2019年04月21日

新型モデルにオシレーター基板を実装する

Hammond製ケースに基板の実装を始めた。

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予想通り、オーディオボードとMCUボードを繋ぐリボンケーブルの取り回しが難しい。

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サンプリングレートを切替えるデジタルスイッチを実装するために筐体側面の内側をザグっているが、手間が掛かり過ぎて量産には向かない方法なので、他のシンプルな実装方法を考えるべきだろう。

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今回は、TNC規格のコネクタを使ったアンテナを新調するが、コネクタの個体差によって固定が上手く行えないことが発覚している。

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対症療法としてコネクタのスリーヴをヤスリで削ってクリアランスを出しているが、また手間の掛かる案件が増えた。

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あと、圧入によりパーツが固定されたアングル中継コネクタの強度には問題があり、ハンダ付けもしくは溶接に拠る補強が必要だが、これも手間の掛かる案件。

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接合部がしっかりとしているので、SMAよりも安心感があるが、エクステンションとの接合が実質SMAなので、この部分に負荷がかかる可能性を忘れないようにしたい。

ピッチ側のアンテナ長は実際の運用を行いつつこれから調整していくことになる。アンテナの太さを変える等の方法を考えているところ。

基台を固定してしまったのは、シールドを展開する可能性を考えると少々早まった感がある。

左側のアンテナは例のごとく無理矢理フリーで手曲げを行っているが、そろそろジグを作って作業の効率化を図った方が良いだろう。

ボディー側の端子は何れもクリアランスを確保するためにスリーヴを削る必要がある。

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アングルの中継端子は、強度を確保するために圧入されているパーツをハンダによって固定しなければならない。

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カーヴは手曲げなので少々歪んでいる。

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半円部の直径はもう少し大きな方が良いかもしれない

オシレーター基板の電源電圧を設定するRの組み合わせがなかなか難しいのだが、1kと3.3k並列の組み合わせが一番近くなる。

アンテナの製作で手間が掛かるのはVolumeアンテナの曲げ加工で、エクステンションの製作は精度が求められる上に工程数が多い。 エクステンションの製作に必要な部材は、アルミ丸棒2個・12φの真鍮パイプ・GFRPの円柱1個とアングルあり・なしのTNC端子で、これらを組み合わせてPitchアンテナ用の基台を構築する。 

製作工程で難易度が高いのは、アルミ棒の扱いで、真鍮パイプに圧入した後、下孔を開けてユニファイねじのタップを切る必要がある。 この下穴の工作精度が出せない問題を解決する方法として、M5の中空スペーサーを流用する案を検討している。 スペーサーの内径5.3φは1/4-36のインチネジの下穴にはギリギリで合格。

SMAは強度が脆弱だが、アンテナ側にはギリギリでセーフかもしれない。

新規に導入したTNC規格のコネクタは、SMA程ではないにしても圧入パーツで構成されるアングル部品の強度は脆弱なので、半田による固定が必須。

ボディー側の取り付けはTNCに統一する。 例外はID-292版で、引き続きSMAを使っていくが、こちらも実験的にTNCを装備したものを試作する予定。

GFRP製のパーツにも同様に中心に穴を開けてタップを切る作業を行う。 現在、手曲げでRを造っているが、真鍮棒は硬すぎて指に負荷がかかってしまうので、専用のジグを製作したほうが良いだろう。

オシレーター基板を実装したところ。

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サンプリングレートを変更するデジタルスイッチの配線は未了だが、発振周波数のテストを行うことが出来る状態となった。

このモデルでは、10TurnのマルチターンVRを使用する。

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ポットの径が大きいので、実装時には基板とのクリアランスチェックを行わなければならない。

こちらは中型筐体版のテストベッド。 この段階では、VRTの配線が未了。

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中型筐体ではスペースを確保するために5TurnのマルチターンVRを使用しているが、価格と性能のバランスを考えた場合、10Turnのモデルを使用したほうが良さそうだ。

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オシレーターのチェックを行っているが、大基板の方に問題が発生。4基のうち、3基が動作せず、発振している1基もレベルが低く、インバータによる波形整形も行われてない。 

回路をチェックしても不審なポイントは見つからず、何をどう間違えたのか原因は不明。 何処かでテンプラハンダをやらかしている?

一方、小基板の方は全てのオシレーターの発振を確認出来ているのが不幸中の幸い。最悪の場合はコレを仮実装することになる。

唯一発振していたオシレーターの出力値が非常に低かったので、Transistorの不具合を疑ってチップを取り替えたところ、全てのオシレーターの発振を確認できた。

教科書に載るような綺麗なシェイプの発振。

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上がVolumeAntで下がPitchAntのオシレーター。

スペアナで波形を観測した。

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目論見通り、大凡370kHz/380kHzで発振している。

VRによって発生させられるドリフト値は8kHz程度。 オシレーター間の差分を調べたところ、低い方が約30kHz、高い方が約20kHz、アンテナ接続によって下方にドリフトしていることが判った。

これからアンテナの接続によって生じるドリフトを相殺するために、追加のCを取り付けていく。

Cの組み合わせは、高い方の周波数に150pF、低い方に220pFを追加することで、周波数のレンジを合わせ込めた。 過去の経験から、アンテナを接続することによって増加する容量は100pF程度と予想していたが、今回はそれよりも大きなドリフトが発生している。

大サイズ基板のチューンを行う。 Volume側はほぼ問題なく組み上がったが、Pitch側オシレーターの回路に重篤な配線間違いを発見、修正を行った。

回路設計時に配線のネーミングが重複してしまったことが原因のようだが、この基板には何かと失敗が多い。

修正後、動作を確認しているが、Demodulate時に変なヒゲが出る現象に悩まされる。 

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付け焼き刃で行った改修が原因かもしれないので、本格的に部品の再配置を行ったほうが良いかもしれない。

オシレーターの配線を引き回さずに部品の配置を直結する形に変更した結果、問題はほぼ解決できた。

中型筐体のオシレーターを調整する前にMCU基板に部品を実装しているが、基盤の仮組みをするとリボンケーブルの装着はちと辛い感触なので、量産機は丸ピンを使ってスペースを稼ぐことにした。

75mm規格の中型筐体用オシレーター基板のチューニングを完了。

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この基板でもPitch側に不具合が発生したが、原因はInverterのハンダブリッジという有りがちなものだった。

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80mm規格のオシレーター基板ではディテクター出力にヒゲが発生していたが、75mmでは安定した動作を確認できた。

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posted by Yasuski at 15:31| LaVoixski

2019年03月25日

LFOの導入とインターフェイスの改良・その他

"Won'tGetFoolAgain"のイントロのような効果が欲しくなったので、音声出力のエンヴェロープにLFOを仕込んでみた。

  

Arpeggiator制御クロックのエッジをEMAでなまらせることで、Envelopeのシェイプを変化させている。

追加した新しい機能・PitchBendとEnvelopeChopperは何れも制御パラメーターへのアクセスがもどかしく、とりあえず機能を発現させるだけでも数ステップの作業が要求される始末で、これを改善する方法はないものかと考えていたのだが、MuteSwitchに元々追加分のアドレスをリザーブしていることを思い出した。 

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現在、暫定でノーマル→ピッチベンド→ミュート→トレモロの演奏モードを円環させているが、おそらくはこの仕様で固定することになるだろう。 利便性を考慮した結果、ノーマルモードの前後にエフェクトを配置して全演奏モード上でベンドが行えるように変数を追加した他、各機能の発現を下段のLEDに表示させて状況の視認性を向上させている。

以上の改良によって、元々は2VoiceModeの#15に限定していたPitchBend機能を全チャンネルに拡大することになったが、この段階で処理機能の破綻は見られていない。

今回増設したPitchBendでは初めて積極的に負の値の設定を扱っているのだが、microSDにスナップショットの記録を試みた結果、単純にdtostrfでキャストを行っても負の値を記憶できないことが判明(世間的には自明なことなのかもしれないが)した。 

解決法をいろいろと思い悩んだが、フラグ代わりにMSBオンに相当する値をデータに足すことを思い付いた。 

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これはローカルで行った実験のスケッチ。 かなり怪し気なメソッドだが、12bit以下のデータ幅であれば問題なく動作している。

データの流れを解説すると、ロータリーエンコーダからの出力attackB1をmicroSDで受けられる形outstrに変換した後、レジスタread_var2に読み込ませ、そのデータを再変換してパラメーター制御用のシーンメモリーに戻す一連の動きをシミュレートしている。

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テストベンチでゼロ・ポイントを越境する際に問題なくデータをハンドリング出来たので、次は楽器に実装して動作を確かめることになった。

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実際にコードを埋め込むとこんな感じになる。 

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データをmicroSDに書き込む部分と、読みだす部分にそれぞれMSBの極性フラグに対する処理を行うコードを挿入している。 挙動に少々心配なところがあるが、極性判定の仕掛けは正常に動作している模様。

以上のように、インターフェイスに関しては折衷案を上手く見つけたと思っているが、連続した色味による機能の判別がややこしい。 対応策を試行錯誤した結果、 PitchBend/Toremolo各演奏モードの選択に伴ってUpperKnobのコード選択機能がパラメーターのValue設定に切り替わる方式を思い付いた。

負の値を扱うPitchBendモードでは、符号の変化を点灯するLEDの発色を切替えることで表現している。

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モード選択時にコードの選択が行えなくなるのが欠点だが、頁の移動量を考えると、こちらの方が現実的な運用を行えると思う。

実際にこれらのエフェクトを使用する頻度はそう多くないと思われるが、即興性の向上を狙う場合はこの手法が最適解だろう。

改装のついでに、LFOのDepthをVoicingMode毎に設定できるようにメモリーを増設した。

シーンメモリーの利便性を向上させるため、従来はArpeggiatorを選択した時のみ行えた記録を、全アドレスにおいて可能とした。 唯一、Pitchのプリセットを行った後に記録するアドレスを呼び出す必要がある ChordEditモード を選択した場合のみ、従来通り「アルペジエーターを選択した時だけ」シーンメモリーが行える仕様を継続した。

Mode毎にLFOのスピードを仕込めると更に便利だが、Arpeggiatorのスピードとの齟齬が発生する可能性がある。

結局、さらなる利便性の向上を目指してUpperKnobにチューニング系のパラメータを再配置することになったが、機能の被りを防ぐために大量のスキップルーティンを配置しなければならず、作業量は予想していたよりもかなり大きなものになってしまった。

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スキップの仕組みは、条件分岐が該当するモードと一致した場合にブレイクを掛けるだけの単純なものなのだが、switchを構成しているcase毎にこれを挿入しなければならない。

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より洗練された方法として関数化した発光ルーティンを呼び出す方式が考えられたが、コードの簡素化は遅延とトレードオフとなる可能性があり、今回は採用を見送ることになった。

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あんちょこの執筆時にインターフェイスの煩雑過ぎる構造が露見した為にやむなく作業を行っているのだが、つらい作文作業のおかげで客観的な視座を得ることが出来たのがラッキーだった。

要は、10を超える(概念的な)垂直移動が強要される環境ではパラメーターの認知に相当な負荷が掛かりそうなことが判ってしまったのだが、この問題を解決するには現状で20対9という不均衡なパラメーターの分布を、出来るだけ均等に分配する必要があった。

試行錯誤の結果、パラメーターのレイヤー化を進めて、下側のポットノブのアドレス#1・OP3の選択時に、倍音編集機能を、アドレス#10・MixSelectorにOscillatorの編集機能を割振ることになった。 

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要素をダイレクトに編集できるパラメーターの構造を採用できたのは大きな進歩ではあるが、



反面、ヴォイシングの選択レイヤーが減少する弊害が発生している。 

ネガティヴ面の評価については今後行っていく実験運用の過程で結論を出していくことになるが、レイヤーの移動を自動化出来た運用上のメリットはかなり大きい。
posted by Yasuski at 20:12| LaVoixski

2019年03月17日

PitchBendの運用ケースとパラメータの再配置について

運用には慣れが必要だが、左手の動作だけでトリガーを掛けるのは少々辛いことが判明。 より効果的にPitchBend機能を使用するには、外部からトリガーを入力出来る端子を追加すべきかもしれない。 

外部トリガーは、現在設定しているスレッショルドが設定可能な内部トリガーとExORを行って実装する。 入力端子のステイタスを変化させる方式は物理的なスイッチを接続するのがシンプルだが、よりフレキシブルに運用が可能なBluetooth等を使ったリモートデバイスの使用を検討している。



PitchBendの導入に伴い、パラメーターの配置を変更した。 インターフェイスの仕様がコロコロと変わるのは考えものだが、これが最新の操作法だ。



一方、プログラム上では循環するパラメーターの配置をこのように規定している。

<->op3(multiColors)<->PitchBend(pur/yel)<->distortion(sky/red)<->mute(yel)<->transition(pur)<->transitionEnvelopeSelecort(sky/pur)<->osc1_vol(grn)<->osc1_wfm(sky)<->osc2_vol(blu)<->osc2_wfm(sky)<->osc3_vol(red)<->osc3_wfm(sky)<->osc1_vo4(pur)<->osc4_wfm(sky)<->osc5_vol(yel)<->osc5_wfm(sky)<->arp_ptn(red)<->arp_spd(grn)<-> arp_seq(blu)<->

実際に設定しているニュートラルな位置のパラメーターは4番目の MuteSwitch(Yellow) で、今回の改装ではそこから前後する使い易い位置に使用頻度の高いパラメーターを再配置した。
posted by Yasuski at 14:35| LaVoixski

2019年03月15日

Gride機能にハーモナイズド・チョーキング風の機能を追加する / PitchBenderの製作

Gride機能にチョークアップする側のEnvelopeを追加した。



具体的な効果としてはハーモナイズド・チョーキングを模したものを目指している。

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GrideのRate設定をゼロポイントを超えたマイナス側に回すと、int16_tのMSBからNegativeFlagを感知して、グライド・アップする方向に機能をスイッチする。 

Chronoは負の値を扱えないため、事前にMSBをマスクした数値をパラメーターとして使用するが、このままでは境界を超えた途端に最大値が入力されてしまう。 これを防止するために、マイナスのフラッグが立った場合には  を使って出力値を反転する機構への条件分岐を組み込んでいる。

実際に運用した場合にポットのゼロポイントの境目が判り難かったので、LEDの発色を変えて境界を示すようにインターフェイスを改良している。

追記:

EMAの処理時間を短縮する方法を見つけたので試してみたが、データが荒れて使い物にならなかった。
posted by Yasuski at 18:23| LaVoixski

EnvelopeGeneratorのようなものを実装した

Chronoを使ったトリガーを切欠にAttack=立ち上がりのエンヴェロープをオシレーターのピッチ制御に印加する機能、Envelope Generatorのようなものを実装した。

Lyle Maysな雰囲気を実現するまでの道程は遠いが、まずは第一歩から。

Oberheim名物なLyleMaysの"あの音"を思い出してから脳内再生が鳴り止まず夢にまで出てくる始末で、この日の午後はその実現に向けてひたすらに試行錯誤を繰り返していた。

基本的な構想は、データの極端な変化をサプレッションするEMAアルゴリズムの係数をChronoを使って段階的に変化させる方式で、Chronoによって発生させるトリガーの間隔が長くなると、EMA係数の変化量が抑制され、結果としてGrideTimeが伸びるという仕掛けだ。

最初のこれはおもいっきりコーディングを間違えているのだが、

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実装した結果「何となくそれっぽい動き」が観測されてしまい、これが迷路の入り口に入る切欠となる。

次に、実験を繰り返して到達したこの段階では、実用性は乏しいもののPitchをGrideさせる機能の実装がほぼ実現しつつあった。 ただし、変化量が大きすぎたり、Grideさせた結果が超低音になるなど、新たにピッチ制御のために用意した係数、add_vall2 に出力されるデータは正常なものとは程遠い状態だ。

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そのうえ、Chronoの調整のためにノブを回していると、突然作動不能となるケースが頻発した。 

このケースには相当悩まされたが、SequencerにStart/Stop機能を実装したコードからそのままの仕組みを再利用して、「トリガーゲートがオフられた時にchrono.stopを使ってChronoの計数をストップさせていた」のが原因だった。 

chrono.stop を排除した結果、トリガーによってEGを発生させる機構の動作を安定させることが出来たが、この段階ではピッチが不思議な挙動を示す原因をまだ特定出来ていない。

その後の数時間に渡る試行錯誤の末に探し当てた、正常に動作するほぼ最終的な案以下に示す。 

機能をまとめてEGとしてサブルーチン化し、それをPitchディテクターのサブルーチン内からコールしている。

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結局、発生させていた「Pitchの差分」そのものを add_val2 に代入するPitchデータ出力として取り扱っていたのが間違いで、元データ add_val に「差分を足す」のが正解だった。 これで、Pitchの扱いに関する問題はほぼ解決した。 制御波形の分解能は200だが、これは今後調整を行う必要があるかもしれない。

多分、これもまた「車輪の再発明」に過ぎないのだろう。 が、ひとまずはそれっぽい動作をする仕掛けが組み上がりつつある。

負荷が多いためか出音が微妙に荒れ出したのが危険な徴候だが、出来ればこの機能を外したくはないものだ。

ついでに、操作性を向上させるためにパラメーターの配置を一部変更している。
posted by Yasuski at 11:14| LaVoixski

2019年03月12日

LEDの表示モードを変更する(その2)

Sequencer使用時に「どの曲をセレクトしているのか判らなくなる問題」が発覚したので、メモリーCH毎に*Blink*するLEDの発色を変えることにした。

曲を選択する毎に色が変わって視認性が格段に向上したが、今度は点滅の間隔が気になりだした。

改装のついでに、TDMモード送信実験の前段階としてTDMに使用する通信端子の設定を行ってみた。 SCL0とSDA0をアサインする端子には、FPGAのラッチ信号を出力するためにリザーブしていた16・17番を使用する。

とりあえず、端子に通信機能を持たせるALT2にモードを切替える設定だけは行えているようだが、実際に使う段になると何をどうやればよいのかサッパリ理解していないので、ADMP1701の評価キットが到着次第TDMによる音声多重通信の実用化に向けて、これからフォーマットを学習していかなければならない。
posted by Yasuski at 21:30| LaVoixski

2019年03月11日

LEDの表示モードを変更する

空きチャンネルに搭載した新機能の判別が辛くなってきたので、LEDによる表示機能を追加した。

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Op3Modeは、選択したOscillator順に GRN/BLU/RED/PUR/YEL を、DistortionSWのオン・オフには SKY/RED TransitionControl/Sin/Exp.Sin の切替えには PUR/SKY をそれぞれ設定している。

改修の過程でDistortionSWの切り替えを検知するためにD13のStatusを読もうとしたところ、何故か読みだすことが出来ず。 対処法としてスイッチングを行う選択分岐の部分にスイッチングを行うための関数を代入している。 

PinのStatusが読めない案件は以前から偶に発生しているが、D13にはTeensyのボード上でLEDに接続されており、この回路によって発生する電圧降下がStatus"HIGH"の認定を阻んでいる可能性がある。 

何れにせよ、これは物理面の問題が疑わしく、MCUから外部に接続を行う際には必ずバッファーを挿入することを心掛けたい。
posted by Yasuski at 17:06| LaVoixski

2019年03月10日

Transition Control の制御波形に expSin を追加する。

何気に読んでいた大塚明氏のサイトからexpSinという概念を仕入れたので、

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これをあまりピーク値が重なって欲しくないオシレーターのtransitionコントロールに応用できないか、実験で試すことにした。



まずは下準備として、GNU/Octaveでヴォリュームを制御するための波形を生成する。 テンプレートには、以前記述したSin波を生成するコード使った。 Sinの手前にexpを書き足した後、カットアンドトライでオフセット値を探っていく。

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当初は12bit精度で縦軸を設定したファイルを単体で試してみたが、音像の分解能が上がって、和音が美しく聞こえるようになった反面、OverDrive系の出音にパンチが無くなってしまった。

これでは本末転倒なので、処理ステップ及びRAMの消費量が上がってしまうが、波形を使い分けられるようにスイッチ機構を組み込んで、旧来のファイルと設定が共用できるようにシステムの改変を行った。

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問題は、現用していた11bitスケールの波形との整合性で、アッテネーターの値をどう工夫しても境界値のコントロールが行えなくなってしまった。 結局、expSine波のスケールを11bitに縮小して再度試してみたところ、スムーズな動作を確認できた。

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確かにこれは便利な機能で、和音演奏時のミックス具合を変更して、出力の飽和状態をコントロールすることが可能となった。

ちなみに、大人しい音色を使用した時には、効果の違いを殆ど感じられなかった。

Transition波形の切り替えスイッチには何故かアナログ部のスイッチ機能が「死んだ」状態で放置していたLevelControlを充て、出力端子のステイタスを波形の切り替えに反映させている。
posted by Yasuski at 17:40| LaVoixski

2019年03月09日

OutputCh#3に波形変換システムを導入する

元ネタは”Arduino Music and Audio Projects”の巻末近くに掲載されていたAudio Excitationという記事で、TransferFunctionを使って倍音構成を変化させる仕組みが紹介されていた。

この楽器は、5つのオシレーターによって波形合成を行う音源で構成されていて、現在第3出力にはオシレーター単体の出力をアサインしている。つまり、ここでピックアップされるのは単純なサイン波となる可能性が高く、その場合は少々パンチの乏しい音色となってしまうのが難点だ。 

今回の改装では、波形合成との兼ね合いで矩形波やノコギリ波等「エッジの効いた波形」をアサインすることが出来ない場合に音色を変化させる方法として、先の記事に記載されていたWavetableによる波形変換システムを導入している。

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導入を試行した当初は参照するWavetableをリアルタイムで組み替えようとしていたのだが、結果は失敗だった。 Dueを使って(オリジナルの記事による)AudioClockのタイミングでそれを行うのはExciterを単機能のみで実装した状態であっても流石に無理な話。 実際の回路は任意のタイミングでプッシュスイッチを押して、ヴォリューム・ポットの状態をアップロードする仕組みだった。 

記事を読み飛ばしていた自分がそそっかしいのだが、ポットの状態が即出音に反映されないのはいささか残念な仕様ではある。 記事の内容に沿って、プッシュスイッチによりデータエントリーを行う構造に修正した結果、音声の出力を確認することができた。



ついでに、RGBロータリーエンコーダーにポットの状態を点滅速度で表示するギミックを追加しておいた。 

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点滅間隔が長くなるほど値が大きくなる表示方式で、最長0.5秒間隔でLEDが点滅する。

データトランスファーはオシレーターの音量調整ポットを流用する関係で、5倍音まで設定が可能な仕様とした。 記録は、トップ側のノブをch9に選択してエンコーダーのトップを長押しして行う。 

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現状はメモリー数を1chとしているが、今後必要に感じた場合はさらに記録バンクを増設する可能性もある。

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posted by Yasuski at 17:48| LaVoixski

2019年03月08日

SigmaDSPの導入について

ADAU系列のDSPは導入の敷居が高いが、スタンドアロンで動くこのチップを扱った記事はハードルを超えるためのヒントになる。

Webを漁ると製作例が上がっていて、ハードを販売している人も居るようだ

最終的にはこのコードが使えそうなので、DSPの試作ボードを購入してテストを行うことにした。

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ただ、このチップを含めた最近のオーディオ製品は通信をI2Cで行うために、DACとして使用する場合にボトルネックの問題が出てくるかもしれない。 所謂「バーストモード」がMCU側の設定で使えるかどうかが決め手になるだろう。

DSPを使用する利点は、それ自体にオシレーションを行わせられそうなところで、波形の生成を外部に丸投げして、I2C/S等のシリアル伝送によって生じるデータトランスファーのボトルネックをスキップできる可能性がある。

オーディオデータのハンドリングに話を戻すと、LRCLKでオーディオデータを受けていては出力が間に合わないので、3ch以上の出力を行う場合は否応無しにTDMモードを選択することになる。 TDMフォーマットに関しては良く判っていないので、参考のために具体的な製作例を探したほうが良いだろう。 

ADAU1701はデジタルオーディオ・フォーマットを直接出力できるので、MCUからDACに至る間に発生していた遅れ時間を気にせずに外部に設置したDACにデータを放り込める利点がある。 入出力で通信モードを切替えられそうなので、adatフォーマットに拠る通信を行えるかもしれない。
posted by Yasuski at 21:03| LaVoixski