Arduino：連續(xù)MIDI控制器/鍵盤

1：背景

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演奏連續(xù)音符是印度斯坦音樂不可分割的一部分。演奏這種類型的音符需要有多種表達方式。有像小提琴、西塔琴或長笛這樣的樂器可以做到這一點。典型的鍵盤只能彈奏離散的音符，而在高端鍵盤中，提供了一個彎音輪，可以將音符在正側或負側彎曲到典型的 2 個半音（此值是可調的，但將其設置得非常高可能會很困難準確地使用它）。這不是一種非常直觀的音樂播放方式。市場上有各種鍵盤，如 Haken Continuum Board、ROLI seaboard。這些是一種功能強大的儀器，可以很好地完成這項工作。您可以在相應儀器的網(wǎng)站上找到更多詳細信息。

受上述儀器的啟發(fā)，我之前嘗試過制作一個簡單的基于 Arduino 的觸摸鍵盤。更多細節(jié)可以在instructable of the same中找到。該項目使用了大約 14 個板（低精度）和使用 Arduino 音調庫產生的聲音。由于它的聲音只是一個方波，所以聽起來一點也不悅耳。

這些是從我以前的項目中學到的，我試圖在這里改進。

• Tone library 的聲音生成太差了，所以我在這里使用了 MIDI 按摩質量可以提高，
• 由于尺寸較大，板數(shù)較少，板的定位精度太低。在這里，我?guī)缀鯇⒏袘宓臄?shù)量增加了兩倍，并將其寬度減半。
• 舊項目也沒有使用壓力數(shù)據(jù)，因為音調庫無法調制音量。使用 MIDI 為所有這些可能性打開了大門。
• 電容感應不是一種非?？煽康姆椒?。它可能會因接地、木板吸收的濕氣，甚至是您在玩耍時穿的鞋子而受到影響。在這里，我們需要解決這個問題，因為其他方法既復雜又/或昂貴。

2：概念

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整體工作流程如下：

傳感：

我發(fā)現(xiàn)了兩種可行的方法。一種是基于霍爾效應傳感器（用于 Haken Continuum 板），它非常準確但相對復雜。這需要一些精確的機制來獲得準確的輸出。但是，如上一節(jié)（步驟）所述，我發(fā)現(xiàn)非常方便的方法是利用電容感應。如果我們去電容感應，我們不需要任何傳感器組件，我們可以簡單地將金屬板連接到任何 Arduino 引腳上，它就變成了電容傳感器。還有一個可用于電容感應的庫可以直接使用的。有關此庫工作的更多詳細信息，請參見上述鏈接。總之，此方法檢查金屬板通過電阻器從 0V 充電到 5V 所需的時間。該時間值代表電容。我們獲得的另一個優(yōu)勢是我們還可以通過使用數(shù)據(jù)來測量壓力。我們按得越用力，手指與板接觸的面積就越大，電容就會增加。所以這就是我們不會只有接近感應的方式，但我們會得到一些關于我們按壓力度的數(shù)字。

處理數(shù)據(jù)：

Arduino 捕獲并處理數(shù)據(jù)。它根據(jù)預設值計算觸摸位置、壓力值。它還將所需的平滑應用于所有這些值。MIDI 消息只不過是我們需要編寫的串行消息。Arduino 基本上控制四個信號。首先是打開和關閉任何音符。另外兩個信號彎音和壓力值在任何音符打開時連續(xù)計算和傳輸。

聲音生成：

來自 Arduino 的傳輸數(shù)據(jù)在 FL Studio 中用于生成所需的聲音。它需要各種軟件來插入 FL studio 中的 MIDI 信號。

3：準備硬件

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制作過程可以直接復制我之前的項目。詳細信息可在我的舊教程中找到：https://www.instructables.com/DIY-Arduino-Based-Co ...。

但是，在制作時需要考慮一些更改。板的寬度減少到 6 毫米（相對于之前的 12 毫米）。選擇尺寸的原因是，當我們以最小壓力接觸表面時，所創(chuàng)建的貼片的尺寸約為 8-9 毫米。所以當我觸摸任何關鍵手指時，至少會接觸到兩個板。

在這里，我還需要覆蓋 2 個八度音階，每個鍵由兩個鋁箔板組成。我們總共需要 48 個盤子。

電氣連接：

從上圖中可以看出，每個板都直接連接到公共引腳（編號 13）。它還通過一個電阻器連接到一個單獨的引腳。我們如何將所有這些引腳連接到感應板沒有任何限制，因為模擬和數(shù)字引腳都支持電容感應。根據(jù)您的連接，需要修改代碼。

筆記：

在切割板或焊接時，您必須確保所有板彼此電氣隔離。

4：Arduino 軟件/代碼

• 所有板都聲明為電容傳感器，所有連接都需要正確映射到代碼上。對我來說，引腳 13 是通用引腳。

CapacitiveSensor   p1 = CapacitiveSensor(13,12); CapacitiveSensor   p2 = CapacitiveSensor(13,11); 
CapacitiveSensor   p3 = CapacitiveSensor(13,10); 
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CapacitiveSensor   p48 = CapacitiveSensor(13,9);

2. 最初捕獲所有傳感器的電容值。“raw_cap()”函數(shù)將捕獲值并存儲在全局聲明的數(shù)組中。

void raw_cap(){
  raw[1]=p1.capacitiveSensor(resolution);
  raw[2]=p2.capacitiveSensor(resolution);
  raw[3]=p3.capacitiveSensor(resolution);
.
.
  raw[48]=p48.capacitiveSensor(resolution);
}

3. 捕獲完整數(shù)據(jù)后，將執(zhí)行另一個名為“data_process()”的函數(shù)。這不僅會處理數(shù)據(jù)，還會將 MIDI 消息發(fā)送到計算機。這個函數(shù)的流程如下。

• 識別出最大幅度的鍵，
• 觸摸的準確位置是在最大幅度值前一鍵和后一鍵計算的。（這就是為什么我們需要讓手指在任何時候至少觸摸兩個鍵）。
• 存儲鍵和壓力值的最后 30 個值
• 如果觸摸壓力值超過預定義值，Arduino 會發(fā)送數(shù)據(jù)以打開音符。
• 在觸摸打開期間，Arduino 不斷發(fā)送彎音和壓力值。
• 如果 Key 釋放，它會發(fā)送信號關閉音符。

此代碼還捕捉按鍵觸摸。例如，您在 7.25（在鍵 7 上稍微向右）觸摸，它只會播放鍵 7（純音符）。在該觸摸會話期間，它將是幻燈片的基礎值。此功能可以輕松放置純音符。如果沒有這一點，將很難做到這一點。

完整的代碼可供下載。如果您打算做類似的事情，您可能需要花費大量時間來調整代碼和各種值（如分辨率和觸摸閾值）

要了解 MIDI 消息，您可以參考此鏈接：

https://www.instructables.com/Send-and-Receive-MID ...

5：聲音生成

生成聲音需要三個軟件：

1. 無毛 MIDI：這是 MIDI 橋的串行。arduino 傳輸?shù)娜魏螖?shù)據(jù)都被該軟件捕獲。

2. LoopMIDI：這個軟件從 hairlessMIDI 捕獲數(shù)據(jù)，并作為 FL studio（或您使用的任何軟件）的 MIDI 設備

3.FL studio：在FL studio的設置中，您可能需要選擇LoopMIDI作為設備。默認情況下，此代碼提供 +8 到 -8 個半音之間的彎音（軟件中的默認值為 +2 到 -2）。這需要在儀器的設置中手動設置。除此之外，您還需要將壓力值分配給體積。

6：常見問題

這是我在開發(fā)過程中遇到的問題列表。

• 電容感應的一個非常常見的問題是正確接地。如果用戶赤腳接觸地面，靈敏度會增加。如果我們將筆記本電腦插入電源，靈敏度也會增加。但是，打開充電器可能會給數(shù)據(jù)增加噪音。因此，如果您為某些條件設置閾值，它可能適用于其他條件，也可能不適用。
• 鋁箔之間的連接很關鍵，容易松動，如果松動，很多時候設備可能會出現(xiàn)故障。
• 直接觸摸板、線或引腳可能會給出完全錯誤的數(shù)據(jù)，也會破壞采樣率。演奏時，只能使用塑料覆蓋的部分。所有暴露的金屬都應適當絕緣以避免意外接觸。
• 如果您將鋁箔直接粘貼到木塊上（使用水性粘合劑），可能需要幾個小時或幾天才能完全干燥。在潮濕條件下，由于板通過水通道相互連接，它會給出錯誤的輸出。