MIDIifier un orgue électronique : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Cette instructable vous guide pour prendre ce vieil orgue électronique mal-aimé que vous avez dans votre garage ou sous-sol et le convertir en un instrument de musique moderne. Nous ne nous attarderons pas trop sur les détails de l'orgue particulier que vous possédez, sauf pour dire que fondamentalement, le clavier musical typique est un ensemble de touches qui se connectent lorsqu'elles sont pressées à un bus commun. Dans l'ancien monde, des circuits considérables existaient à côté des touches qui provoquaient la transmission d'une sortie sur le bus, qui à son tour était amplifié et transmis à un système audio. Aujourd'hui, le clavier est un ensemble de capteurs; nous lisons l'état des touches individuelles et envoyons les modifications à un synthétiseur logiciel, qui est piloté par des commandes MIDI.

L'instructable couvre une grande partie du processus impliqué, de la collecte de l'état numérique des clés, de sa gestion avec un microprocesseur Arduino, de la création d'un flux de données MIDI et de sa transmission à un ordinateur (y compris Raspberry Pi) qui exécute le synthétiseur.

Étape 1: Le clavier abstrait

Ce qui suit représente un orgue électronique abstrait, où chaque rangée est un ensemble de touches ou d'arrêts ou d'autres commutateurs de commande. Les entrées de la colonne 0 représentent des touches individuelles et le - un bus auquel la touche est connectée lorsqu'elle est enfoncée. Le Great Manual à 61 touches pourrait être la première rangée, le Swell Manual la deuxième rangée, les Pédales la troisième et les Stops etc. la quatrième. Les rangées contiennent en fait 64 éléments en raison de sa signification numérique en tant que puissance de 2 au-delà de 61. Dans les rangées de clavier, les touches suivent la convention musicale normale avec C à gauche.

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

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

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

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

Chaque bus est indépendant et isolé électriquement de ses pairs. Les 8 premiers éléments sont mis en évidence en gras, avec 8 de ces blocs dans la disposition ci-dessus. L'étape suivante détaille une carte de circuit imprimé qui opère sur les éléments en gras, et les 7 autres blocs d'entre eux.

Les touches ont été représentées par des 0 ci-dessus. Nous pouvons aller un peu plus loin et dire qu'une touche est un numérique 1 lorsqu'elle est enfoncée, et 0 sinon. Et les touches peuvent être des bémols blancs musicaux conventionnels ou des dièses noirs, ou des pédales d'orgue, ou des jeux d'orgue, ou une banque de commutateurs rotatifs qui pourraient nous donner un son de saxophone. Nous considérons simplement l'instrument comme un ensemble de commutateurs sur un ensemble de bus, et essentiellement un flux numérique de 0 et de 1.

Étape 2: Câblage à partir des claviers

Pour faciliter le câblage des claviers, une carte de circuit imprimé a été construite à l'aide d'Eagle CAD. Sa taille est d'environ 96 mm X 43 mm, et 8 sont nécessaires, s'étendant à l'arrière des ensembles de claviers d'orgue.

Regardons cette carte de circuit imprimé (PCB) en détail. L'image de gauche est l'avant du PCB sur lequel les composants sont montés, et la droite est son arrière où nous soudons les composants.

Premièrement, les composants 2X3 du haut sont destinés à se connecter aux touches ci-dessus, avec les deux connexions supérieures bus 0 et 1, la paire suivante 2 et 3, et la paire inférieure également les bus 2 et 3. Il a été constaté qu'un PCB L'en-tête 2X3 était suffisamment rigide pour accueillir le fil de raccordement monobrin des clés simplement enfoncées dans l'en-tête, similaire au câblage de blindage Arduino. Le fil de raccordement que j'ai utilisé a été récupéré de l'orgue d'origine; il fait 0,75 mm de diamètre.

Ainsi, chaque en-tête 2X3 contient une colonne de touches en gras, ou en termes généraux une note. La carte nécessite donc 8 de ces en-têtes. L'image contient l'un de ces en-têtes féminins en haut à gauche. La section médiane de la carte est peuplée de 32 diodes (1N4148 ou similaire), chacune correspondant à l'une des entrées rouges. La polarité de la diode est celle indiquée sur la carte, avec une cathode (bande noire) à l'extrémité supérieure de la carte. Une seule diode est illustrée à la position 4. Enfin, un seul connecteur mâle 2X5 remplit la section la plus basse de la carte. Ses 2 broches supérieures ne sont pas connectées. La broche 1 est située dans le coin inférieur droit et se connecte aux 4 diodes les plus à gauche, la broche 2 aux diodes 5-8, et enfin 29-32 se connecte à la broche 8. L'en-tête peut être coupé d'une section DIL plus longue, comme illustré sur le tableau. Le câblage entre les différents composants est réalisé à l'intérieur du PCB lui-même, la seule soudure requise étant les diodes et les en-têtes.

8 de ces planches complètes sont montées immédiatement sous les claviers à l'aide des trous de montage fournis, s'étendant commodément à travers l'orgue. La fonction de cette carte est donc de prendre un bloc de 8 clés sur 4 bus, et de le présenter à un en-tête mâle auquel sera connecté un câble plat à 10 voies pour le transfert à l'étage suivant. La conception de la carte peut être téléchargée à partir du fichier zip fourni.

Étape 3: Consolidation des sorties clavier dans des registres à décalage

Deux autres PCB sont nécessaires, comme indiqué ci-dessus. Ils sont connus sous le nom de DIN R5 et sont populaires dans le monde MIDI, bien qu'ils fournissent simplement une fonction de registre à décalage. Tout d'abord, dans la section horizontale supérieure, vous pouvez voir 4 embases mâles 2X5, qui se connectent via un câble plat à l'homologue 2X5 sur les 8 cartes ci-dessus. Nous avons besoin de deux cartes DIN pour accueillir nos 8 câbles de ce type.

Plus bas sur la carte se trouvent des puces IC qui forment un registre à décalage de 32 bits, et enfin 2 autres en-têtes 2X5 qui nous intéressent, dont l'un (J2) se connecte à d'autres cartes DIN (notre seconde), et l'autre J1 à notre microprocesseur Arduino ou de type Arduino.

Pour résumer, nous avons -

• Jusqu'à 4 bus de 64 touches alimentant
• 8 cartes de 32 entrées, 8 sorties par bus
• ces 64 sorties alimentant 2 registres à décalage 32 bits
• le microprocesseur Arduino parcourra les bus

Étape 4: Assembler le matériel

Les connexions entre Arduino, les deux cartes DIN et les câbles plats du complexe de touches d'orgue sont illustrées dans l'image ci-dessus. Notez que le deuxième DIN J2 est juste laissé vide.

Les connecteurs utilisent la technologie IDC (contact à déplacement d'isolement) et les fils n'ont pas besoin d'être dénudés ou séparés. Ils sont appliqués sur le câble avec un outil de compression disponible chez les amateurs. A gauche, l'extrémité du câble serti peut être nettoyée avec une lame de rasoir; au centre le dessous du connecteur fournit une prise femelle 2X5; et à droite une vue de dessus du connecteur.

Les cartes DIN et les cartes PCB personnalisées étaient fixées aux boiseries de l'orgue à l'aide de vis à bois à tête ronde en laiton et d'entretoises. Une vue partielle des cartes PCB personnalisées montées dans l'orgue est illustrée ci-dessus. Les câbles de connexion supérieurs relient les butées ou les commandes aux cartes, et la masse à gauche émane des pédales. Enfin, la suppression des générateurs de sons et d'autres fonctions assorties de l'orgue d'origine a permis de réutiliser le vide de l'armoire pour le stockage du vin.

Étape 5: Le complexe Arduino

Le complexe Arduino vu à gauche des deux cartes DIN ci-dessus sera maintenant discuté. Il se compose de trois couches distinctes, interconnectées sous forme de boucliers Arduino. Les PCB constituant les couches sont colorés fortuitement en Bleu, Vert et Rouge.

La couche bleue (en haut) est un bouclier produit par Freetronics, qui fournit un affichage de caractères à cristaux liquides 16X2. (2 rangées de 16 caractères). Il n'est pas strictement indispensable, mais est extrêmement utile pour vérifier le fonctionnement des claviers, des pédales et des jeux. Il est piloté par la bibliothèque LiquidCrystal et d'autres variantes matérielles pourraient être facilement remplacées.

La couche rouge (en bas) est un Teensy 3.2 monté sur une carte Sparkfun Teensyduino. Le Teensy offre un support MIDI direct et se comporte autrement comme un Arduino UNO. Ainsi, l'utilisation du Teensy permet d'économiser des composants en aval. La connexion de l'alimentation (5V 2A) est en bas à gauche, et le connecteur USB prenant en charge la sortie série ou MIDI au centre gauche. Les en-têtes sur les bords supérieur et inférieur offrent une fonctionnalité de blindage Arduino standard.

La couche verte (intercalée entre le bleu et le rouge) est une carte PCB personnalisée. Son objectif est généralement de prendre en charge des éléments tels que le lien avec les cartes DIN et de réduire le câblage externe. Certaines de ses fonctionnalités sont redondantes. Il comprend des circuits pour prendre en charge le MIDI via un Arduino UNO standard. Il fournit également un connecteur mâle 2X5 pour la connexion du câble plat au connecteur J1 de la première carte DIN. Les autres fonctionnalités incluent la prise en charge du contrôle du volume; l'orgue d'origine utilisait un potentiomètre (pot) de 10K entraîné par un sabot.

Les quatre en-têtes horizontaux fournissent une connectivité de blindage Arduino standard à la carte Teensy ci-dessous et à l'écran à cristaux liquides. L'empreinte ressemblant à une gare routière dans le coin inférieur gauche est un reste, et le long en-tête vertical à gauche fournit la connectivité aux quatre bus, au contrôle du volume et à la masse.

La carte personnalisée a été développée à l'aide d'Eagle CAD, et les fichiers zip du complexe Gerber envoyés aux fabricants de PCB sont disponibles dans le fichier zip PCB2.

Étape 6: Le logiciel Arduino

Le logiciel a été développé à l'origine pour un Arduino UNO, et a ensuite été modifié avec très peu de changements pour utiliser le Teensy. L'utilisation des broches est inchangée.

L'affichage à cristaux liquides utilise une demi-douzaine de broches, et il a été décidé d'utiliser les broches analogiques en mode numérique afin d'obtenir un bloc de broches adjacentes pour les bus. Le contrôle du volume utilise une autre broche analogique en mode analogique.

Une grande partie du logiciel s'occupe de la lecture des touches individuelles du clavier, de la pédale et d'arrêt en activant chaque bus à tour de rôle et en faisant sortir les valeurs des bits des registres à décalage fournis par les cartes DIN.

L'environnement en aval comprend généralement un processeur exécutant Windows, UNIX ou Linux et un synthétiseur logiciel tel que FluidSynth, qui peut à son tour être géré par jOrgan. FluidSynth est finalement piloté par une ou plusieurs Soundfont(s), qui spécifient quel son est généré lorsqu'une commande MIDI particulière est reçue. Il existe une certaine analogie avec les polices de traitement de texte. Pour le clavier et les pédales, un changement par rapport au balayage précédent entraînera la génération d'une séquence MIDI Note On ou Note Off. La touche la plus à gauche est MIDI 36 et s'incrémente sur tout le clavier. L'index de bus fournira facilement une portée pour le numéro de canal MIDI. Pour les touches d'arrêt, des séquences de contrôle de programme MIDI sont générées, ou il peut être judicieux de générer des notes activées/désactivées et de laisser à jOrgan ou à un logiciel en aval MIDI similaire le soin d'interpréter, d'ajuster et de développer. Quelle que soit la voie suivie, la décision finale est imposée par la définition de la ou des Soundfont en aval. Le logiciel a été utilisé sous diverses formes pour générer du MIDI via USB vers Windows utilisant l'application Wurlitzer et FluidSynth, et vers un Raspberry Pi exécutant FluidSynth et une fonte General MIDI Soundfont. Cette description est certes sommaire, mais toute personne familière avec l'environnement Arduino ou C n'aura aucune difficulté à la modifier à ses propres fins; il existe une documentation interne raisonnable et une modularité raisonnable.

Le logiciel Arduino est contenu dans organino.zip.