Raspberry Pi Stompbox Synth modul: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Cilj ovog projekta je staviti zvučni modul zasnovan na Fluidsynth-u u stompbox. Termin "zvučni modul" u ovom slučaju znači uređaj koji prima MIDI poruke (tj. Vrijednost note, jačinu zvuka, visinu tona itd.) I sintetizira stvarne muzičke zvukove. Spojite ovo s MIDI kontrolerom - koji je lagan, jeftin i često vrlo cool (poput tipki za ključeve!) - i imate sintisajzer koji možete beskrajno modificirati i dotjerivati te dizajnirati na način koji odgovara vašem stilu sviranja.

Opći pregled ovog projekta je da uzmemo mali linux računar sa jednom pločom (u ovom slučaju Raspberry Pi 3), priključimo LCD sa znakovima, nekoliko tastera i USB zvučnu karticu (budući da zvuk Pi-a na ploči nije baš dobar)), i ugurajte sve u Hammond 1590bb stompbox (poput onih koji se koriste za gitarske efekte) s nekim vanjskim priključcima za USB MIDI, napajanje i audio izlaze. Zatim konfiguriramo interni softver za pokretanje programa pri pokretanju koji pokreće FluidSynth (odličan, višeplatformski, besplatni sintetizator softvera), kontrolira LCD i omogućuje nam promjenu zakrpa i postavki pomoću tipki.

Neću ulaziti u detaljne detalje korak po korak o ovoj verziji (postoji mnogo tutorijala za hej-i-napravio-a-cool-malinu-pi-case), već ću se umjesto toga pokušati usredotočiti na to zašto sam napravio Različiti izbori u izgradnji i dizajnu. Nadamo se da ćete na ovaj način moći napraviti izmjene koje odgovaraju vašim potrebama, a da se ne zaglavite u stvarima za koje se kasnije pokazalo da ne funkcioniraju.

AŽURIRANJE (maj 2020): Iako je ovo uputstvo još uvijek odlično mjesto za početak ovakvog projekta, napravio sam mnogo poboljšanja i na hardverskoj i na softverskoj strani. Najnoviji softver je FluidPatcher, dostupan na GitHubu - provjerite wiki za mnogo detalja o postavljanju stvari na Raspberry Pi. Pogledajte moje web stranice Geek Funk Labs za stalne vijesti i ažuriranja o SquishBoxu!

Supplies

Ovo je kratka lista (i objašnjenje) najvažnijih komponenti:

• Raspberry Pi 3 računar - Bilo koji linux računar sa jednom pločom mogao bi da radi, ali Pi 3 ima dovoljno procesorske snage za pokretanje Fluidsynth -a bez kašnjenja i dovoljno memorije za učitavanje velikih zvučnih fontova. Nedostatak je loš zvuk na ploči, pa vam je potrebna USB zvučna kartica. CHIP je alternativa koju istražujem (manji prostor, bolji zvuk, ali manje memorije/procesora)
• Hammond 1590BB kućište - predlažem da kupite onu koja je prethodno praškasto lakirana ako želite boju, osim ako vam se sviđa slikanje stompboxova. Pregledao sam mnogo oglasnih ploča, ali mislim da nemam strpljenja ili prave boje, jer su mi rezultati nakon dva pokušaja prilično tako.
• USB zvučna kartica - Prikladnu od njih možete pronaći prilično jeftino. Prema ovom lijepom Adafruit vodiču (jednom od mnogih), trebali biste se držati onog koji koristi CM109 čipset za maksimalnu kompatibilnost.
• LCD sa znakovima - postoji mnogo različitih mjesta za njihovo dobivanje, ali čini se da su raspoznavanja prilično standardna. Pobrinite se da dobijete pozadinsko osvjetljenje kako biste mogli vidjeti unaprijed postavljene postavke dok se igrate u zadimljenim klubovima.
• Trenutni prekidači (2) - Malo teže za nabaviti, ali dobio sam trenutni umjesto prebacivanja kako bih mogao imati više svestranosti. Mogu simulirati prebacivanje u softveru ako želim takvo ponašanje, ali na ovaj način mogu imati i različite funkcije za kratki dodir, dugi pritisak itd.
• Adafruit Perma -Proto šešir za Pi - Ovo mi je pomoglo da LCD i ostale komponente povežem na Pi -jev port za proširenje bez zauzimanja puno dodatnog prostora. Da sam pokušao koristiti običan perfboard, morao bi mi stršati preko stranica Pi da bih se spojio na sve potrebne GPIO pinove. Dvostrana oplata i odgovarajuće montažne rupe također su bile vrlo korisne. S obzirom na sve ovo, to je zaista bila najjeftinija opcija.
• USB konektori-1 ženska utičnica B-tipa za napajanje, i po dvije muške i ženske A-vrste pomoću kojih se mogu napraviti mršavi, fleksibilni produžni kabeli za unutrašnje veze.
• 1/4 "audio priključci - koristio sam jedan stereo i jedan mono. Na taj način stereo može biti priključak za slušalice/mono, ili samo nositi lijevi signal ako je drugi priključak spojen.

Korak 1: Interna elektronika

Povezićemo LCD sa pripadajućim komponentama i dugmad na Pi Hat. Takođe, dodaćemo USB-B i USB-A priključak za povezivanje napajanja, odnosno MIDI uređaj. Donosimo USB-A port jer moramo koristiti jedan od Pi-jevih USB portova za povezivanje zvučne kartice koju želimo imati unutar kućišta, tako da ne možemo imati USB portove u ravnini sa stranom kutije. Koristio sam USB-B port za napajanje jer sam smatrao da bi to moglo podnijeti veću kaznu od Pi-ovog mikro-USB konektora za napajanje, a osim toga nisam mogao pronaći dobru orijentaciju gdje bi konektor ionako mogao biti uz rub kutije.

Morat ćete nožem izrezati tragove između rupa u koje ćete lemiti igle za USB priključke. Samo pazite da ne izrežete bilo koji unutarnji trag na ploči koji povezuje druge pinove - ili ako ih slučajno (poput mene) ponovno spojite pomoću kratkospojnika. Vcc i GND pinovi USB-B priključnice idu na 5V odnosno GND na priključku za proširenje Pi. Na ovaj način možete napajati svoj stompbox pomoću punjača za telefon (pod pretpostavkom da ima dovoljno amperaže - čini se da mi radi 700mA, ali možda ćete više htjeti biti sigurni da USB port ima dovoljno soka za napajanje vašeg kontrolera) i USB A -B kabel.

Smatram da duljine trakastog kabela jako dobro funkcioniraju za povezivanje stvari s mnogo pinova bez previše žičanih špageta. Učinio sam ovo umjesto da zalemim muške zaglavlje u LCD, a zatim ga zalemim u šešir jer sam osjećao da mi treba malo slobode za postavljanje LCD -a kako bih ga mogao lijepo centrirati. LCD bi trebao doći s potenciometrom koji koristite za podešavanje ograničenja - obavezno ga postavite na mjesto gdje neće biti prekriveno LCD -om, tako da možete napraviti rupu u kutiji da dođete do njega i podesite kontrast jednom sve je sastavljeno.

Pogledajte shemu za detalje o tome šta se gdje povezuje. Imajte na umu da su tipke povezane na 3,3 V, a ne na 5 V! GPIO pinovi su ocijenjeni samo za 3.3V - 5V će oštetiti vaš CPU. USB-A priključak se povezuje s drugom trakom vrpčnog kabela, koji zatim možete lemiti na USB utikač koji ćete spojiti na jedan od Pi-ovih USB portova za vaš MIDI kontroler. Odrežite dodatni metal s utikača kako bi manje stršio i upotrijebite vruće ljepilo za ublažavanje naprezanja - ne mora biti lijepo jer će biti skriveno unutar kutije.

Korak 2: Ožičenje audio izlaza

Bez obzira koliko sićušnu USB zvučnu karticu pronašli, ona ili njen utikač vjerovatno će stršati previše od Pi -jevih USB portova da bi sve stalo u kutiju. Dakle, lemite još jedan kratki USB konektor iz nekog vrpčnog kabela, USB utikača i vrućeg ljepila kao što je prikazano na gornjoj slici. Moja zvučna kartica bila je još uvijek previše zrnasta da stane u kućište sa svim ostalim, pa sam odvojio plastiku i zamotao je u neku ljepljivu traku kako se ne bi spojila.

Da biste dobili zvuk sa zvučne kartice na vaše 1/4 "priključke, odrežite kraj 3,5 mm slušalica ili AUX kabela. Provjerite ima li 3 priključka - vrh, prsten i rukav (TRS), za razliku od 2 ili 4. Rukav treba biti uzemljen, vrh je obično desni kanal, a prsten (srednji konektor) obično je lijevi. Mogli biste samo spojiti vrh i prsten na dva mono (TS - vrh, rukav) priključnice od 1/4 "i to je sve s njim, ali možete dobiti još više svestranosti uz malo dodatnog ožičenja. Pronađite TS utičnicu koja ima treći trenutni kontakt, kako je shematski prikazano na gornjoj shemi. Umetanjem utikača prekida se ovaj kontakt, pa se nadamo da iz dijagrama možete zaključiti da će lijevi signal tada ići na TS utičnicu ako je utikač umetnut, te na prsten priključnice TRS ako nije umetnut utikač. Na ovaj način možete priključiti slušalice u stereo priključak, jedan mono kabel u stereo priključak za kombinirani desni/lijevi (mono) signal ili kabel u svakom priključku za odvojene desne i lijeve (stereo) izlaze.

Spojio sam uzemljene priključke utičnica sa kablom koji dolazi sa zvučne kartice, tako da sve u kutiji dijeli isto uzemljenje i izbjegao sam gadno zujanje petlji uzemljenja. Ovisno o tome na što ste priključeni, ovo može imati suprotan učinak - pa ćete možda htjeti uključiti prekidač koji će vam omogućiti da spojite ili "podignete" tlo na priključcima od 1/4 ".

Korak 3: Priprema kućišta

Ovaj korak pokriva izrezivanje rupa u kutiji za ekran, dugmad, konektore itd. I stajališta za epoksidiranje u kućištu za postavljanje Pi šešira.

Počnite postavljanjem svih komponenti u kućište kako biste bili sigurni da sve odgovara i da je orijentirano na pravi način. Zatim pažljivo izmjerite i označite gdje ćete napraviti rupe. Prilikom rezanja okruglih rupa preporučujem da počnete s malim komadom i radite do veličine koja vam je potrebna - lakše je centrirati rupu i manja je vjerojatnost da će vam bušilica zaglaviti. Pravokutne rupe mogu se izrezati bušenjem rupe u suprotnim uglovima predviđenog otvora, a zatim rezanjem ubodnom pilom na druga dva ugla. Ova debljina aluminija zapravo se dobro reže ubodnom pilom sve dok nježno idete. Četvrtasta datoteka je vrlo korisna za izravnavanje uglova otvora. Učinite otvore za USB utikače malo izdašnima u slučaju da imate debele kabele.

Dvostepeni epoksid (poput Gorilla ljepila na slici) dobro funkcionira za pričvršćivanje stakala za šešir na metalno kućište. Pogrebajte površinu kućišta i dno rastojanja malo čeličnom vunom ili odvijačem kako bi epoksid mogao bolje prianjati. Preporučujem da svoje zastoje pričvrstite na Pi šešir prije nego što ih zalijepite kako biste znali da su pravilno pozicionirani - ovdje nema puno prostora za kretanje. Koristio sam samo tri odstupanja jer mi je LCD bio na putu četvrtom. Pomiješajte dvije komponente epoksida, zalijepite dio na držače i pričvrstite ih. Izbjegavajte micanje ili promjenu položaja dijelova nakon više od 10-15 sekundi ili će veza biti krhka. Dajte 24 sata za postavljanje kako biste mogli nastaviti raditi. Potrebno je nekoliko dana da se potpuno izliječi, stoga nemojte nepotrebno naglašavati vezu.

Osim ako ne želite napraviti neki drugi hobi od slikanja stompbox-a, predlažem da aluminij ostavite goli (zapravo nije loš izgled) ili kupite unaprijed obojeno kućište. Boja ne želi da se veže za metal. Ako želite isprobati, izbrusite svuda gdje želite da se boja zalijepi, prvo upotrijebite dobar sprej za tijelo, nanesite nekoliko slojeva boje koju želite, a zatim ostavite da se osuši što je dulje moguće. Ozbiljno - manijaci na oglasnim pločama predlažu stvari poput ostavljanja tri mjeseca na direktnom suncu ili u tosteru na niskoj temperaturi tjedan dana. Nakon brušenja zgužvanih, ljuštenih ostataka mog prvog farbanja, moj drugi pokušaj i dalje dobiva čips i udubljenja od stvari poput olovaka u mojoj torbi, a završetak se može ubosti noktom. Odlučio sam odustati i krenuo u punk stil, koristeći ispisane oznake za natpise.

Korak 4: Postavljanje softvera

Prije nego što sve ubacite u stompbox i dobro zajebete, morate postaviti softver na Raspberry Pi. Predlažem da počnete sa novom instalacijom Raspbian OS -a, pa nabavite najnoviju kopiju sa web lokacije Raspberry Pi Foundation i slijedite tamošnja uputstva da biste je snimili na SD karticu. Uzmite tastaturu i ekran ili upotrijebite konzolni kabel da biste se prvi put prijavili na svoj Pi i došli do naredbene linije. Unesite kako biste bili sigurni da imate najnovije nadogradnje softvera i firmvera

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

sudo rpi-update

Zatim želite biti sigurni da možete koristiti wifi za ssh na Pi i izvršiti izmjene nakon što se zakopča unutar kućišta. Prvo upišite ssh server

sudo raspi-config

i odlaskom na "Interfacing Options" i omogućavanjem ssh servera. Sada dodajte bežičnu mrežu u pi uređivanjem datoteke wpa_supplicant.conf:

sudo vi /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

i dodajući sljedeće redove na kraju:

mreža = {

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

Zamijenite gornju svoju mrežu i svoju lozinku lozinkama s vrijednostima za koju god mrežu želite da se Pi poveže prema zadanim postavkama-najvjerojatnije vaš WiFi ruter kod kuće ili možda žarišna točka na vašem telefonu ili prijenosnom računaru koji radi u načinu pristupne tačke. Druga alternativa za povezivanje s vašim Pi -om je postavljanje kao WiFi pristupne točke, tako da se možete jednostavno povezati s njim bez obzira gdje se nalazite. Sučelje koje sam napisao u nastavku omogućuje vam i uparivanje drugog bluetooth uređaja s Pi, nakon čega se na njega možete povezati pomoću serijskog preko bluetootha.

Da biste instalirali FluidSynth, upišite

sudo apt-get install fluidsynth

Datoteke priložene ovom koraku pružaju sučelje između kontrola stompbox -a i FluidSynth -a i treba ih kopirati u /home /pi direktorij. Evo kratkog objašnjenja o tome šta svaka datoteka radi:

• squishbox.py - Python skripta koja pokreće i komunicira sa instancom FluidSynth -a, čita unos sa dugmadi stompbox i zapisuje informacije na LCD
• config_squishbox.yaml - Konfiguracijska datoteka u (uglavnom) čitljivom YAML formatu koji pohranjuje postavke i informacije o zakrpama za program squishbox
• fluidsynth.py - Python omot koji pruža vezivanje za C funkcije u biblioteci FluidSynth, s mnogo dodatnih vezanja koje sam dodao za pristup većoj funkcionalnosti FluidSynth -a
• ModWaves.sf2 - Vrlo mali zvučni font koji sam pružio za demonstraciju upotrebe i snage modulatora u formatu Soundfont

Imati python skriptu za postavljanje FluidSynth procesa i rukovanje svim gumbima/LCD stvarima funkcionira prilično dobro - MIDI poruke idu direktno u FluidSynth, a skripta stupa u interakciju s njom samo kad je to potrebno.

Python skripti treba nekoliko python biblioteka koje nisu standardno instalirane. Možete ih instalirati direktno iz Python Indeksa paketa pomoću praktičnog alata za pip:

sudo pip install RPLCD pyyaml

Konačno, želite da Pi pokrene python skriptu pri pokretanju. Da biste to učinili, uredite datoteku rc.local:

sudo vi /etc/rc.local

Umetnite sljedeći redak neposredno prije posljednjeg reda 'exit 0' u datoteci:

python /home/pi/squishbox.py &

Korak 5: Završna montaža

Prije stavljanja svih dijelova u kutiju, dobra je ideja da sve uključite i provjerite radi li softver, kao što je prikazano na gornjim slikama. Slike 3-6 prikazuju sve pojedinačne dijelove i postupno kako se uklapaju u moju kutiju. LCD zaslon zapravo drži na mjestu žicama koje ga pritiskaju, ali možete upotrijebiti vruće ljepilo ili dodati još vijaka za montažu ako vam se to ne sviđa. Narančasta ljepljiva traka na poklopcu kutije štiti Pi od kratkog spoja o metal.

Možda ćete morati eksperimentirati i ponovno konfigurirati kako biste prilagodili stvari. Čvrsto je dobro - što se manje dijelova trese po kutiji, to bolje. Čini se da toplina nije problem, a ja nisam imao nikakvih problema s blokiranjem wifi signala od strane kućišta. Na slici nisu neke ljepljive gumene nožice (možete ih pronaći u trgovini gvožđare) na dnu kutije kako ne bi klizile dok ste na sjednici.

Pazite na nepredviđeno udaranje/gnječenje/savijanje kada se stvari spoje. Jednu stvar koju treba provjeriti je da li ima dovoljno prostora za priključke od 1/4 kad su umetnuti kabeli - vrhovi strše malo dalje od kontakata utičnice. Također, u svojoj sam konstrukciji postavio Pi malo preblizu ruba kutije i ruba na poklopcu pritisnuli su kraj SD kartice i pukli je - morao sam zarezati usnu kako se to ne bi dogodilo.

Korak 6: Upotreba

Zvučni modul koji sam opisao u ovim koracima i pokretanje gore navedenog softvera prilično je upotrebljiv i proširiv iz kutije, ali su moguće mnoge izmjene/varijacije. Ovdje ću samo ukratko opisati sučelje - planiram ga stalno ažurirati u github spremištu, gdje ću, nadam se, držati i ažuriranu wiki. Na kraju ću razgovarati o tome kako možete prilagoditi postavke, dodati nove zvukove i napraviti vlastite izmjene.

Za početak, priključite USB MIDI kontroler u USB-A utičnicu kutije, napajanje od 5 V u USB-B utičnicu i spojite slušalice ili pojačalo. Nakon nekog vremena LCD će prikazati poruku "squishbox v xx.x". Kad se pojave broj zakrpe i ime, trebali biste moći puštati note. Kratkim dodirom bilo koje tipke mijenjate zakrpu, držanjem bilo koje tipke nekoliko sekundi otvara se izbornik postavki, a držanjem bilo koje tipke otprilike pet sekundi daje se mogućnost ponovnog pokretanja programa, ponovnog pokretanja Pi ili isključivanja Pi (Napomena: Pi ne prekida napajanje svojim GPIO pinovima kad se zaustavi, pa se LCD nikada neće isključiti. Samo pričekajte oko 30 sekundi prije nego što ga isključite).

Opcije menija postavki su:

• Update Patch - sprema sve promjene koje ste unijeli u trenutnu zakrpu u datoteku
• Save New Patch - sprema trenutnu zakrpu i sve promjene kao novu zakrpu
• Odaberite Banka - konfiguracijska datoteka može imati više skupova zakrpa, što vam omogućuje prebacivanje između njih
• Set Gain - postavite ukupnu izlaznu glasnoću (opcija 'gain' fluidsynth -a), previsoka daje izobličen izlaz
• Chorus/Reverb - izmijenite postavke reverba i refrena trenutnog skupa
• MIDI Connect - pokušajte spojiti novi MIDI uređaj ako ga zamijenite dok je program u toku
• Bluetooth par - prebacite Pi u način rada otkrivanja tako da možete upariti drugi Bluetooth uređaj s njim
• Wifi status - prijavite Pi -jevu trenutnu IP adresu kako biste mogli ući u nju

Datoteka config_squishbox.yaml sadrži informacije koje opisuju svaku zakrpu, kao i stvari poput MIDI usmjeravanja, parametara efekata itd. Zapisana je u YAML formatu, koji je međujezički način predstavljanja podataka koje računari mogu raščlaniti, ali su i ljudski -čitko. Može biti prilično složeno, ali ovdje ga samo koristim kao način za predstavljanje strukture ugniježđenih Python rječnika (asocijativni nizovi/raspršivači na drugim jezicima) i sekvenci (liste/nizovi). Stavio sam mnogo komentara u oglednu konfiguracijsku datoteku i pokušao je strukturirati tako da se može postupno vidjeti šta svaka funkcija radi. Pogledajte i eksperimentirajte ako ste znatiželjni i slobodno postavljajte pitanja u komentarima. Možete učiniti mnogo za promjenu zvukova i funkcionalnosti modula samo uređivanjem ove datoteke. Možete se daljinski prijaviti i urediti ili FTP izmijenjenu konfiguracijsku datoteku poslati u Pi, a zatim ponovo pokrenuti pomoću sučelja ili upisivanjem

sudo python /home/pi/squishbox.py &

na komandnoj liniji. Skripta je napisana kako bi ubila druge pokrenute instance pri pokretanju, tako da neće doći do sukoba. Skripta će izbaciti nekoliko upozorenja u komandnoj liniji dok se pokreće dok traži MIDI uređaje za povezivanje i traži na različitim lokacijama vaše zvučne fontove. Nije pokvaren, ovo je samo lijeno programiranje s moje strane - mogao bih ih uloviti, ali tvrdim da su dijagnostički.

Kada instalirate FluidSynth, dobivate i prilično dobar besplatni zvučni font FluidR3_GM.sf2. GM znači opći MIDI, što znači da sadrži "sve" instrumente, dodijeljene unaprijed dogovorenim unaprijed postavljenim i bankovnim brojevima, tako da će MIDI svirači koji reproduciraju datoteke koristeći ovaj zvučni font moći otkriti otprilike pravi zvuk za klavir, trubu, gajde itd. Ako želite više/različitih zvukova, na Internetu možete pronaći mnogo besplatnog zvuka. Ono što je najvažnije, specifikacija zvučnog fonta je široko dostupna, zapravo je prilično moćna i postoji prekrasan uređivač zvučnih fontova otvorenog koda pod nazivom Polyphone. Ovim možete izraditi vlastite zvučne fontove od sirovih WAV datoteka, a možete dodati i modulatore svojim fontovima. Modulatori vam omogućuju kontrolu mnogih elemenata sinteze (npr. ADSR omotnica, modulacijska ovojnica, LFO itd.) U stvarnom vremenu. Datoteka ModWaves.sf2 koju sam gore naveo daje primjer korištenja modulatora koji vam omogućuje preslikavanje rezonancije i granične frekvencije filtera u MIDI poruku o promjeni kontrole (koja se može poslati pomoću dugmeta/klizača na vašem kontroleru). Ovdje postoji toliko potencijala - igrajte se!

Nadam se da će ovaj vodič izazvati mnogo ideja i dati drugima dobar okvir za izgradnju vlastitih jedinstvenih sintetičkih kreacija, kao i podržati stalnu dostupnost i razvoj dobrih zvučnih fontova, specifikacija zvučnih fontova i sjajnog besplatnog softvera poput FluidSynth i Polyphone. Konstrukcija koju sam ovdje opisao nije ni najbolji ni jedini način da se ovako nešto spoji. Što se hardvera tiče, moguće izmjene mogu biti veća kutija s više gumba, naslijeđeni (5-pinski) MIDI ulaz/izlaz i/ili audio ulazi. Python skripta se može izmijeniti (ispričavam se na oskudnom komentariranju) kako bi pružila druga ponašanja koja bi vam mogla više odgovarati - razmišljam o tome da svakom patchu dodam način rada "efekti" u kojem će se ponašati kao pravi efektni stompbox, mijenjajući postavke na i isključeno. Moglo bi se dodati i neki dodatni softver za pružanje digitalnih audio efekata. Također mislim da bi bilo bolje da se Pi pokrene u WiFi načinu rada kako je gore opisano, a onda bi čak mogao pružiti i prijateljsko web sučelje za uređivanje konfiguracijske datoteke. Slobodno objavite svoje ideje/pitanja/raspravu u feedu za komentare.

Želim dati ogromne mega rekvizite proizvođačima FluidSynth-a i Polyphone-a za pružanje besplatnog softvera otvorenog koda koji svi možemo koristiti za stvaranje odlične muzike. Obožavam koristiti ovu stvar, a vi ste to omogućili!