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Arduino：连续MIDI控制器/键盘

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资料介绍

1：背景

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演奏连续音符是印度斯坦音乐不可分割的一部分。演奏这种类型的音符需要有多种表达方式。有像小提琴、西塔琴或长笛这样的乐器可以做到这一点。典型的键盘只能弹奏离散的音符，而在高端键盘中，提供了一个弯音轮，可以将音符在正侧或负侧弯曲到典型的 2 个半音（此值是可调的，但将其设置得非常高可能会很困难准确地使用它）。这不是一种非常直观的音乐播放方式。市场上有各种键盘，如 Haken Continuum Board、ROLI seaboard。这些是一种功能强大的仪器，可以很好地完成这项工作。您可以在相应仪器的网站上找到更多详细信息。

受上述仪器的启发，我之前尝试过制作一个简单的基于 Arduino 的触摸键盘。更多细节可以在instructable of the same中找到。该项目使用了大约 14 个板（低精度）和使用 Arduino 音调库产生的声音。由于它的声音只是一个方波，所以听起来一点也不悦耳。

这些是从我以前的项目中学到的，我试图在这里改进。

Tone library 的声音生成太差了，所以我在这里使用了 MIDI 按摩质量可以提高，
由于尺寸较大，板数较少，板的定位精度太低。在这里，我几乎将感应板的数量增加了两倍，并将其宽度减半。
旧项目也没有使用压力数据，因为音调库无法调制音量。使用 MIDI 为所有这些可能性打开了大门。
电容感应不是一种非常可靠的方法。它可能会因接地、木板吸收的湿气，甚至是您在玩耍时穿的鞋子而受到影响。在这里，我们需要解决这个问题，因为其他方法既复杂又/或昂贵。

2：概念

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整体工作流程如下：

传感：

我发现了两种可行的方法。一种是基于霍尔效应传感器（用于 Haken Continuum 板），它非常准确但相对复杂。这需要一些精确的机制来获得准确的输出。但是，如上一节（步骤）所述，我发现非常方便的方法是利用电容感应。如果我们去电容感应，我们不需要任何传感器组件，我们可以简单地将金属板连接到任何 Arduino 引脚上，它就变成了电容传感器。还有一个可用于电容感应的库可以直接使用的。有关此库工作的更多详细信息，请参见上述链接。总之，此方法检查金属板通过电阻器从 0V 充电到 5V 所需的时间。该时间值代表电容。我们获得的另一个优势是我们还可以通过使用数据来测量压力。我们按得越用力，手指与板接触的面积就越大，电容就会增加。所以这就是我们不会只有接近感应的方式，但我们会得到一些关于我们按压力度的数字。

处理数据：

Arduino 捕获并处理数据。它根据预设值计算触摸位置、压力值。它还将所需的平滑应用于所有这些值。MIDI 消息只不过是我们需要编写的串行消息。Arduino 基本上控制四个信号。首先是打开和关闭任何音符。另外两个信号弯音和压力值在任何音符打开时连续计算和传输。

声音生成：

来自 Arduino 的传输数据在 FL Studio 中用于生成所需的声音。它需要各种软件来插入 FL studio 中的 MIDI 信号。

3：准备硬件

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制作过程可以直接复制我之前的项目。详细信息可在我的旧教程中找到：https://www.instructables.com/DIY-Arduino-Based-Co ...。

但是，在制作时需要考虑一些更改。板的宽度减少到 6 毫米（相对于之前的 12 毫米）。选择尺寸的原因是，当我们以最小压力接触表面时，所创建的贴片的尺寸约为 8-9 毫米。所以当我触摸任何关键手指时，至少会接触到两个板。

在这里，我还需要覆盖 2 个八度音阶，每个键由两个铝箔板组成。我们总共需要 48 个盘子。

电气连接：

从上图中可以看出，每个板都直接连接到公共引脚（编号 13）。它还通过一个电阻器连接到一个单独的引脚。我们如何将所有这些引脚连接到感应板没有任何限制，因为vwin 和数字引脚都支持电容感应。根据您的连接，需要修改代码。

笔记：

在切割板或焊接时，您必须确保所有板彼此电气隔离。

4：Arduino 软件/代码

所有板都声明为电容传感器，所有连接都需要正确映射到代码上。对我来说，引脚 13 是通用引脚。

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

2. 最初捕获所有传感器的电容值。“raw_cap()”函数将捕获值并存储在全局声明的数组中。

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

3. 捕获完整数据后，将执行另一个名为“data_process()”的函数。这不仅会处理数据，还会将 MIDI 消息发送到计算机。这个函数的流程如下。

识别出最大幅度的键，
触摸的准确位置是在最大幅度值前一键和后一键计算的。（这就是为什么我们需要让手指在任何时候至少触摸两个键）。
存储键和压力值的最后 30 个值
如果触摸压力值超过预定义值，Arduino 会发送数据以打开音符。
在触摸打开期间，Arduino 不断发送弯音和压力值。
如果 Key 释放，它会发送信号关闭音符。

此代码还捕捉按键触摸。例如，您在 7.25（在键 7 上稍微向右）触摸，它只会播放键 7（纯音符）。在该触摸会话期间，它将是幻灯片的基础值。此功能可以轻松放置纯音符。如果没有这一点，将很难做到这一点。

完整的代码可供下载。如果您打算做类似的事情，您可能需要花费大量时间来调整代码和各种值（如分辨率和触摸阈值）

要了解 MIDI 消息，您可以参考此链接：

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

5：声音生成

生成声音需要三个软件：

1. 无毛 MIDI：这是 MIDI 桥的串行。arduino 传输的任何数据都被该软件捕获。

2. LoopMIDI：这个软件从 hairlessMIDI 捕获数据，并作为 FL studio（或您使用的任何软件）的 MIDI 设备

3.FL studio：在FL studio的设置中，您可能需要选择LoopMIDI作为设备。默认情况下，此代码提供 +8 到 -8 个半音之间的弯音（软件中的默认值为 +2 到 -2）。这需要在仪器的设置中手动设置。除此之外，您还需要将压力值分配给体积。

6：常见问题

这是我在开发过程中遇到的问题列表。

电容感应的一个非常常见的问题是正确接地。如果用户赤脚接触地面，灵敏度会增加。如果我们将笔记本电脑插入电源，灵敏度也会增加。但是，打开充电器可能会给数据增加噪音。因此，如果您为某些条件设置阈值，它可能适用于其他条件，也可能不适用。
铝箔之间的连接很关键，容易松动，如果松动，很多时候设备可能会出现故障。
直接触摸板、线或引脚可能会给出完全错误的数据，也会破坏采样率。演奏时，只能使用塑料覆盖的部分。所有暴露的金属都应适当绝缘以避免意外接触。
如果您将铝箔直接粘贴到木块上（使用水性粘合剂），可能需要几个小时或几天才能完全干燥。在潮湿条件下，由于板通过水通道相互连接，它会给出错误的输出。