Syntetický modul Raspberry Pi Stompbox: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Cílem tohoto projektu je vložit zvukový modul založený na Fluidsynthu do stompboxu. Technicky znějící termín „zvukový modul“v tomto případě znamená zařízení, které přijímá MIDI zprávy (tj. Hodnotu noty, hlasitost, ohyb hřiště atd.) A syntetizuje skutečné hudební zvuky. Spojte to s MIDI ovladačem - který je legionářský, levný a často velmi cool (jako keytars!) - a máte syntetizátor, který můžete donekonečna upravovat a ladit a navrhovat tak, aby vyhovoval vašemu hernímu stylu.

Široký přehled tohoto projektu je, že vezmeme malý jednodeskový linuxový počítač (v tomto případě Raspberry Pi 3), připojíme znakový LCD displej, několik tlačítek a zvukovou kartu USB (protože zvuk na palubě Pi není příliš dobrý) a nacpat vše do stompboxu Hammond 1590bb (jako jsou ty, které se používají pro kytarové efekty) s externím připojením pro USB MIDI, napájení a audio výstupy. Poté nakonfigurujeme interní software tak, aby při spuštění spustil program, který spouští FluidSynth (vynikající multiplatformní bezplatný softwarový syntetizátor), ovládá LCD a umožňuje nám měnit patche a nastavení pomocí tlačítek.

Nebudu se podrobně zabývat touto sestavou (existuje spousta návodů k hej-i-made-a-cool-raspberry-pi-case), ale místo toho se pokusím zaměřit na to, proč jsem vytvořil různé možnosti v konstrukci a designu, jak jsem šel. Tímto způsobem můžete doufejme provádět úpravy tak, aby vyhovovaly vašim vlastním účelům, aniž byste se zasekli ve věcech, které se později ukázaly jako nefunkční.

UPDATE (květen 2020): I když je tento instruktáž stále skvělým místem pro zahájení takového projektu, udělal jsem spoustu vylepšení jak po stránce hardwaru, tak softwaru. Nejnovějším softwarem je FluidPatcher, který je k dispozici na GitHubu - podívejte se na wiki, kde najdete spoustu podrobností o nastavení Raspberry Pi. Na mém webu Geek Funk Labs najdete průběžné novinky a aktualizace na SquishBoxu!

Zásoby

Toto je krátký seznam (a vysvětlení) důležitějších součástí:

• Počítač Raspberry Pi 3 - Každý linuxový počítač s jednou deskou by mohl fungovat, ale Pi 3 má dostatečný výpočetní výkon pro provoz Fluidsynth bez latence a dostatek paměti pro načítání velkých zvukových písem. Nevýhodou je špatný integrovaný zvuk, takže potřebujete zvukovou kartu USB. Čip je alternativa, kterou zkoumám (menší rozměry, lepší zvuk, ale méně paměti/procesoru)
• Skříň Hammond 1590BB - doporučuji koupit ten, který je předem práškovaný, pokud chcete barvu, pokud vás nebaví malování stompboxů. Prošel jsem spoustu diskusních panelů, ale myslím, že nemám trpělivost ani správný typ barvy, protože po dvou pokusech jsou moje výsledky docela tak.
• USB zvuková karta - vhodnou z nich najdete docela levně. Podle tohoto krásného tutoriálu Adafruit (jednoho z mnoha) byste se měli držet toho, který pro maximální kompatibilitu používá čipovou sadu CM109.
• Znakový LCD - existuje mnoho různých míst, kde je získat, ale pinouty se zdají být docela standardní. Při hraní v zakouřených klubech zajistěte podsvícení, abyste viděli své předvolby.
• Momentální stompswitche (2) - Trochu hůře se získává, ale místo přepínání jsem dostal momentální, abych mohl mít větší univerzálnost. Mohu simulovat přepínání v softwaru, pokud chci toto chování, ale tímto způsobem mohu mít také různé funkce pro krátké klepnutí, dlouhé stisknutí atd.
• Klobouk Adafruit Perma -Proto pro Pi - To mi pomohlo připojit LCD a další komponenty k portu expandéru Pi, aniž bych zabíral spoustu místa navíc. Pokud bych se pokusil použít běžnou perfboard, musel by trčet přes boky Pi, abych se připojil ke všem potřebným pinům GPIO. Velmi užitečné bylo také oboustranné pokovování a odpovídající montážní otvory. Ve světle toho všeho to byla opravdu nejlevnější varianta.
• Konektory USB-1 zásuvka typu B pro napájení a dva konektory typu A samec a samice, pomocí nichž lze vytvořit úzké a flexibilní prodlužovací kabely pro vnitřní připojení.
• 1/4 "zvukové konektory - použil jsem jeden stereofonní a jeden mono. Tímto způsobem může být stereo konektor pro sluchátka/mono, nebo jen přenášet levý signál, pokud je připojen druhý konektor.

Krok 1: Interní elektronika

K Pi Hat připojíme LCD displej a jeho přidružené součásti a tlačítka. Také přidáme konektor USB-B a USB-A pro připojení napájení a zařízení MIDI. Přeneseme port USB-A, protože musíme použít jeden z portů USB Pi pro připojení zvukové karty, kterou chceme mít uvnitř skříně, takže nemůžeme mít porty USB v jedné rovině s bočnicí krabice. K napájení jsem použil port USB-B, protože jsem cítil, že by to mohlo vyžadovat větší trest než napájecí konektor micro-USB Pi, a navíc jsem nemohl najít dobrou orientaci, kde by konektor mohl být stejně tak na okraji krabice.

Budete muset použít nůž k vyřezání stop mezi otvory, kde budete pájet v pinech pro USB konektory. Jen si dejte pozor, abyste nepřerušili žádné vnitřní stopy v desce spojující ostatní piny - nebo pokud je omylem (jako já) znovu připojíte pomocí propojovacího vodiče. Piny Vcc a GND konektoru USB-B jdou na 5V a GND na portu expandéru Pi. Tímto způsobem můžete svůj stompbox napájet nabíječkou telefonu (za předpokladu, že má dostatečný proud - 700mA se zdá, že mi funguje, ale možná budete chtít více, abyste se ujistili, že port USB má dostatek šťávy pro napájení vašeho ovladače) a kabel USB A -B.

Zjistil jsem, že délky plochého kabelu fungují opravdu dobře pro propojení věcí se spoustou pinů, aniž byste měli příliš mnoho drátěných špaget. Udělal jsem to spíše než pájet mužské hlavičky na LCD a poté je pájet do klobouku, protože jsem cítil, že potřebuji určitou volnost pro umístění LCD, abych ho mohl pěkně vycentrovat. K LCD by měl být dodán potenciometr, který používáte k nastavení kontrastu - ujistěte se, že jste ho umístili na místo, kde nebude zakrytý LCD, abyste do něj mohli vytvořit otvor a jednou upravit kontrast. vše je sestaveno.

Podrobnosti o tom, co se kde připojuje, najdete ve schématu. Všimněte si, že tlačítka jsou připojena na 3,3 V - ne na 5 V! Piny GPIO jsou dimenzovány pouze na 3,3 V - 5 V poškodí váš procesor. Konektor USB-A se připojí k dalšímu pásu plochého kabelu, který pak můžete připájet k USB konektoru, který připojíte k jednomu z USB portů Pi pro váš MIDI ovladač. Odřízněte veškerý kov navíc ze zástrčky, aby méně trčel, a použijte horké lepidlo pro odlehčení tahu - nemusí to být hezké, protože bude skryto uvnitř krabice.

Krok 2: Zapojení zvukového výstupu

Bez ohledu na to, jak malou zvukovou kartu USB najdete, bude pravděpodobně vyčnívat příliš daleko od USB portů Pi, aby se vše vešlo do krabice. Spojte tedy další krátký konektor USB z plochého kabelu, konektorů USB a horkého lepidla, jak je znázorněno na obrázku výše. Moje zvuková karta byla stále příliš robustní, aby se vešla do skříně se vším ostatním, a tak jsem sundal plast a zabalil ho do nějaké lepicí pásky, aby nezkratoval proti věcem.

Chcete -li získat zvuk ze zvukové karty do konektorů 1/4 ", odřízněte konec 3,5mm kabelu pro sluchátka nebo AUX. Ujistěte se, že má 3 konektory - špičku, prsten a pouzdro (TRS), na rozdíl od 2 nebo 4. Pouzdro by mělo být uzemněno, špičkou je obvykle pravý kanál a kroužek (prostřední konektor) je obvykle vlevo. Můžete jednoduše připojit špičku a prsten ke dvěma mono (TS - špičkám, objímkám) 1/4 "konektorům a hotovo s ním, ale můžete získat trochu více univerzálnosti s trochou extra kabeláže. Najděte konektor TS, který má třetí momentový kontakt, jak je schematicky znázorněno na obrázku výše. Vložením zástrčky se tento kontakt rozbije, takže, jak můžete doufat z diagramu poznat, levý signál pak přejde do konektoru TS, pokud je zasunut konektor, a do kruhu konektoru TRS, pokud není zasunut žádný konektor. Tímto způsobem můžete připojit sluchátka do stereofonního konektoru, jeden mono kabel do stereofonního konektoru pro kombinovaný pravý/levý (mono) signál nebo kabel v každém konektoru pro oddělené pravé a levé (stereo) výstupy.

Spojil jsem zemnící kolíky konektorů s kabelem vycházejícím ze zvukové karty, takže vše v krabici sdílí stejnou zem a vyhnu se ošklivému bzučení zemních smyček. V závislosti na tom, do čeho jste zapojeni, to však může mít opačný účinek - možná budete chtít zahrnout přepínač, který vám umožní buď připojit nebo "zvednout" zem na 1/4 "konektorech.

Krok 3: Příprava přílohy

Tento krok pokrývá vyřezávání otvorů v krabici pro obrazovku, tlačítka, konektory atd. A epoxidové distanční sloupky v krytu pro montáž klobouku Pi.

Začněte umístěním všech součástí do skříně, abyste se ujistili, že vše sedí a je správně orientováno. Poté pečlivě změřte a označte, kde budete dělat díry. Při řezání kulatých otvorů doporučuji začít malým břitem a postupovat tak, jak potřebujete - vycentrování otvoru je snazší a méně pravděpodobné, že se vrták zasekne. Obdélníkové otvory lze vyříznout vyvrtáním otvoru v opačných rozích zamýšleného otvoru a poté vyřezáním skládačkou do dalších dvou rohů. Tato tloušťka hliníku ve skutečnosti řezá dobře pomocí skládačky, pokud jdete jemně. Čtvercový soubor je velmi užitečný pro vyrovnání rohů otvorů. Udělejte otvory pro USB konektory trochu velkorysé v případě, že máte tlusté kabely.

Dvoustupňový epoxid (jako lepidlo Gorilla Glue na obrázku) funguje dobře k připevnění podpěr klobouku ke kovovému krytu. Trochu poškrábejte povrch skříně a spodní část distančních sloupků ocelovou vlnou nebo šroubovákem, aby epoxid získal lepší přilnavost. Doporučuji připevnit vaše stojky na čepici Pi, než je slepíte, abyste věděli, že jsou umístěny správně - zde není mnoho místa kroutit. Použil jsem pouze tři odstupy, protože můj LCD stál v cestě čtvrtému. Smíchejte dvě složky epoxidu, vložte některé na distanční sloupky a připevněte je na místo. Vyvarujte se kroutení nebo přemisťování dílů po více než 10–15 sekundách, jinak bude vazba křehká. Dejte tomu 24 hodin na nastavení, abyste mohli pokračovat v práci. Úplné vyléčení trvá několik dní, takže svazek zbytečně nestresujte.

Pokud si z malování stompboxů nechcete udělat další koníček, doporučuji nechat hliník holý (ve skutečnosti to není špatný vzhled) nebo si koupit předem natřený kryt. Barva se nechce lepit na kov. Pokud to chcete zkusit, obrouste všude, kam chcete, aby se barva nalepila, nejprve použijte kvalitní sprejovou barvu na tělo, naneste několik vrstev požadované barvy a poté nechte zaschnout co nejdéle. Vážně - maniaci na vývěskách navrhují věci, jako je nechat to tři měsíce na přímém slunci nebo týden v topinkové troubě. Poté, co jsem zbrousil svraštělé, odlupující se zbytky mého prvního laku, můj druhý pokus stále dostává do mého gig bagu žetony a rýhy z věcí, jako jsou pera, a povrch lze promáčknout nehtem. Rozhodl jsem se poddat se a šel na punkový styl s použitím bílé značky pro nápisy.

Krok 4: Nastavení softwaru

Než vše nacpete do stompboxu a pevně zašroubujete, musíte na Raspberry Pi nastavit software. Doporučuji začít s novou instalací operačního systému Raspbian, takže si pořiďte nedávnou kopii z webu Raspberry Pi Foundation a podle pokynů ji naformátujte na kartu SD. Popadněte klávesnici a obrazovku nebo se pomocí kabelu konzoly poprvé přihlaste ke svému Pi a přejděte na příkazový řádek. Abyste se ujistili, že máte nejnovější aktualizace softwaru a firmwaru, zadejte

sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade

sudo rpi-update

Dále se chcete ujistit, že můžete použít wifi k ssh k Pi a provádět úpravy, jakmile je zapnuto uvnitř skříně. Nejprve zapněte server ssh zadáním

sudo raspi-config

a přejít na „Možnosti rozhraní“a povolit server ssh. Nyní přidejte do pí bezdrátovou síť úpravou souboru wpa_supplicant.conf:

sudo vi /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

a přidáním následujících řádků na konec:

síť = {

ssid = "your-network" psk = "your-heslo"}

Nahraďte výše uvedenou síť a vaše heslo hodnotami pro jakoukoli síť, ke které se má Pi ve výchozím nastavení připojit-nejspíše váš wifi router doma, nebo třeba hotspot na vašem telefonu nebo notebooku běžícím v režimu přístupového bodu. Další alternativou připojení k vašemu Pi je nastavit jej jako přístupový bod wifi, abyste se k němu mohli připojit bez ohledu na to, kde jste. Rozhraní, které jsem napsal níže, vám také umožňuje spárovat jiné zařízení bluetooth s Pi, poté se k němu můžete připojit pomocí sériového připojení přes bluetooth.

Chcete -li nainstalovat FluidSynth, zadejte

sudo apt-get install fluidsynth

Soubory připojené k tomuto kroku poskytují rozhraní mezi ovládacími prvky stompbox a FluidSynth a měly by být zkopírovány do adresáře /home /pi. Zde je krátké vysvětlení toho, co každý soubor dělá:

• squishbox.py - Python skript, který začíná a komunikuje s instancí FluidSynth, čte vstup z tlačítek stompbox a zapisuje informace na LCD
• config_squishbox.yaml - konfigurační soubor ve (většinou) čitelném formátu YAML, který ukládá nastavení a informace o opravách pro program squishbox
• fluidsynth.py - Python wrapper, který poskytuje vazby na funkce C v knihovně FluidSynth, přičemž jsem přidal mnoho dalších vazeb pro přístup k dalším funkcím FluidSynth
• ModWaves.sf2 - Velmi malé zvukové písmo, které jsem poskytl, abych předvedl použití a výkon modulátorů ve formátu Soundfont

Když pythonový skript nastaví proces FluidSynth a zvládne všechny funkce tlačítek/LCD, funguje docela dobře - MIDI zprávy jdou přímo do FluidSynthu a skript s ním interaguje, jen když potřebuje.

Skript python potřebuje několik knihoven pythonu, které nejsou ve výchozím nastavení nainstalovány. Můžete je nainstalovat přímo z Python Package Index pomocí šikovného nástroje pip:

sudo pip install RPLCD pyyaml

Nakonec chcete, aby Pi při spuštění spustil skript pythonu. Chcete -li to provést, upravte soubor rc.local:

sudo vi /etc/rc.local

Vložte následující řádek těsně před poslední řádek „exit 0“v souboru:

python /home/pi/squishbox.py &

Krok 5: Konečná montáž

Před vložením všech kusů do krabice je velmi dobré vše zapojit a ujistit se, že software funguje, jak ukazuje obrázek výše. Obrázky 3-6 ukazují všechny jednotlivé části a postupně, jak se vešly do mého boxu. LCD je ve skutečnosti drženo na místě pomocí drátů, které na něj tlačí, ale pokud se vám to nelíbí, můžete použít horké lepidlo nebo přidat další montážní šrouby. Oranžová lepicí páska na víku krabice má zabránit zkratu Pi proti kovu.

Možná budete muset experimentovat a překonfigurovat, aby věci zapadly. Pohodlné je dobré - čím méně dílů se bude v krabici motat, tím lépe. Zdá se, že teplo není problém a neměl jsem žádné problémy s blokováním signálu wifi skříní. Na obrázku nejsou žádné lepicí gumové nožičky (najdete je v železářství) ve spodní části krabice, aby se při sjíždění nepohybovaly.

Dávejte pozor na nepředvídatelné nárazy/skřípání/ohýbání, když jsou věci sešroubovány. Jedna věc, kterou je třeba zkontrolovat, je, že při zapojení kabelů je dostatek místa pro 1/4 konektory - špičky vyčnívají o něco dále než kontakty konektoru. Také jsem v mé sestavě namontoval Pi příliš blízko okraje krabice a okraj na víku přitlačil na konec SD karty a zacvakl - musel jsem do rtu zařezat zářez, aby se to nestalo.

Krok 6: Použití

Zvukový modul, který jsem popsal v těchto krocích, a provozování výše uvedeného softwaru je docela použitelný a rozšiřitelný po vybalení, ale je možné mnoho modifikací/variací. Zde jen stručně popíšu rozhraní - mám v plánu jej průběžně aktualizovat v úložišti github, kde si snad ponechám i aktualizovanou wiki. Nakonec budu diskutovat o tom, jak můžete vyladit nastavení, přidat nové zvuky a provést vlastní úpravy.

Chcete-li začít, zapojte USB MIDI ovladač do konektoru USB-A na krabici, 5V napájecí zdroj do konektoru USB-B a připojte sluchátka nebo zesilovač. Po chvíli se na displeji LCD zobrazí zpráva „squishbox v xx.x“. Jakmile se objeví číslo a jméno patche, měli byste být schopni hrát noty. Krátké klepnutí na kterékoli tlačítko změní opravu, podržením některého tlačítka na několik sekund se dostanete do nabídky nastavení a podržením některého tlačítka zhruba na pět sekund získáte možnost restartovat program, restartovat Pi nebo vypnout Pi (Pozn. Pi nepřerušuje napájení svých GPIO pinů, když se zastaví, takže se LCD nikdy nevypne. Před odpojením počkejte asi 30 sekund).

Možnosti nabídky nastavení jsou:

• Aktualizovat opravu - uloží všechny změny, které jste provedli v aktuální opravě, do souboru
• Save New Patch - uloží aktuální opravu a všechny změny jako novou opravu
• Zvolte banku - konfigurační soubor může mít více sad oprav, což vám umožní přepínat mezi nimi
• Set Gain - nastavení celkového výstupního objemu (možnost „gain“fluidsynthu), příliš vysoký dává zkreslený výstup
• Chorus/Reverb - upravte nastavení reverbu a chorusu aktuální sady
• MIDI Connect - zkuste připojit nové MIDI zařízení, pokud jej vyměníte za běhu programu
• Bluetooth Pair - přepněte Pi do režimu zjišťování, abyste s ním mohli spárovat další bluetooth zařízení
• Wifi Status - nahlaste aktuální IP adresu Pi, abyste na ni mohli ssh

Soubor config_squishbox.yaml obsahuje informace popisující každou opravu, stejně jako věci jako směrování MIDI, parametry efektů atd. Je napsán ve formátu YAML, což je vícejazyčný způsob reprezentace dat, která mohou počítače analyzovat, ale jsou také lidská. -čitelný. Může to být docela složité, ale tady to používám jen jako způsob, jak reprezentovat strukturu vnořených slovníků Pythonu (asociativní pole/hashe v jiných jazycích) a sekvencí (seznamy/pole). Do ukázkového konfiguračního souboru jsem vložil spoustu komentářů a pokusil jsem se to strukturovat tak, aby bylo postupně vidět, co jednotlivé funkce dělají. Podívejte se a experimentujte, pokud jste zvědaví, a klidně se ptejte v komentářích. Pouhou úpravou tohoto souboru můžete udělat hodně pro změnu zvuků a funkcí modulu. Můžete se vzdáleně přihlásit a upravovat, nebo FTP upravený konfigurační soubor do Pi, poté restartovat pomocí rozhraní nebo zadáním

sudo python /home/pi/squishbox.py &

na příkazovém řádku. Skript je napsán tak, aby při spuštění zabil ostatní spuštěné instance, takže nedojde ke konfliktům. Skript vypustí několik varování na příkazový řádek, když běží, když hledá připojení MIDI zařízení a hledá vaše zvuková písma na různých místech. Není to zlomené, je to z mé strany jen líné programování - mohl bych je chytit, ale tvrdím, že jsou diagnostické.

Když nainstalujete FluidSynth, získáte také docela dobré bezplatné zvukové písmo FluidR3_GM.sf2. GM je zkratka pro obecné MIDI, což znamená, že obsahuje „všechny“nástroje přiřazené k běžně dohodnutým předvolbám a číslům bank, takže MIDI hráči, kteří přehrávají soubory pomocí tohoto zvukového písma, budou schopni najít zhruba správný zvuk pro klavír, trubku, dudy atd. Pokud chcete více/jiný zvuk, můžete na internetu najít spoustu bezplatných zvukových souborů. A co je nejdůležitější, specifikace zvukového písma je široce dostupná, je ve skutečnosti docela výkonná a pro zvukové fonty s názvem Polyphone existuje nádherný open-source editor. Díky tomu můžete vytvářet vlastní zvuková písma ze surových souborů WAV a navíc můžete do svých písem přidat modulátory. Modulátory vám umožňují ovládat mnoho prvků syntézy (např. Obálka ADSR, modulační obálka, LFO atd.) V reálném čase. Soubor ModWaves.sf2, který jsem zahrnul výše, poskytuje příklad použití modulátorů, které vám umožní mapovat rezonanci filtru a mezní frekvenci na MIDI zprávu o změně ovládání (kterou lze odeslat tlačítkem/posuvníkem na vašem ovladači). Tady je tolik potenciálu - jděte hrát!

Doufám, že tento tutoriál vyvolá spoustu nápadů a poskytne ostatním dobrý rámec pro budování vlastních jedinečných syntetických výtvorů, stejně jako podporu pokračující dostupnosti a vývoje dobrých zvukových filtrů, specifikací zvukových písem a skvělého bezplatného softwaru, jako jsou FluidSynth a Polyphone. Stavba, kterou jsem zde nastínil, není ani nejlepší, ani jediný způsob, jak něco takového dát dohromady. Na straně hardwaru mohou být možnými úpravami větší krabice s více tlačítky, starší (5kolíkový) MIDI vstup/výstup a/nebo audio vstupy. Skript pythonu lze upravit (omlouvám se za mé řídké komentáře) tak, aby poskytoval jiné chování, které by vám mohlo lépe vyhovovat - uvažuji o přidání režimu „efektů“do každé opravy, kde bude fungovat jako skutečný efektový stompbox, přepínat nastavení na a vypnuto. Dalo by se také přidat nějaký další software pro poskytování digitálních zvukových efektů. Také si myslím, že by fungovalo lépe, kdyby Pi běžel v režimu WiFi AP, jak je popsáno výše, a pak by to dokonce mohlo poskytnout přátelské webové rozhraní pro úpravu konfiguračního souboru. Neváhejte a pošlete své vlastní nápady/dotazy/diskuse do zdroje komentářů.

Chci dát obrovské, mega rekvizity výrobcům společností FluidSynth a Polyphone za poskytnutí bezplatného softwaru s otevřeným zdrojovým kódem, který můžeme všichni použít k vytváření skvělé hudby. Rád tuto věc používám a vy jste to umožnili!