أداة تدريب معالجة الإشارات الرقمية المتوافقة مع اردوينو
مقال بقلم ميتش ألتمان ، المخترع الذي اخترع جهاز التحكم عن بعد العالمي لإيقاف أجهزة تلفزيون TV-B-Gone ، ومنظم مؤتمرات القرصنةعندما كنت طفلاً ، انجذبت إلى الموسيقى ، وأصيبت بالدهشة لأصوات جهاز
توليف الصوت
Moog من ألبوم
Switched-On Bach لعام 1968. كنت بحاجة لمعرفة كيفية جعل هذه الأصوات! هكذا بدأ تدريب وتصنيع أجهزة التخليق مدى الحياة ، بالتوازي مع
دخولي إلى صناعة التكنولوجيا ، حيث انتهى بي الأمر إلى صنع
TV-B-Gone ، وهي أداة تسمح لك بإيقاف تشغيل جميع أجهزة التلفزيون التي يتم التحكم فيها عن بُعد تقريبًا. منذ اكتساب شعبية TV-B-Gone ، صنعت العديد من المجموعات لصنع الأجهزة الخارجية الممتعة التي أقدمها في جميع أنحاء العالم في
مؤتمرات DIY . عليهم ، يتعلم المبتدئين اللحام ، ويشقون طريقهم إلى عالم الالكترونيات وأجهزة التحكم الدقيقة. تذكر شبابي ، كنت أرغب في تزويدهم بمجموعة
سهلة التجميع والاستخدام ، لكن في نفس الوقت أكون مزجًا موسيقيًا كامل التجهيز.
هكذا
جاء ArduTouch بقيمة 30 دولارًا. يتضمن هذا المشروع لوحة واحدة ولوحة مفاتيح تعمل باللمس و ATMega328P (نفس المعالج المستخدم في Arduino Uno) ومضخم صوت مع مكبر صوت. كما أن لديها مكتبة برامج يمكن أن تكون بمثابة نقطة دخول إلى عالم معالجة الإشارات الرقمية.
كانت أكبر صعوبة في تطوير اللوحة هي العدد المحدود من دبابيس الإدخال / الإخراج على ATMega328P. لقد استخدمت 12 دبابيس للوحة المفاتيح لإدراك نطاق الموسيقى
اللوني بأكمله. تشبه لوحة المفاتيح لوحة المفاتيح
Stylophone - أحد أجهزة المزج التناظرية المفضلة لدي أواخر الستينيات - وتستخدم
مستشعرًا سعويًا للتعرف عليها. يتم استخدام اثنين من المسامير الأخرى لإخراج صوت ستيريو ، والآخران مخصصان لنقل البيانات التسلسلية (يمكن برمجة ArduTouch باستخدام
أدوات التطوير القياسية لـ Arduino ، على الرغم من أن كابل FTDI مطلوب للاتصال بجهاز كمبيوتر). كانت الاتصالات المتبقية كافية فقط لاثنين من الأزرار واثنين من الجهد السيطرة على المزج.
حتى يتمكن الشخص من الحصول على نتائج مسموعة فورًا بعد اللحام ، أضع رقاقة مكبر الصوت LM386 وسماعة الرأس على اللوحة (يتجاوز مكبر الصوت عند توصيل مقبس صوت). تعتبر رقائق DAC باهظة الثمن ، لذا فقد استخدمت
تعديل عرض النبض لترميز قنوات الصوت المجسم الخارجة من ATMega328P.
مرشحات تمرير منخفض لكل قناة ، تتكون من المقاوم ومكثف ، تحويل PWM إلى الصوت.
سوف يفهم مهندسو الإلكترونيات ذوو الخبرة أن دائرة ArduTouch بسيطة. أساس المشروع هو مكتبة برامج توليف صوتية معقدة تستخدم لبرمجة ATMega328P.
من السهل جدًا الحصول على المتحكم الدقيق لإصدار الملاحظات البسيطة. ما عليك سوى توصيل مكبر الصوت بجهات الاتصال ، والتناوب وإيقاف تشغيله ، وإرسال موجة مربعة بترددات مختلفة (هذه التقنية يستخدمها آلان تورينج نفسه في كمبيوتر
Manchester Mark II ). لكن النتيجة هي صوت حاد ، بعيدًا عن اللوحة الغنية لمزج Moog.
لتحسين الصوت ، كنت بحاجة إلى اللجوء إلى المزج الرقمي. وهم يشاركون في إنشاء تمثيلات ثنائية للموجات الصوتية وتشويهها وتحويل هذه الأرقام إلى إشارات تمثيلية. يمكن القيام بذلك بعدة طرق مختلفة ، ويسرني أن ألاحظ أن ArduTouch يدعم الكثير من التقنيات المختلفة ، بما في ذلك استخدام جداول الموجات (باستخدام العينات المخزنة في الذاكرة) وتوليد الأصوات (حساب الصوت أثناء الطيران).
بعد إنشاء التمثيلات الثنائية الأساسية للصوت ، ننتقل إلى المرحلة الحرجة من "التشويه". إذا كنت لا تلعب مع الصوت ، فإنه عادة ما يكون نحيفًا ومعقمًا. يتم الحصول على الأصوات الرائعة بعد التلاعب الديناميكي. ArduTouch قادر على تطبيق العديد من الوظائف والتأثيرات الديناميكية الرقمية ، بما في ذلك اهتزاز ، اهتزاز ، portamento ، وكذلك مرشحات التردد المنخفض والعالي.
يستخدم ArduTouch مكونات قليلة نسبيًا
يمكن للمبتدئين حتى جمعهاعلى الرغم من أن كل ما سبق ليس من الناحية المفاهيمية أمر يصعب تعلمه وفهمه ، إلا أن البرمجة نفسها معقدة للغاية. تقوم مكتبة ArduTouch ، التي أنشأتها أنا وصديقي Bill Alessi ، بإجراء جميع العمليات الحسابية ذات المستوى المنخفض - واستغرق الأمر عامين من أجل إنشائها.
تم تصميم المكتبة لتكون مرنة وتسمح حتى للمستخدمين عديمي الخبرة بإنشاء توليفات جديدة تنتج أصواتًا مختلفة. المزج السميك الذي يجمع بين أربع موجات سن المنشار يأتي مع الطقم ،
ويمكن تنزيل المزج الأخرى
بشكل منفصل . يمكن للمستخدمين المتمرسين معرفة كيفية إنشاء أجهزة توليف من نقطة الصفر عن طريق استدعاء وظائف عالية المستوى. آمل أن يقوم الأشخاص الذين يحبون المشروع بإنشاء أدوات توليف جديدة ومشاركة الكود الخاص بهم معي حتى أتمكن من مشاركتها مع الآخرين.
ولكن حتى عند استخدام المزج الافتراضي ، يكون الصوت جيدًا بشكل غير متوقع لمراقب متحكم منخفض الطاقة (يدعم تردد أخذ العينات يبلغ 15 كيلو هرتز فقط) وأجهزة غير مكلفة. يمكنك الاستماع إلى الكثير من العروض التوضيحية على
قناتي على YouTube .
لتطوير المشروع في المستقبل ، سأستمر في تحسين مكتبة ArduTouch لـ Arduino ووضع أدوات تخليق جاهزة إضافية. أنا أعمل أيضًا على إنشاء نسخة أكثر قوة من ArduTouch ، ومناسبة للعروض. لن تكون مجموعة ، لكنها ستظل متوافقة مع Arduino. سيكون به متحكم 32 بت مع العديد من دبابيس I / O ، DAC ، مجموعة من الذاكرة (التي تسمح
MIDI ) ، شاشة LCD صغيرة ، العديد من الأزرار ومقاييس الجهد ، ومؤشرات LED - وبالطبع ، صوت محسّن.