DIY基于Raspberry Pi的哈克斯管

“哈克斯管是一種類似薩克斯管的電子樂器。”

什么是哈克斯管（Haxophone）?

薩克斯風是一種類似薩克斯的電子樂器。它被設計成一種價格低廉、可完全定制的旅行薩克斯風。您永遠無法獲得與真正薩克斯管相同的表現(xiàn)力或音色深度。但有了哈克斯管，無論您身在何處，都可以獨自或與朋友一起演奏。機械音鍵和獨特的人體工學設計賦予它與眾不同的滿足感。

設計完全開放，包括軟件和硬件。這意味著，從改變按鍵開關的類型到制作自己的音符和樂器映射，你都可以將其變成自己的東西。

項目目標

制造一支吹奏起來既有趣又令人滿意的旅行薩克斯風。

制造一種指法與薩克斯管相同的樂器，以便將在哈克斯管上形成的肌肉記憶直接轉移到您的主號角上。

保持低成本，低于 100 美元。

易于制造。

保持設計簡單、堅固和可維修，以最大限度地降低維護成本。使用電腦鍵盤上廣泛使用且經過實戰(zhàn)檢驗的機械按鍵就是這一原則的一個應用實例。

完全可破解和定制。

如何工作？

Haxophone 設計為 Raspberry Pi 系列單板計算機的 HAT（Hardware Attached on Top）。

HAT 是一種特殊的鍵盤，其布局與薩克斯管相同。它還包括一個吹嘴和一個用于檢測呼吸強度的壓力傳感器。HAT 還包括一個音頻放大器，因此它不依賴于 Raspberry Pi 3 和 Raspberry Pi 4 內置的放大器。正因為如此，HAT 也能與最便宜的 Raspberry Pi Zero 一起使用。

在 Raspberry Pi 上運行的軟件為：

haro-rs：這是一個驅動程序，用于檢測按鍵、呼吸并將其轉換為音符。它由 Rust 編寫，并在 Raspberry Pi 上編譯成本地應用程序。

fluidsynth：這是一款將音符轉換成聲音的合成器軟件。

機械設計

為了降低成本，HAT PCB（印刷電路板）是 Haxophone 物理結構不可分割的一部分。這意味著按鍵開關、拇指托、吹嘴和 Raspberry Pi 都直接連接到 PCB 上。側鍵（左手掌鍵和右手指關節(jié)鍵）安裝在較小的印刷電路板上，并通過直角金屬支架連接到主印刷電路板上。這些較小的印刷電路板可從設計中分離出來。這就降低了制造成本。

為了提高人體工學效果，我們設計了一些 3D 打印部件。這些部件包括吹嘴、左拇指托和右拇指托，其中右拇指托還包含一個表帶鉤。這些部件的源 3D 模型包含在資源庫中。

電子設計

Haxophone HAT 由三個子系統(tǒng)組成：鍵盤、壓力傳感器和音頻放大器。

鍵盤

鍵盤采用 3x8 矩陣組織。下圖顯示了薩克斯鍵與鍵盤列/行值的映射關系。

請注意，由于印刷電路板尺寸的限制，設計決定不包括高音 F# 鍵。并非所有薩克斯風都有這個鍵，因為該音符可以用其他鍵的指法來演奏。高音 F#的最常用映射已配置在哈克斯管上。如果您習慣于不常用的配置，軟件也很容易擴展。

另外請注意，目前矩陣尚未完全使用：（第 0 列第 7 行）和（第 2 列第 3 行）鍵尚未使用。

音頻放大器

Haxophone HAT 包括一個音頻放大器和一個 3.5 毫米迷你插孔。這樣就可以將唱機連接到耳機或外部放大器。

Pinout

下圖顯示了 HAT 與 Raspberry Pi 的連接方式。鍵盤矩陣使用離散 GPIO，壓力傳感器使用 I2C，音頻放大器使用 I2S。

如果您需要確定這些引腳在 Raspberry Pi 接頭上的位置，可以參考 Raspberry Pi Spy 提供的下圖。

原理圖 &PCB

審核編輯：湯梓紅