Yoga-Drums - Самодельный барабанный модуль
Назад - Изготовление рамы самодельной ударной установки Далее - Конструкция барабанного модуля
Изготовление барабанного модуля
Форсмажор, упрощение схемы модуля
Когда была готова рама с пэдами, барабанный сэмплер умел воспроизводить лишь 2 звука. Схема входных устройств, да и вообще всего остального интерфейса ударного модуля была уже разработана, и у меня чесались руки поскорее изготовить окончательное устройство, чтобы услышать, наконец, все 5 звуков. Нужно было всего лишь ещё раз пробежаться по схеме, может быть, что-то подкорректировать. Все радиодетали были закуплены, пришёл даже довольно редкий микроконтроллер для входного устройства, заказанный в Чипе-дипе. У меня, можно сказать, горело, я рвался разводить печатную плату и собирать агрегат.
Но планы на то и планы, чтобы их менять. В жизни программиста произошли некоторые перемены, и его свободное время сократилось в разы. Поэтому он был вынужден отложить на неопределенный срок разработку прошивки микроконтроллера схемы входных устройств, то есть как раз той части синтезатора, которую я так спешил спаять и испытать. В ближайшие полгода прошивка входной части могла так и не появиться. Да, вот такая современная электроника, железо-железом, но оно ничего не стоит, ничего не умеет без прошивки...
Поэтому, чтобы не замораживать проект, не делать из него долгострой, было принято волевое решение: всё входное устройство делаем на базе того же микроконтроллера, что сейчас занимается синтезом звука. Изменить прошивку МК и заставить его опрашивать не 2 входа, как сейчас, при испытаниях, а целых 6 входов, конечно же, куда проще, чем писать совершенно новую программу для другого микроконтроллера (причём и для МК синтеза тоже пришлось бы прошивку переделывать). Обновление имеющейся прошивки до 6 входов программист мог сделать довольно быстро, этот механизм был уже опробован и отлажен. Конечно, пришлось выкроить ради опроса пэдов часть ресурсов, отобрав их у синтеза, но это был единственный выход.
Схема устройства, конечно, прилично упростилась, из двух запланированных МК остался только один. Но вместо типовой разводки платы под МК входных устройств и интерфейсов, мне пришлось решать нестандартную задачу: нужно было припаять к выводам МК готового синтезатора два десятка проводов, чтобы подключить МК к разъёмам пэдов, индикаторам, кнопкам управления, вывести bluetooth и USB интерфейсы. Ну и подвести к плате синтезатора питание и вывести с неё звуковой сигнал.
Не люблю я таких колхозов, но в конце-концов плата сэмплера обзавелась четырьмя хвостиками с и разъёмами на их концах: конечно же я не мог припаять провода от синтезатора в схему окончательно, мало ли что придётся переделывать. С разъёмами очень удобно, отстыковал синтезатор от платы, и делай что угодно с ним или платой.
Схема обвязки синтезатора содержала: гнёзда для подключения пэдов (4 однозонных и 1 двухзонного), разъём питания 6-12в, розетку USB b-типа для подключения устройства к компьютеру для отладки, настройки и перепрошивки, три индикаторных светодиода и три кнопки переключения режимов работы, двухканальный микшер, чтобы смешивать в нужных пропорциях звук барабанов и внешний звуковой сигнал (фанеру, подложку или метроном), вход внешнего аудиосигнала, и выход готового микса.
О ручных регуляторах чувствительности
Забыл ещё сказать о переменных резисторах - регуляторах чувствительности пэдов. Может кто-то скажет, что переменные резисторы - это не современно, мол Roland, Yamaha, да и всякие Medeli их давно уже не ставят, как и наш любимый Мегадрам. Мол, программная настройка всех параметров, в том числе чувствительности пэдов в разы круче отстойных резисторов.
Смею Вас уверить, что отсутствие переменных резисторов, что многие воспринимают как усовершенствование, как супер-пупер цифровые и продвинутые технологии, на самом деле не столь уж круто. Производители электронных барабанов избавились от физических регуляторов прежде всего ради экономии, чтобы снизить затраты на производство. Современным миром правят уже давно не инженеры, а маркетологи, и они с удовольствием продадут вам более современный агрегат дороже, несмотря на то, что его параметры в результате осовременивания ухудшились. Лучший пример - современный автопром: везде супер-пупер современные технологии, а надёжность и ресурс хуже, чем у машин 30-40 летней давности.... Поэтому если люди считают переменные резисторы пещерной древностью, то конечно же они получат взамен цифровые регуляторы с кнопочками "+ -", энкодерами или джойстиками.
Нет, я не против цифровых регуляторов, иногда это удобно, иногда даже необходимо. И признаю, что ставить три десятка, а то и больше переменников в серьёзный барабанный модуль неудобно, да и места им потребуется немало. Впрочем, на современной элементной базе можно сделать всё и компактно, и удобно, и красиво. К тому же нет никакой необходимости ставить регуляторы на все без исключения входные каналы, многие входы чисто цифровые, 1/0.
В моём же случае всего шесть входов, нужно всего шесть переменных резисторов, много места они не займут, зато регулировка получится максимально оперативной, резистор любого канала можно покрутить в любой момент, и для этого не нужно заходить в меню, выбирать нужный канал и т.д.
Теперь о том, зачем вообще нужны переменные резисторы - регуляторы уровня сигнала по входам синтезатора. Дело в том, что пэды разной конструкции имеют совершенно разный уровень сигнала. Так, у жёсткого пэда уровень сигнала достигал 30в, у сетчатого пэда барабана 10-12в, у сетчатого пэда бочки уровень сигнала 12-17в, у жёстких пэдов с конусным датчиком сигнал около 6-8в.
В идеале нужно так настроить чувствительность входов барабанного модуля, чтобы максимальный уровень сигнала при самом сильном ударе по пэду соответствовал максимальной громкости этого барабана. В итоге мы получим максимально широкий динамический диапазон, от самого тихого до самого громкого звука. Но, конечно, желательно иметь некоторый запас чувствительности, чтобы пэды со слабым сигналом могли раскачать модуль.
Переменным резистором регулировка производится почти мгновенно, несколько ударов в барабан, и всё, чувствительность настроена. Ради 6 каналов городить цифровую настройку, для удобства которой потребуется экран, отнимающий ресурсы у МК - утопия. Вот настройка и этих и многих других параметров с телефона/планшета по Bluetooth - да, это реально здорово.
Теперь о том, каким образом осуществляется цифровая регулировка в фирменных модулях. Сигналы со входов поступают на АЦП, и далее в цифровом виде в процессор. Если сигнал слишком слаб, цифровое усиление производится сдвигом разряда АЦП, что, по сути, довольно грубая операция. Чем больше мы задираем цифровое усиление, тем меньше остаётся рабочих разрядов у АЦП, тем меньше градаций имеет в итоге уровень сигнала. Это подобно цифровому зуму у простеньких видеокамер - увеличить изображение можно во много-много раз, но неизбежно с пропорциональным снижением чёткости, часто исходная картинка разборчивее увеличенной.
Но усилить слабый сигнал цифровая система хотя бы может. А если сигнал слишком сильный? Вот с этим сделать уже ничего нельзя. Когда входной сигнал превысит максимальный уровень на входе АЦП, то при дальнейшем увеличении сигнала (силы удара) громкость барабана возрастать уже не будет. Конечно, иногда требуется специальный режим, чтобы удары выравнивались по громкости. Но всё же гораздо чаще нам нужна прямая пропорциональность между силой удара и громкостью.
Убавить уровень переменным резистором и избежать перегрузки входа - что может быть проще? Но как с перегрузкой по входу борются промышленные барабанные модули, где переменников нет? Очень просто: в них изначально заложено значительное ослабление входного сигнала, например. Избежать перегрузки по входу в таких устройствах принципиально невозможно, зато добавить цифровое усиление, если сигнал слабоват - да сколько угодно, правда, плата за это - уменьшение разрядности оцифровки.
Поэтому порой у электронных барабанных модулей в некоторых режимах катастрофически не хватает усиления, всё на максимуме, а звук не раскачивается. Такое бывает, когда, например, малый барабан дешёвой ударки заменяют на более качественный пэд с сеткой: чувствительность на пределе, но барабан тиховат, остальные входы на минимуме, и убавлять некуда. Очевидно, что ослаблением сигнала в этом модуле перестарались (перестраховались), а вот запас усиления не доложили.
Например, Мегадрам жёстко шунтирует пэды барабанов резисторамм сопротивлением 4,7 килоом, что ослабляет сигнал многократно. Главная задача - не допустить перегрузки, а будет надо усилить - усилим... А что живых разрядов АЦП будет использовано меньше - кто ж заметит... Ну, в общем, примерно так.
Кроме того, все барабанщики играют по разному, и играют в разных стилях. Кто-то "мочит" жёсткий металл и каждый день ломает палочки размерности 2B, а кто-то играет джаз, играет нежно, мягко, лёгкими палочками 7А. У первых модуль будет постоянно перегружен по входу, так как пэды будут выдавать очень большую амплитуду сигнала, хотя, возможно, и не долго. Вторым же будет постоянно не хватать чувствительности.
Забегая вперёд, скажу, что порядком помучился с модицикацией барабанного модуля, где не стал ставить переменные резисторы - регуляторы чуствительности, рассчитывая на программную регулировку (в будущем, пока не реализовано). Вроде бы по уровням всё вышло нормально, я подобрал ослабление сигналов со своих пэдов таким образом, чтобы перегрузка по входу наступала только при действительно сильных ударах. При этом динамический диапазон получился отличный, в зависимости от силы удара по пэду барабан звучал и совсем тихо, и очень громко.
Но когда я стал играть на этом модуле мою любимую музыку, столкнулся с тем, что мне катастрофически не хватает громкости в наушниках, несмотря на то, что выкрутил громкость модуля на макс. А при испытаниях даже на половинной громкости сильный удар уши закладывал. Почему так? Да просто обычно я играю значительно тише, чем, например, Ларс Ульрих. Я настроил модуль под динамику игры Ларса, при этом для меня самого чувствительность модуля оказалась недостаточной. Модуль в моём случае работает вблизи нижней границы динамического диапазона, на младших разрядах ЦАПа, и мало того, что звучит он слишком тихо, так ещё значительно снижается отношение сигнал/шум. Программная регулировка усиления пока ещё не сделана, поэтому прибавить усиление и заставить звучать модуль громче, не меняя схему, невозможно. Переменные резисторы позволили бы мне в считанные секунды адаптировать модуль под свою динамику игры, а в итоге пришлось мудрить.
Назад - Изготовление рамы самодельной ударной установки Далее - Конструкция барабанного модуля
Назад - Изготовление рамы самодельной ударной установки Далее - Конструкция барабанного модуля
Изготовление барабанного модуля
Форсмажор, упрощение схемы модуля
Когда была готова рама с пэдами, барабанный сэмплер умел воспроизводить лишь 2 звука. Схема входных устройств, да и вообще всего остального интерфейса ударного модуля была уже разработана, и у меня чесались руки поскорее изготовить окончательное устройство, чтобы услышать, наконец, все 5 звуков. Нужно было всего лишь ещё раз пробежаться по схеме, может быть, что-то подкорректировать. Все радиодетали были закуплены, пришёл даже довольно редкий микроконтроллер для входного устройства, заказанный в Чипе-дипе. У меня, можно сказать, горело, я рвался разводить печатную плату и собирать агрегат.
Но планы на то и планы, чтобы их менять. В жизни программиста произошли некоторые перемены, и его свободное время сократилось в разы. Поэтому он был вынужден отложить на неопределенный срок разработку прошивки микроконтроллера схемы входных устройств, то есть как раз той части синтезатора, которую я так спешил спаять и испытать. В ближайшие полгода прошивка входной части могла так и не появиться. Да, вот такая современная электроника, железо-железом, но оно ничего не стоит, ничего не умеет без прошивки...
Поэтому, чтобы не замораживать проект, не делать из него долгострой, было принято волевое решение: всё входное устройство делаем на базе того же микроконтроллера, что сейчас занимается синтезом звука. Изменить прошивку МК и заставить его опрашивать не 2 входа, как сейчас, при испытаниях, а целых 6 входов, конечно же, куда проще, чем писать совершенно новую программу для другого микроконтроллера (причём и для МК синтеза тоже пришлось бы прошивку переделывать). Обновление имеющейся прошивки до 6 входов программист мог сделать довольно быстро, этот механизм был уже опробован и отлажен. Конечно, пришлось выкроить ради опроса пэдов часть ресурсов, отобрав их у синтеза, но это был единственный выход.
Схема устройства, конечно, прилично упростилась, из двух запланированных МК остался только один. Но вместо типовой разводки платы под МК входных устройств и интерфейсов, мне пришлось решать нестандартную задачу: нужно было припаять к выводам МК готового синтезатора два десятка проводов, чтобы подключить МК к разъёмам пэдов, индикаторам, кнопкам управления, вывести bluetooth и USB интерфейсы. Ну и подвести к плате синтезатора питание и вывести с неё звуковой сигнал.
Не люблю я таких колхозов, но в конце-концов плата сэмплера обзавелась четырьмя хвостиками с и разъёмами на их концах: конечно же я не мог припаять провода от синтезатора в схему окончательно, мало ли что придётся переделывать. С разъёмами очень удобно, отстыковал синтезатор от платы, и делай что угодно с ним или платой.
Схема обвязки синтезатора содержала: гнёзда для подключения пэдов (4 однозонных и 1 двухзонного), разъём питания 6-12в, розетку USB b-типа для подключения устройства к компьютеру для отладки, настройки и перепрошивки, три индикаторных светодиода и три кнопки переключения режимов работы, двухканальный микшер, чтобы смешивать в нужных пропорциях звук барабанов и внешний звуковой сигнал (фанеру, подложку или метроном), вход внешнего аудиосигнала, и выход готового микса.
О ручных регуляторах чувствительности
Забыл ещё сказать о переменных резисторах - регуляторах чувствительности пэдов. Может кто-то скажет, что переменные резисторы - это не современно, мол Roland, Yamaha, да и всякие Medeli их давно уже не ставят, как и наш любимый Мегадрам. Мол, программная настройка всех параметров, в том числе чувствительности пэдов в разы круче отстойных резисторов.
Смею Вас уверить, что отсутствие переменных резисторов, что многие воспринимают как усовершенствование, как супер-пупер цифровые и продвинутые технологии, на самом деле не столь уж круто. Производители электронных барабанов избавились от физических регуляторов прежде всего ради экономии, чтобы снизить затраты на производство. Современным миром правят уже давно не инженеры, а маркетологи, и они с удовольствием продадут вам более современный агрегат дороже, несмотря на то, что его параметры в результате осовременивания ухудшились. Лучший пример - современный автопром: везде супер-пупер современные технологии, а надёжность и ресурс хуже, чем у машин 30-40 летней давности.... Поэтому если люди считают переменные резисторы пещерной древностью, то конечно же они получат взамен цифровые регуляторы с кнопочками "+ -", энкодерами или джойстиками.
Нет, я не против цифровых регуляторов, иногда это удобно, иногда даже необходимо. И признаю, что ставить три десятка, а то и больше переменников в серьёзный барабанный модуль неудобно, да и места им потребуется немало. Впрочем, на современной элементной базе можно сделать всё и компактно, и удобно, и красиво. К тому же нет никакой необходимости ставить регуляторы на все без исключения входные каналы, многие входы чисто цифровые, 1/0.
В моём же случае всего шесть входов, нужно всего шесть переменных резисторов, много места они не займут, зато регулировка получится максимально оперативной, резистор любого канала можно покрутить в любой момент, и для этого не нужно заходить в меню, выбирать нужный канал и т.д.
Теперь о том, зачем вообще нужны переменные резисторы - регуляторы уровня сигнала по входам синтезатора. Дело в том, что пэды разной конструкции имеют совершенно разный уровень сигнала. Так, у жёсткого пэда уровень сигнала достигал 30в, у сетчатого пэда барабана 10-12в, у сетчатого пэда бочки уровень сигнала 12-17в, у жёстких пэдов с конусным датчиком сигнал около 6-8в.
В идеале нужно так настроить чувствительность входов барабанного модуля, чтобы максимальный уровень сигнала при самом сильном ударе по пэду соответствовал максимальной громкости этого барабана. В итоге мы получим максимально широкий динамический диапазон, от самого тихого до самого громкого звука. Но, конечно, желательно иметь некоторый запас чувствительности, чтобы пэды со слабым сигналом могли раскачать модуль.
Переменным резистором регулировка производится почти мгновенно, несколько ударов в барабан, и всё, чувствительность настроена. Ради 6 каналов городить цифровую настройку, для удобства которой потребуется экран, отнимающий ресурсы у МК - утопия. Вот настройка и этих и многих других параметров с телефона/планшета по Bluetooth - да, это реально здорово.
Теперь о том, каким образом осуществляется цифровая регулировка в фирменных модулях. Сигналы со входов поступают на АЦП, и далее в цифровом виде в процессор. Если сигнал слишком слаб, цифровое усиление производится сдвигом разряда АЦП, что, по сути, довольно грубая операция. Чем больше мы задираем цифровое усиление, тем меньше остаётся рабочих разрядов у АЦП, тем меньше градаций имеет в итоге уровень сигнала. Это подобно цифровому зуму у простеньких видеокамер - увеличить изображение можно во много-много раз, но неизбежно с пропорциональным снижением чёткости, часто исходная картинка разборчивее увеличенной.
Но усилить слабый сигнал цифровая система хотя бы может. А если сигнал слишком сильный? Вот с этим сделать уже ничего нельзя. Когда входной сигнал превысит максимальный уровень на входе АЦП, то при дальнейшем увеличении сигнала (силы удара) громкость барабана возрастать уже не будет. Конечно, иногда требуется специальный режим, чтобы удары выравнивались по громкости. Но всё же гораздо чаще нам нужна прямая пропорциональность между силой удара и громкостью.
Убавить уровень переменным резистором и избежать перегрузки входа - что может быть проще? Но как с перегрузкой по входу борются промышленные барабанные модули, где переменников нет? Очень просто: в них изначально заложено значительное ослабление входного сигнала, например. Избежать перегрузки по входу в таких устройствах принципиально невозможно, зато добавить цифровое усиление, если сигнал слабоват - да сколько угодно, правда, плата за это - уменьшение разрядности оцифровки.
Поэтому порой у электронных барабанных модулей в некоторых режимах катастрофически не хватает усиления, всё на максимуме, а звук не раскачивается. Такое бывает, когда, например, малый барабан дешёвой ударки заменяют на более качественный пэд с сеткой: чувствительность на пределе, но барабан тиховат, остальные входы на минимуме, и убавлять некуда. Очевидно, что ослаблением сигнала в этом модуле перестарались (перестраховались), а вот запас усиления не доложили.
Например, Мегадрам жёстко шунтирует пэды барабанов резисторамм сопротивлением 4,7 килоом, что ослабляет сигнал многократно. Главная задача - не допустить перегрузки, а будет надо усилить - усилим... А что живых разрядов АЦП будет использовано меньше - кто ж заметит... Ну, в общем, примерно так.
Кроме того, все барабанщики играют по разному, и играют в разных стилях. Кто-то "мочит" жёсткий металл и каждый день ломает палочки размерности 2B, а кто-то играет джаз, играет нежно, мягко, лёгкими палочками 7А. У первых модуль будет постоянно перегружен по входу, так как пэды будут выдавать очень большую амплитуду сигнала, хотя, возможно, и не долго. Вторым же будет постоянно не хватать чувствительности.
Забегая вперёд, скажу, что порядком помучился с модицикацией барабанного модуля, где не стал ставить переменные резисторы - регуляторы чуствительности, рассчитывая на программную регулировку (в будущем, пока не реализовано). Вроде бы по уровням всё вышло нормально, я подобрал ослабление сигналов со своих пэдов таким образом, чтобы перегрузка по входу наступала только при действительно сильных ударах. При этом динамический диапазон получился отличный, в зависимости от силы удара по пэду барабан звучал и совсем тихо, и очень громко.
Но когда я стал играть на этом модуле мою любимую музыку, столкнулся с тем, что мне катастрофически не хватает громкости в наушниках, несмотря на то, что выкрутил громкость модуля на макс. А при испытаниях даже на половинной громкости сильный удар уши закладывал. Почему так? Да просто обычно я играю значительно тише, чем, например, Ларс Ульрих. Я настроил модуль под динамику игры Ларса, при этом для меня самого чувствительность модуля оказалась недостаточной. Модуль в моём случае работает вблизи нижней границы динамического диапазона, на младших разрядах ЦАПа, и мало того, что звучит он слишком тихо, так ещё значительно снижается отношение сигнал/шум. Программная регулировка усиления пока ещё не сделана, поэтому прибавить усиление и заставить звучать модуль громче, не меняя схему, невозможно. Переменные резисторы позволили бы мне в считанные секунды адаптировать модуль под свою динамику игры, а в итоге пришлось мудрить.
Назад - Изготовление рамы самодельной ударной установки Далее - Конструкция барабанного модуля
www.DYoga.ru
E-mail: DYoga@Yandex.ru
Сайт Дмитрия Егошкина
