cabezales.

8 de estos tableros completos se montan inmediatamente debajo de los manuales utilizando los orificios de montaje provistos, extendiéndose convenientemente a lo largo del órgano. La función de esta placa es, por lo tanto, tomar un bloque de 8 teclas en 4 buses y presentarlo a un cabezal macho al que se conectará un cable plano de 10 vías para transferirlo a la siguiente etapa. El diseño de la placa se puede descargar desde el archivo zip proporcionado.

Paso 3: consolidación de las salidas del teclado en registros de cambio

Se requieren dos PCB más, como se muestra arriba. Se conocen como DIN R5 y son populares en el mundo MIDI, aunque simplemente proporcionan una función de registro de desplazamiento. En primer lugar, en la sección horizontal superior, puede ver 4 conectores macho de 2X5, que se conectan mediante un cable plano a la contraparte de 2X5 en las 8 placas de arriba. Necesitamos dos placas DIN para acomodar nuestros 8 cables de este tipo.

Más abajo en la placa están los chips IC que forman un registro de desplazamiento de 32 bits, y finalmente nos interesan 2 encabezados 2X5 más, uno de los cuales (J2) se une a más placas DIN (nuestra segunda) y el otro J1 a nuestro microprocesador Arduino o similar a Arduino.

Para resumir, tenemos:

• Hasta 4 buses de 64 teclas alimentando
• 8 placas de 32 entradas, 8 salidas por bus
• estas 64 salidas se alimentan en 2 registros de desplazamiento de 32 bits
• el microprocesador Arduino recorrerá los buses

Paso 4: Montaje del hardware

Las conexiones entre Arduino, las dos placas DIN y los cables planos del complejo de teclas de órgano se ilustran en la imagen de arriba. Tenga en cuenta que el J2 del segundo DIN se deja vacío.

Los conectores emplean tecnología IDC (contacto de desplazamiento de aislamiento) y no es necesario pelar ni separar los cables. Se aplican al cable con una herramienta de compresión disponible en los aficionados. A la izquierda, el extremo del cable rizado se puede arreglar con una cuchilla de afeitar; en el centro, la parte inferior del conector proporciona un enchufe hembra de 2X5; ya la derecha una vista superior del conector.

Las placas DIN y las placas PCB personalizadas se unieron a la carpintería de órganos mediante tornillos y espaciadores de latón para madera de cabeza redonda. Arriba se muestra una vista parcial de las placas PCB personalizadas montadas en el órgano. Los cables de conexión superiores conectan topes o controles en las placas, y la masa de la izquierda emana de los pedales. Finalmente, la eliminación de los generadores de tono y otras funciones variadas del órgano original ha permitido que el espacio vacío del gabinete se reutilice para el almacenamiento de vino.

Paso 5: el complejo Arduino

Ahora se discutirá el complejo Arduino que se ve a la izquierda de las dos placas DIN anteriores. Consta de tres capas distintas, interconectadas como escudos Arduino. Los PCB que componen las capas son de color azul, verde y rojo fortuitamente.

La capa azul (en la parte superior) es un escudo producido por Freetronics, que proporciona una pantalla de caracteres de cristal líquido de 16X2. (2 filas de 16 caracteres). No es estrictamente esencial, pero es extremadamente útil para verificar el funcionamiento de teclados, pedales y paradas. Está impulsado por la biblioteca LiquidCrystal, y otras variantes de hardware podrían sustituirse fácilmente.

La capa roja (en la parte inferior) es un Teensy 3.2 montado en una placa Sparkfun Teensyduino. El Teensy ofrece soporte MIDI directo y, por lo demás, se comporta como un Arduino UNO. Por lo tanto, el uso de Teensy ahorra componentes posteriores. La conexión de la fuente de alimentación (5V 2A) se encuentra en la parte inferior izquierda y el conector USB que admite la salida en serie o MIDI en el centro a la izquierda. Los encabezados en los bordes superior e inferior proporcionan la funcionalidad estándar del escudo Arduino.

La capa verde (intercalada entre azul y rojo) es una placa PCB personalizada. Su propósito es, en general, admitir bits y piezas, como enlaces a las placas DIN, y reducir el cableado externo. Algunas de sus funciones son redundantes. Incluye algunos circuitos para admitir MIDI a través de un Arduino UNO estándar. También proporciona un cabezal macho 2X5 para la conexión del cable plano al cabezal J1 en la primera placa DIN. Otra funcionalidad incluye soporte de control de volumen; el Organ original empleaba un potenciómetro de 10K (potenciómetro) impulsado por un Foot Shoe.

Los cuatro encabezados horizontales proporcionan conectividad de escudo Arduino estándar a la placa Teensy a continuación y la pantalla de cristal líquido. La huella que se asemeja a una estación de autobuses en la esquina inferior izquierda es un sobrante, y el encabezado vertical largo a la izquierda proporciona conectividad a los cuatro autobuses, control de volumen y tierra.

La placa personalizada se desarrolló utilizando Eagle CAD, y los archivos zip del complejo Gerber enviados a los fabricantes de PCB están disponibles en el archivo zip PCB2.

Paso 6: el software Arduino

El software se desarrolló originalmente para un Arduino UNO, y luego se modificó con muy pocos cambios para usar Teensy. El uso de los pines no ha cambiado.

La pantalla de cristal líquido utiliza media docena de pines, y se decidió utilizar los pines analógicos en modo digital para obtener un bloque de pines adyacentes para los buses. El control de volumen utiliza otro pin analógico en modo analógico.

Gran parte del software se ocupa de leer el teclado individual, el pedal y las teclas de parada habilitando cada bus por turno y sacando los valores de bits de los registros de desplazamiento proporcionados por las placas DIN.

El entorno descendente normalmente incluirá un procesador que ejecute Windows, UNIX o Linux, y un sintetizador de software como FluidSynth, que a su vez podría ser administrado por jOrgan. FluidSynth es impulsado en última instancia por uno o más Soundfont (s), que especifican qué sonido se genera cuando se recibe un comando MIDI en particular. Existe cierta analogía con las fuentes de procesamiento de textos. Para el teclado y los pedales, un cambio con respecto al escaneo anterior dará como resultado la generación de una secuencia MIDI Note On o Note Off. La tecla más a la izquierda es MIDI 36 y se incrementa a lo largo del teclado. El índice de bus proporcionará fácilmente un alcance para el número de canal MIDI. Para las teclas de parada, se generan secuencias de control de programa MIDI, o podría ser sensato generar Note On / Off y dejar que jOrgan o un software descendente MIDI similar interprete, ajuste y expanda. Cualquiera que sea el rumbo que se tome, la decisión final la impone la definición de las fuentes de sonido descendentes. El software se ha utilizado en varias formas para generar MIDI a través de USB a Windows que opera la aplicación Wurlitzer y FluidSynth, y a una Raspberry Pi que ejecuta FluidSynth y un Soundfont General MIDI. Esta descripción es ciertamente esquemática, pero cualquiera que esté familiarizado con el entorno Arduino o C no tendrá dificultad en modificarlo para sus propios fines; existe una documentación interna razonable y una modularidad razonable.

El software Arduino está contenido en organino.zip.