Créez de la musique Muscle MIDI ! : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Chaque fois que votre système nerveux a besoin de faire un mouvement, il envoie de minuscules signaux électriques à travers les neurones pour contrôler vos muscles. La technique de l'électromyographie (EMG) permet d'amplifier et de mesurer ces signaux électriques. En plus d'être un outil clinique utile pour diagnostiquer différents troubles neurologiques, les enregistrements EMG ont été utilisés plus récemment pour contrôler les appareils prothétiques.

Dans l'espoir de me familiariser avec les techniques d'amplification et d'enregistrement EMG, j'ai pensé qu'il serait amusant de construire un amplificateur EMG que je pourrais ensuite utiliser comme signal de commande pour un autre appareil. Plutôt que de contrôler un bras prothétique, j'ai décidé d'intégrer mes intérêts dans la musique et d'utiliser les signaux EMG pour contrôler un appareil MIDI. MIDI signifie Musical Instrument Digital Interface, et est le protocole standard pour envoyer et recevoir des signaux musicaux par voie électronique.

Connaissances de base

Ce Instructable comprend la maquette d'un circuit, la soudure de quelques fils, la programmation d'un Arduino et l'interfaçage avec un périphérique MIDI. Si vous n'avez pas certains de ces antécédents nécessaires, je vous recommande de consulter certaines des classes / Instructables ci-dessous:

Circuits

Arduino

MIDI

Note de sécurité

Ce projet consiste à se connecter à un circuit électrique. Prenez toutes les précautions de sécurité nécessaires. Ce document de Delsys contient une section sur la sécurité électrique ainsi qu'une description utile des techniques EMG en général. Nous alimenterons notre circuit avec deux piles 9V; à aucun moment votre circuit (surtout lorsque vous y êtes également connecté) ne doit être connecté à l'alimentation secteur du mur.

Étape 1: Présentation du projet et liste des pièces

Notre projet est composé de trois volets principaux:

Le 1.) amplificateur EMG, 2.) l'Arduino et 3.) le périphérique MIDI.

1. Nous allons construire l'amplificateur EMG sur une maquette. Si vous êtes intéressé par un examen plus approfondi de la science derrière l'amplificateur EMG et des étapes plus détaillées sur la façon de construire le vôtre, consultez mon amplificateur audio EMG Instructable.
2. Nous alimenterons l'Arduino à partir des mêmes piles 9V qui alimentent l'ampli EMG. La plupart du travail avec l'Arduino sera du côté logiciel.
3. J'ai utilisé un iPhone exécutant Garageband comme périphérique MIDI. L'Arduino enverra des signaux MIDI standard via un câble MIDI standard, de sorte que tout périphérique MIDI devrait fonctionner à la place de l'iPhone.

les pièces

• (2x) LT1167 (amplificateur d'instrumentation)
• (2x) LT1112 (ou n'importe quelle puce à double amplificateur opérationnel)
• (1x) LM386N (amplificateur audio)
• (5x) Électrodes EMG de surface (deux par muscle et une pour référence) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (ou tout appareil MIDI)

  Câble adaptateur MIDI vers iPhone (si vous utilisez un iPhone) (Amazon)

• Diverses résistances, condensateurs et cavaliers
• Planche à pain (Amazon)
• (2x) pile 9V

Outils

• Fer à souder (Amazon)
• Pince à dénuder
• Gaine thermorétractable
• Ruban électrique

Étape 2: Assembler l'amplificateur EMG

Pour un tutoriel plus complet sur la façon de construire l'amplificateur EMG, consultez mon ampli audio EMG Instructable.

Nous allons construire un amplificateur EMG capable d'amplifier deux canaux EMG. Nous utiliserons un ampli d'instrumentation LT1167 par canal. La fiche technique du LT1167 contient utilement un schéma pour un "amplificateur d'impulsion nerveuse", que nous suivrons dans cette étape.

Assembler le circuit

Sur la planche à pain, assemblez deux copies de l'amplificateur d'impulsion nerveuse illustré ci-dessus. Les photos de mon circuit assemblé devraient vous guider vers l'objectif final. J'ai ajouté des filtres passe-bas passifs de 1er ordre à la sortie de chacun de mes amplificateurs pour aider à réduire le bruit. Si vous souhaitez les ajouter à votre circuit, j'ai utilisé une résistance de 1 kΩ avec un condensateur de 0,047 F pour une fréquence de coupure d'environ 2 000 Hz.

Puissance

Nous allons alimenter le circuit avec deux piles 9V. Le LT1167 a besoin de +V et -V (car le signal source EMG a à la fois des valeurs positives et négatives), nous allons donc connecter la broche moins de la batterie +V à la broche plus de la batterie -V. La broche moins sur la batterie -V devient la valeur -V. Lorsque vous utilisez deux piles 9V, vous vous retrouverez avec +V et -V étant respectivement égaux à +9 et -9 volts.

ÉlectrodesL'étape suivante couvre le placement des électrodes plus en détail. L'électrode de référence se branche sur la broche 1 de l'un des amplis d'instrumentation, et les paires d'électrodes musculaires se branchent sur les broches 2 et 3 des amplis d'instrumentation. L'orientation +/- des électrodes n'a pas d'importance.

Remarque: Si votre circuit ne fonctionne pas, vous avez probablement fait quelque chose de mal ! Une bonne technique pour trouver une erreur dans un circuit consiste à dessiner le schéma du circuit que vous avez réellement assemblé sur votre maquette et à le comparer au schéma d'origine. Dans ce processus, vous pouvez trouver une erreur (comme je l'ai fait plusieurs fois).

Étape 3: préparer les électrodes

Comme je l'ai mentionné ci-dessus, nous aurons besoin d'un total de cinq électrodes pour ce projet. Les enregistrements EMG sont réalisés avec un amplificateur différentiel, ce qui signifie que nous amplifions la différence entre deux points de référence sur le muscle. Cela signifie que nous aurons besoin de deux électrodes par muscle. De plus, nous avons besoin d'une référence unique pour l'activité musculaire à mesurer par rapport à. Voici un lien vers certaines électrodes EMG de surface vendues sur Amazon. Le type exact d'électrode n'est pas trop important pour nos besoins.

Comme je l'ai montré sur la photo ci-dessus, placez deux électrodes sur le bord intérieur de chaque avant-bras, parallèlement à la longueur du muscle et séparées d'environ 2 cm. Placez l'électrode de référence sur la partie osseuse de l'un de vos coudes, loin des électrodes sur les muscles.

Paires de fils torsadés

Vous voudrez également torsader les fils de vos paires d'électrodes comme indiqué ci-dessus. En plus de nettoyer le désordre autour de votre circuit, les paires de fils torsadés aident à réduire le bruit électrique capté par les électrodes. En alternant la position des fils d'avant en arrière, toute interférence électromagnétique externe (par exemple 60 Hz du secteur) affectera les fils d'une quantité égale. L'amplificateur différentiel supprimera alors ce signal de bruit commun.

Étape 4: Amplificateur audio (facultatif)

Si vous souhaitez écouter le signal EMG brut (sans MIDI), vous pouvez ajouter un amplificateur audio à votre circuit EMG. Utilisez une puce d'amplificateur audio LM386N et les résistances et condensateurs nécessaires pour assembler le circuit illustré ci-dessus. La vidéo ci-dessus montre à quoi ressemble un signal EMG brut (enfin, il y a des filtres dans le circuit, mais c'est surtout brut).

Bien que cette étape ne soit pas nécessaire pour déclencher les signaux MIDI, je vous suggère de l'essayer. L'écoute du signal EMG peut être une technique très utile pour le dépannage et le débogage de votre système. Par exemple, s'il y a une forte interférence de 60 Hz provenant de l'alimentation secteur, vous pourrez l'entendre beaucoup plus facilement que vous ne pourrez la détecter lors de l'échantillonnage du signal avec votre Arduino.

L'audio de ma vidéo écrête un peu, mais c'est un exemple assez décent de ce à quoi devrait ressembler un signal EMG propre.

Étape 5: préparer les composants MIDI

Afin d'envoyer le signal MIDI de l'Arduino au périphérique MIDI, nous devons souder l'une des prises MIDI femelles. Vous devriez consulter mon premier Instructable pour un tutoriel plus complet sur la configuration MIDI sur Arduino.

Voici les étapes:

1. Soudez une résistance de 220 Ω à la broche 4 du connecteur MIDI.
2. Soudez un fil de 10 cm de la résistance au connecteur Tx de l'Arduino.
3. Soudez un fil de 10 cm de long à la broche 2 et connectez-le à la terre sur l'Arduino.
4. Soudez un fil de 10 cm de long à la broche 5 et connectez-le à 5V sur l'Arduino.

Une fois que vous avez assemblé l'amplificateur EMG et préparé le câble MIDI vers iPhone, utilisez deux cavaliers pour envoyer les sorties des amplificateurs d'instrumentation aux broches A4 et A5 de l'Arduino.

Étape 6: écrivez le code Arduino

Le pipeline de base pour le code Arduino est le suivant:

1. Mesurer le niveau de bruit de base pour les deux canaux EMG
2. Boucle en continu, mesurant la tension de chaque canal EMG
3. Si le canal EMG contrôlant l'intensité de la note dépasse le seuil, déclenchez une note MIDI sur
4. Utilisez le signal de l'autre canal EMG pour moduler la hauteur de la note

Je vous encourage à essayer d'écrire votre propre code Arduino pour traiter les signaux EMG. Je sais avec certitude qu'il existe un meilleur système de contrôle que celui que j'ai concocté ! Si vous voulez commencer avec mon code, n'hésitez pas à le télécharger ici. Vous pouvez consulter mon référentiel GitHub pour voir les différentes itérations de mon code pendant que je travaillais sur le projet.

Étape 7: assemblez le tout

Si tout s'est déroulé comme prévu, vous devriez pouvoir contrôler votre appareil MIDI en utilisant le signal de vos propres muscles. Assez excitant! Une fois que le projet fonctionne, vous pouvez jouer avec différents schémas de contrôle et explorer différents sons MIDI.

Faites-moi savoir si vous essayez de créer l'un de vos propres appareils MIDI contrôlés par EMG ! J'aimerais savoir comment cela se passe et je serais heureux de répondre à toutes les questions qui se posent en cours de route. Bonne chance!

Deuxième Prix du Concours Capteurs 2017