Teensy - syntetizátor

[roboulbricht]

Navrhovanie syntetizátorov pomocou mikrokontrolérov je obľúbenou zábavkou domácich majstrov, ale výsledok má väčšinou nie práve najkrajší 8-bitový zvuk. Ono sa to dá, ale potrebujete na to trošku lepší mikrokontrolér. Dobrým príkladom sú napríklad Pocket Operatory, kde vo veľkosti bežnej kalkulačky získate veľmi slušný syntetizátor za pár desiatok Eur (vo vnútri je Silicon Labs EFM32 Gecko).

Toto je prvé video zo série, ktorá sa venuje návrhu syntetizátora pomocou mikrokontroléra Teensy 3.2. To je 32-bitový mikrokontrolér, ktorý je dobre integrovaný do IDE Arduina. Používa na to Teensy a Audio Board, čo je šikovná doska, na ktorej je všetko audio-príslušenstvo zapojené a poskytuje 16-bitové rozlíšenie na všetko (vstupy aj výstupy). Dá sa to používať aj bez toho, ale potom je audiokvalita výstupov nižšia.

Vo videu ukazuje základné naklikanie objektov audioknižnice v online nástroji, ktoré vytvárajú samotný kód syntetizátora, ako to nahrať do mikrokontroléra a ako to celé spustiť.


https://www.youtube.com/watch?v=UJcZxyB5rVc

PO
https://www.teenageengineering.com/products/po

Teensy 3.2
https://www.mouser.sk/ProductDetail/Spa ... EAXueZA%3d

Audio Board
https://www.mouser.sk/ProductDetail/Spa ... 0HYxqp0%3d

Teensy homepage
https://www.pjrc.com/teensy/
https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_Audio.html
https://www.pjrc.com/teensy/gui/index.html

[roboulbricht]

Druhé video o tvorbe syntetizátora. Vo videu vytvorí syntetizátor z dvoch oscilátorov s pílovitým priebehom a jedným oscilátorom ružového šumu. To má napojené do mixu, ktorého výstup ide na i2s výstup (Audio Board). Na oscilátoroch má nastavené pevné frekvencie.

Ovláda to cez program Pure Data, kde k oscilátorom vytvorí 3 posuvníky, ktoré odosielajú údaje cez MIDI do Teensy vo forme MIDI Control Change Messages. V závere potom mixuje jednotlivé oscilátory a ukazuje, ako sa to prejavuje na výslednom zvuku.


https://www.youtube.com/watch?v=qWd60HWCCVI

[Tribec Zacks]

zdar robo, nechcem byt zly, ale teensy stoji 20e, ten audio modul dalsich 15e, a decentny "8bit" syntak ide urobit aj podstatne lepsie a lacnejsie, a aj na tebou oblubenom a propagovanom arduine. tento typek na videu akurat tak lepi dokopy vsetku robotu co urobil niekto iny a to je presny vysledok vsetkych arduinistov. ludi co to vedia je kopa, preco nepostovat a nepropagovat radsej linky a navody kde sa riesi problematika podstaty a nie podstata lepenia ?! a nemusia to byt hardcore projekty, ale skor tych ludi viest zapnut hlavu a trochu sa potrapit, nieco naucit, 10x sa popalit, ale potom si zasluzene povedat ze to clovek dokazal ?!

Navrhovanie syntetizátorov pomocou mikrokontrolérov je obľúbenou zábavkou domácich majstrov, ale výsledok má väčšinou nie práve najkrajší 8-bitový zvuk. Ono sa to dá, ale potrebujete na to trošku lepší mikrokontrolér. Dobrým príkladom sú napríklad Pocket Operatory, kde vo veľkosti bežnej kalkulačky získate veľmi slušný syntetizátor za pár desiatok Eur (vo vnútri je Silicon Labs EFM32 Gecko).

ak sa tym zivis tak to akceptujem, ale ide to aj na avr. len to treba vedet a nie lepipt:
https://www.youtube.com/watch?v=NV6IFOVY-go


PS: stavba syntaku je nieco nenormalne zaujimave kde sa da naucit milion roznych veci s nenormalne dobrym balancom zabavy vs frustracie aj ked na to ide clovek od piky. taku stavbu odporucam, lepit takuto zlataninu je strasna skoda.
PS2: vyde to podstatne lacnejsie na stm32f103 s vystupom na integrovany DAC (2e)

sry za kritiku

[roboulbricht]

Tribec, ty si si vypichol z toho ako cieľ minimálnu cenu. Ale nemali by sme podliezať aspoň minimálnu kvalitu zvuku, ktorú zo svojho dielka nakoniec dostaneš. Lebo cieľom tvorby syntetizátora je snáď to, aby som si ako výsledok mohol zahrať tak, aby som s tým mohol predstúpiť minimálne pred vlastnú manželku, keď už nie pred publikum. Čiže musím zohľadňovať viac parametrov.

• Cena súčiastok
• Cena mojej práce
• Koľko času môžem denne venovať práci na syntetizátore
• Koľko času budem programovať od 0 všetky možné moduly, počnúc spracovaním MIDI, končiac výsledným zvukom
• Aby som to aj dokončil, ináč som peniaze vyhodil von oknom
• Kvalita výsledku

Podľa profilu máš 36 a žiješ v Írsku. Čiže by si mohol mať manželku, 1-2 deti, hodinovú mzdu dajme tomu 20 Eur a hypotetické 2 hodiny, ktoré tomu vieš venovať denne. Otvorme si nejaký zoznam syntetizátorov, aby sme sa mohli orientovať a nájsť niečo, podľa čoho budeme tvoriť a zoraďme si to podľa ceny.
https://www.muziker.sk/syntetizatory-a-pracovne-stanice
Dospejeme k tomu, že by sme mohli mať

• Pocket operator za 50-120
• Korg Volca za 130
• Korg Monologue za 220
• Yamaha Reface za 300
• A vyššie z cenou už ani nepoďme, lebo to je už aj tak mimo schopností domácej tvorby

Takže máme pár Eur na súčiastky a 15 hodín na hardvér a programovanie dokopy. Za 15 hodín zlepíš (tvoj výraz) niečo, s čím nebudeš vôbec spokojný a ešte si aj tak budeš musieť k tomu kúpiť za 50 Eur MIDI keyboard, aby si si aspoň trošku zahral. Dal si dobrý príklad na presne toto v tom videu, čo si linkoval. Chlap sa na tom narobil a nedosiahol ani náhodou k tomu, čo si vytýčil. Najprv pre porovnanie jeho video, kde je počuť výsledný 8-bitový zvuk. Hanlivo sa tomu hovorí chipsound, čo je zvuk ktorý je charakteristický tým, ako vzniká. Čiže na začiatku je zdroj signálu s obdĺžnikovým priebehom, čo je zdrojom obrovského množstva vyšších harmonických, ktoré sa zle filtrujú a výsledkom je ten cvrlikavý zvuk, ktorý je počuť vo videu.

https://www.youtube.com/watch?v=NV6IFOVY-go

Podľa jeho vlastných slov sa snažil napodobniť Korg DS-10 z Nintenda, čo je nejaký soft, emulujúci rôzne staršie syntetizátory. Tu je ukážka toho, čo asi tak chcel dosiahnuť. Vidno, že programátori v Korgu sa celkom snažili a dosiahli v rámci možností asi maximum, čo vie Nintendo. Netuším čo je za mikrokontrolér v Nintendo, ale ak je to 8-bit, tak klobúk dole pred nimi.

https://www.youtube.com/watch?v=8UB1AZPXJoA

No a na záver tu je video syntetizátora z roku 1978, kompletne analógového, ktorý poslúžil ako základ na vytvorenie druhého videa. Korg MS-10. Kto by si na niečom takomto nechcel aspoň trošku zahrať? Na to, kedy to postavili, je výsledok úžasný. 40 rokov starý zvuk. Aj netrénované ucho počuje, že sme na úplne inej úrovni.

https://www.youtube.com/watch?v=AJGixo9E1K8

[roboulbricht]

V treťom videu o Teensy syntetizátore pripojil MIDI keyboard. Používa USB model, ktorý sa pripojí k počítaču. Preto v Pure Data doplnil MIDI In a prepojil ho priamo na MIDI Out, čím dosiahol to, že každú notu z keyboardu prenesie do Teensy.

Potom tam ešte doplní objekt Vradio s piatimi položkami. Tým vytvorí číslo, ktoré nadobúda hodnoty 0-5 a toto číslo odosiela cez MIDI Control Change tiež do Teensy. V minulom príspevku som spomenul, že v Teensy má vytvorené dva oscilárory. Toto číslo využíva tak, že na prvom oscilátore hrá tú istú notu, ako ide z MIDI keyboardu a na druhom ju posúva o -2 až +2 oktávy. Kto nie je zbehlý v technickej podstate hudby, posun frekvencie tónu o jednu oktávu znamená zdvojnásobenie frekvencie. A posun frekvencie presne o jednu oktávu je ľudskému uchu strašne príjemné, preto aj jeho posuny na druhom oscilátore vnímate ako zaujímavé zhutnenie pôvodného zvuku. Takto to aj bežne používajú hudobníci, keď hrajú napríklad nejaký akord, tak automaticky zdvoja základnú notu akordu a zahrajú ju aj o oktávu nižšie, napriek tomu, že v notách to napísané nemajú.

Posledná zaujímavá vec na videu je to, ako sa vysporiadal s tým, že má vytvorený monofonický syntetizátor (v jednej chvíli iba jedna nota hrá) a pokúša sa hrať naraz viac kláves. Má v programe definovaný buffer na MIDI noty typu LIFO. Do buffera vkladá noty tak ako boli postupne stlačené a pri ich uvolnení odstráni notu z buffera a ak je tam ešte nejaká nota pod ním, zahrá opäť ju. Dosahuje tak zdanie polyfónie.

https://www.youtube.com/watch?v=IoADj8dvTQc

[roboulbricht]

Štvrté video o Teensy syntetizátore. ADSR je v zjednodušenej podobe obálka, ktorá tvaruje hlasitosť tónu. To dáva zahranému tónu vierohodnosť, pretože ak si predstavíte zvuk, ktorý vznikne po stlačení jednej klávesy na piáne, tak tesne po stlačení máte najsilnejší zvuk, ktorý postupne doznieva. Veľmi podobne sa zvuk tvaruje v syntetizátore, kde môžete nastaviť jeho nábeh (A), potom stíšenie (D) na úroveň (S), kde zvuk ostáva na jednej hlasitosti až do pustenia klávesy, po ktorom sa stíši hlasitosť na 0 (R). Ako rýchlo sa jednotlivé kroky udejú, tak to má obrovský vplyv na výsledný zvuk.

Druhá časť videa rieši už len skrášlenie nastavovacích prvkov v PureData, čo je časť, ktorú môžete pokojne ignorovať.



https://www.youtube.com/watch?v=wHkcb9NAnzs

[roboulbricht]

Trošku odbehnem od Teensy, ale iba trošku, lebo toto sa dá robiť aj s normálnym Arduino Uno. Jedná sa o syntetizátor MOOG Werkstatt-01, ktorý je možné ovládať aj signálmi zvonku a teda aj z hocijakého Arduina. Video je v tomto prípade samovysvetľujúce, ale to je iba jedna z možností, čo sa s tým dá robiť. Syntetizátor je tak-tak na hrane ceny pre bežného smrteľníka 240 EUR.

Vo videu to celé otvorí, napojí si GND na GND v Arduine a cez low-pass filter to ovláda pomocou PWM signálu.


https://www.youtube.com/watch?v=ZSWdRLwKD8s

Linky
https://www.moogmusic.com/products/werkstatt-01
https://www.muziker.sk/moog-werkstatt-01
https://blog.arduino.cc/2015/01/19/ardu ... -more-fun/

[roboulbricht]

Ďalší zaujímavý modulárny systém analógového syntetizátora, ktorý si priam pýta, aby sa do jeho prepojovacích vodičov vopchalo Arduino. Od švédskej firmy Teenage Engineering. 3 rôzne moduly na spôsob IKEA. Ceny sú od 149 - 499 za najväčší. Zdanlivo vysoké, ale v tejto kategórii sa pohybujú nástroje v cenách od 1000 hore.

Niečo pre domácich majstrov, ktorí chcú mať skladačku analógového syntetizátora na spôsob IKEA alebo Lego.

Z ich homepage
https://teenage.engineering/products/po/modular
https://teenage.engineering/_img/5c41da ... iginal.pdf

Reportáže z výstavy NAMM 2019
https://ask.audio/articles/teenage-engi ... tor-synths
https://www.engadget.com/2019/01/18/tee ... lar-synth/

Propagačné video
https://www.youtube.com/watch?v=xGxi2htza0w


Behind the scenes
https://www.youtube.com/watch?v=_jGhbWxPPU0

[roboulbricht]

Piate video o Teensy syntetizátore. Tu sa už dostávame k zaujímavému zvuku. Konečne je vidno, načo mu boli už v prvom videu dva oscilátory. Doplnil do programu dve dôležité funkcie. Prvou je výber tvaru, ktorý si môže vybrať medzi sínusovým, trojuholníkovým, pílovým a obdĺžnikovým signálom. Toto môže urobiť na každom oscilátore samostatne.

Druhou dôležitou zmenou je možnosť na druhom oscilátore použiť funkciu detune. To si treba predstaviť ako možnosť upraviť frekvenciu druhého oscilátora až o 5 percent smerom nižšie. To dáva výslednému zvuku na zaujímavosti, pretože sa začnú miešať dve skoro rovnaké frekvencie a v uchu to veľmi zvláštne vibruje. Najmä keď sa to použije na nízkych tónoch, tak ako to ukazuje vo videu. Samozrejme to s detune netreba preháňať, je počuť že keď to potiahne na vyššiu hodnotu, že to už začína byť nepríjemne a rozladené.


https://www.youtube.com/watch?v=RQWKPd6XH54

[roboulbricht]

Šieste video v poradí. Doplnil nový objekt filter a zapojil ho ako low pass filter. Zjednodušene to funguje rovnako ako podobné zapojenie, ktoré sa dá urobiť aj pomocou súčiastok. Do filtra idú dva parametre, hraničná frekvencia a hodnota rezonancie. Filter je dosť náročná funkcia a berie si 4 percentá výkonu Teensy.


https://www.youtube.com/watch?v=6VDNHlFealo

[roboulbricht]

Ďalší zaujímavý polotovar pre tvorcov syntetizátorov. Teraz je to koncept, ktorý možno poznáte z profi hudobného sveta v podobe Novation CIRCUIT. V podstate je to matica tlačidiel v násobkoch 4x4, pod ktorými je RGB LED. To umožňuje vytvárať sekvencéry, kde rovno vidíte, kde sa práve v takte nachádzate, alebo je to len v podobe klaviatúry, kde tie tlačidlá predstavujú jednu oktávu.

Polotovar navrhla firma Adafruit a volá sa to Adafruit NeoTrellis M4 with Enclosure and Buttons Kit Pack. Zalinkoval som tento konkrétny, ktorý obsahuje PCB, silikónové tlačidlá a plastovú krabičku. Ale predávajú sa aj jednotlivé diely. Tento komplet stojí 60 USD, čo je dobrá cena. Jadrom systému je ATSAMD51 od Microchip.

• ATSAMD51 32-bit Cortex M4 core running at 120 MHz (32-bit, 3.3V logic and power)
• Hardware DSP and floating point support
• 512 KB flash, 192 KB RAM
• Native USB that can act as a true USB MIDI device if you like.
• 8 MB SPI FLASH chip for storing files and CircuitPython code storage.
• 4x8 elastomer pads with fully diode'd matrix - no ghosting!
• 4x8 NeoPixels for each pad, glows through the elastomer buttons

Programuje sa to klasicky cez Arduino IDE. Je k tomu hŕba knižníc na každú elementárnu operáciu a jadrom je modifikovaná verzia PJRC Audio System Design Tool and Audio library, ktorú som už spomínal v prvom príspevku.


https://www.youtube.com/watch?time_cont ... wuSTrSAAhw

Toto si pretočte na 2:52

https://youtu.be/57uv1nAAOBk?t=172

Novation CIRCUIT
https://www.muziker.sk/novation-circuit

Adafruit NeoTrellis M4 with Enclosure and Buttons Kit Pack
https://www.adafruit.com/product/4020

Tutorial
https://learn.adafruit.com/synthesizer- ... l?view=all

[roboulbricht]

Ďalšia zaijímavá krabička, tentoraz od Korg. Korg Volca Modular. Modulárny syntetizátor takzvaného west coast druhu. Všimnite si tie odlamovacie lišty a kábliky do breadboardov. To si priam pýta pripojenie Arduina, ktoré môže pomocou analógového vstupu čítať výstupné signály zo syntetizátora a zase naspäť posielať modifikované napätie do syntetizátorového vstupu. Syntetizátor vydali už začiatkom roka, ale väčšina videí sa sústreďovala iba na vydávanie zúfalých pazvukov. V tomto videu je aj náznak reálnej hudby.


https://www.youtube.com/watch?v=c4swgCCSDbY

Linky
https://www.muziker.sk/korg-volca-modular
https://www.korg.com/us/products/dj/volca_modular/

[roboulbricht]

Bitty, vreckový bicí automat. Informácie o tom sú rafinovane poskrývané v textoch, ale základom je ATmega328 (asi) a Arduino knižnica Mozzi. Je to v podstate štvortlačítkový nástroj, ku ktorému sú pridané dva potenciometre. Stlačenie tlačidla prehrá samplovaný zvuk, jeden potenciometer mení výšku tónu a druhý je čosi ako autofire na joysticku, keď spôsobuje periodické prehratie sampla pri stále stlačenom tlačidle. Ukážka vo videu je dostatočná na to, že to vie produkovať rytmickú hudbu a že autor s tým pár hodín usilovne cvičil. Pohodlie pre prsty asi nebude dokonalé, nakoľko z druhej strany (ktorú nikdy nevidíte) sú všetky súčiastky a pravdepodobne 2 AAA batérie.

Cenu ponechajme stranou, najlacnejšiu verziu ponúkajú za 78 dolárov. Potom sú ešte za 88 a 98 a viac. Presvedčili 353 ľudí a získali na Kickstarteri 57 000 dolárov. Na porovnanie, Pocket operator vyššej triedy je za porovnateľnú cenu, ale podľa otázok pod videom na na Kickstarteri, ľudia o tom aj vedia a napriek tomu sa vypytujú, či by to išlo synchonizovať s PO. Takže asi niečo na tom nepohodlnom dizajne napriek tomu láka.

Vráťme sa k tomu Mozzi. Okrem Arduina je to už portované aj na Teensy, ESP8266 a prípadne na tie extra lacné STM32duiná z Ebay. Treba si preklikať stránky projektu, tam je vysvetlené, ako sa pripájajú výstupy. Na Bitty sa nič o tom nepíše, ale z popisu sa dá vydedukovať, že asi používajú dvojpinový mód nazývaný HIFI. Aj podľa zvuku vo videu sa zdá, že kvalita je vyššie od 8bit.

Na stránkach tohto fóra je populárne, že si odporcovia Arduina radi kopnú do Arduino knižníc a naznačujú, že ich výtvory majú rádovo inú kvalitu. Osobne by som celkom rád videl, či by si reálne trúfli na čosi tak veľké ako je Mozzi. Ak sledujeme dianie vo fóre (polomŕtvom) o úroveň vyššie, za posledné dva-tri roky sa tam nezjavil zdroják, čo by sa aspoň trochu blížil bežnej Arduino knižnici, ktorých sú každý mesiac publikované desiatky na GitHub. Ale verme tomu, že je to len preto, že tvorcovia ne-Arduino vecí len nemajú čas sa so svojou prácou pochváliť. A že Mozzi by určite nebola nezdolateľný výzva.


https://www.youtube.com/watch?v=T8OdetwIe0E

Linky
https://www.kickstarter.com/projects/10 ... escription
https://sensorium.github.io/Mozzi/
https://github.com/sensorium/Mozzi

[roboulbricht]

Siedmy diel. Pitch Bend koliesko. Trošku nudná epizóda, kde je skoro všetok priestor venovaný výpočtom. Pitch Bend koliesko je ťažko zohnateľná súčiastka a keď ju aj zoženiete, stojí skoro toľko ako lacnejší MIDI kontrolér so zabudovaným Pitch Bend. A pokiaľ nemáte cit na to, kedy použiť túto funkciu na jemnú úpravu frekvencie tónu, dosiahnete prapodivné výsledky, ktoré nebudú znieť veľmi dobre.


https://www.youtube.com/watch?v=O1TU3DiBy4E

[roboulbricht]

Diel číslo 8. LFO - Low Frequency Oscillator. Zjednodušene možno povedať, že je to zmena parametrov pomocou nízkej frekvencie, čo vytvára efekty, ako keby ste krútili niektorým potenciometrom na syntetizátore hore a dolu. Potenciometer môže ovládať rôzne parametre a to vytvára najrôznejšie jemné variácie v zvuku. LFO tieto veci robí rýchlo a presne za vás a hudobník si obvykle iba nastaví, čo sa má modifikovať a potom si už len hrá noty. Vo videu nastavuje LFO na filter a na výšku tónu. Treba si to pustiť a minimálne polovica videa dáva dostatok hudobných ukážok, ako to vlastne funguje.



LFO
https://en.wikipedia.org/wiki/Low-frequency_oscillation

Video
https://www.youtube.com/watch?v=zphkBTkOIyQ

[roboulbricht]

Diel číslo 9. MIDI. V predchádzajúcich epizódach bolo Teensy zapojené cez USB ako MIDI. Toto zapojenie stále zostalo, ale pridal aj klasický 5-kolíkový MIDI vstup. Zapojenie MIDI je notoricky známe a aj v tomto prípade sa v schéme drží doporučení. V zapojení má optoizolátor, ktorý oddeľuje jeho MIDI sekvencér SQ-1 od Teensy. Na konci videa je vidno aj ako spracúva Teensy signály z oboch zdrojov a z SQ-1 idú noty a z PureData zase CC správy, ktorými menil parametre syntetizátora aj v predchádzajúcich dieloch.



Video
https://www.youtube.com/watch?v=l34CNfwfuIY

SQ-1
https://www.korg.com/us/products/dj/sq_1/

[roboulbricht]

Diel č. 10. Od Pure Data k hardvéru.

V predchádzajúcich dieloch mal všetky ovládacie prvky v počítači v programe Pure Data a cez MIDI si parametre posielal do Teensy. Teraz ukazuje, ako pripojiť 15 potenciometrov cez analógový multiplexer a aký algoritmus používa na to, aby nestrávil priveľa času pri kontrole jednotlivých potenciometrov.



YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=Inwbu9DgVeU

[roboulbricht]

Diel č. 11. Plošný spoj a hliníková krabička

Dosť podrobne popisuje, ako čo navrhoval, aby sa mu tam pomestili všetky konektory a potenciometre a ukazuje aj, ako sa vŕta krabička a ako na ňu nalepil popisky.



https://www.youtube.com/watch?v=n6PceuBUDh4

[roboulbricht]

Posledné video je demo skladba. Na toto mnoho amatérskych tvorcov syntetizátorov zabúda. Vytvoria syntetizátor a venujú veľa času tomu, aby predviedli, aké jednotlivé zvuky vedia vytvoriť. Ale hotová skladba je omnoho lepším dôkazom schopností autora. A táto elektronická skladba sa aj dá počúvať.



https://www.youtube.com/watch?v=wJhsmv5iIBk

[roboulbricht]

Objavil som ďalší zaujímavý syntetizátor z Teensy. Volá sa Synthetica. Na jednej doske kombinuje Teensy a dotykové ovládanie. To má rozdelené na dva bloky. V ľavom bloku si vyberá základný tón a v pravom bloku môže zahrať ostatné noty. Tie sa vyberajú relatívne voči základnej note, takže vždy vlastne hrá nejakú notu z akordu. Ak som to z jeho vysvetlenia správne pochopil, to rozmiestnenie dotykových plôch v pravom bloku je urobené tak, že keď prebehne prstom po plochách z jednej alebo druhej strany, tak postupne trafí jednotlivé tóny akordu. Okrem toho tam je niekoľko potenciometrov, ktorými výsledný zvuk tvaruje.

Na GitHube má pekne zalinkované aj súčiastky na Mouser, takže kto by chcel jeho dielo napodobniť, bude to mať jednoduchšie. Používa 2 špeciálne súčiastky.

• QT2120 - Capacitive Touch Sensors SQTouchADC for BSW Proximity Detection
• CS4344 - Audio D/A Converter ICs Stereo DAC 24-Bit 192kHz

https://youtu.be/qKJA9doyT88
https://www.benjaminpoilve.com/projects ... tica.html#
https://github.com/BenjaminPoilve/Synthetica