Yoga-Drums - Самодельный барабанный модуль
Назад - Первый самодельный пэд электронного барабана Далее - Сетчатый пэд с конусным датчиком
Анализ сигнала с пьезодатчика, доработка пэда
Далее, изучив параметры сигнала, снимаемого с пьезодатчика пэда, мы начали разработку схемы входного устройства барабанного модуля. Перед этим были изучены все доступные варианты:
1) Входное устройство электронной ударки "Марш"
2) Входное устройство электронной ударки "Лель":
3) Входная схема Megadrum, достаточно известного миди-контроллера, позволяющего играть на барабанах через компьютер. Схему не показываю, просто потому, что там нечего показывать: сигнал с пэдов через резисторы на 100 Ом поступает на мультиплексоры и с них подаётся на входы АЦП микроконтроллера, где шунтируется резисторами сопротивлением 4,7к. Проще просто не бывает.
4) Входная схема Edrum, тоже миди-контроллера, близкого к мегадраму:
5) Очень хорошо было бы посмотреть схему входного устройства хорошей электронной ударки, типа Roland-TD30KV, но к сожалению, подобных схем я найти не смог.
Изначально я готов был поставить операционный усилитель по каждому входу барабанного модуля, чтобы усилить сигнал и/или построить на ОУ пиковый детектор уровня. Но в итоге всё получилось значительно проще. Мой самодельный пэд при ударе палочкой выдавал очень приличную амплитуду сигнала, 25-30 вольт. Максимальное напряжение на входе АЦП микроконтроллера 3,3в, то есть имеется почти 10-кратный запас по напряжению. Следовательно, усилители напряжения на операционках, как в "Марше" и "Edrum", совершенно не нужны, тем более что к схемотехнике пиковых детекторов в Едраме есть вопросы.
Входная часть Мегадрама мне тоже не понравилась, в нём входы, то есть пэды, шунтируются резисторами сопротивлением 4,7к, что, на мой взгляд, слишком жестко. Почему это плохо, расскажу позже.
Остановились на том, что для качественной оценки амплитуды сигнала с пэда (т.е. силы удара) достаточно пропустить сигнал с пэда через сглаживающую RC-цепочку (ФНЧ). Параметры RC рассчитывались таким образом, чтобы не пускать на вход МК заведомо "левых" сигналов. Это повысило помехозащищённость устройства.
Далее сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера, который должен распознать удар по пэду, сделать вывод о его силе, и передать в сэмплер команду воспроизвести звук необходимой громкости.
Частота опроса пэдов ограничена возможностями микроконтроллера. Микроконтроллер способен опрашивать в каждый момент времени только один вход от пэда, опрос нескольких пэдов производится последовательно. Поэтому если пэдов (входов) достаточно много (в мегадраме 32 и даже больше), то частота опроса каждого пэда становится относительно невысокой.
Но в то же время частота опроса пэдов должна быть достаточной, чтобы не только отловить импульс напряжения (удар по пэду), но и оценить амплитуду сигнала (силу удара), причём необходимо поймать именно высшую точку (экстремум) сигнала. На мой взгляд, опрос пэдов в Мегадраме производится слишком редко, входов 32, а в каждый момент времени опрашивается только один, в итоге частота опроса пэдов низкая.
Вот как выглядел сигнал, выдаваемый моим самодельным пэдом (через RC-цепочку):
Назад - Первый самодельный пэд электронного барабана Далее - Сетчатый пэд с конусным датчиком
Анализ сигнала с пьезодатчика, доработка пэда
Далее, изучив параметры сигнала, снимаемого с пьезодатчика пэда, мы начали разработку схемы входного устройства барабанного модуля. Перед этим были изучены все доступные варианты:
1) Входное устройство электронной ударки "Марш"
2) Входное устройство электронной ударки "Лель":
3) Входная схема Megadrum, достаточно известного миди-контроллера, позволяющего играть на барабанах через компьютер. Схему не показываю, просто потому, что там нечего показывать: сигнал с пэдов через резисторы на 100 Ом поступает на мультиплексоры и с них подаётся на входы АЦП микроконтроллера, где шунтируется резисторами сопротивлением 4,7к. Проще просто не бывает.
4) Входная схема Edrum, тоже миди-контроллера, близкого к мегадраму:
5) Очень хорошо было бы посмотреть схему входного устройства хорошей электронной ударки, типа Roland-TD30KV, но к сожалению, подобных схем я найти не смог.
Изначально я готов был поставить операционный усилитель по каждому входу барабанного модуля, чтобы усилить сигнал и/или построить на ОУ пиковый детектор уровня. Но в итоге всё получилось значительно проще. Мой самодельный пэд при ударе палочкой выдавал очень приличную амплитуду сигнала, 25-30 вольт. Максимальное напряжение на входе АЦП микроконтроллера 3,3в, то есть имеется почти 10-кратный запас по напряжению. Следовательно, усилители напряжения на операционках, как в "Марше" и "Edrum", совершенно не нужны, тем более что к схемотехнике пиковых детекторов в Едраме есть вопросы.
Входная часть Мегадрама мне тоже не понравилась, в нём входы, то есть пэды, шунтируются резисторами сопротивлением 4,7к, что, на мой взгляд, слишком жестко. Почему это плохо, расскажу позже.
Остановились на том, что для качественной оценки амплитуды сигнала с пэда (т.е. силы удара) достаточно пропустить сигнал с пэда через сглаживающую RC-цепочку (ФНЧ). Параметры RC рассчитывались таким образом, чтобы не пускать на вход МК заведомо "левых" сигналов. Это повысило помехозащищённость устройства.
Далее сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера, который должен распознать удар по пэду, сделать вывод о его силе, и передать в сэмплер команду воспроизвести звук необходимой громкости.
Частота опроса пэдов ограничена возможностями микроконтроллера. Микроконтроллер способен опрашивать в каждый момент времени только один вход от пэда, опрос нескольких пэдов производится последовательно. Поэтому если пэдов (входов) достаточно много (в мегадраме 32 и даже больше), то частота опроса каждого пэда становится относительно невысокой.
Но в то же время частота опроса пэдов должна быть достаточной, чтобы не только отловить импульс напряжения (удар по пэду), но и оценить амплитуду сигнала (силу удара), причём необходимо поймать именно высшую точку (экстремум) сигнала. На мой взгляд, опрос пэдов в Мегадраме производится слишком редко, входов 32, а в каждый момент времени опрашивается только один, в итоге частота опроса пэдов низкая.
Вот как выглядел сигнал, выдаваемый моим самодельным пэдом (через RC-цепочку):
www.DYoga.ru
Очевидно, что здесь что-то не так: форма сигнала просто ужасная, чёткий пик при ударе отсутствует, максимальной амплитуды сигнал достигает через несколько колебаний. При такой форме сигнала потребуется очень большое времени анализа для корректной оценки его амплитуды (силы удара). Но чем дольше длится обработка сигнала, тем больше времени пройдёт после удара до команды "воспроизвести сэмпл барабана!" Нехорошо...
Оказалось, данный косяк был вызван тем, что в пэд ударял сам программист. Палочки он держал первый раз в жизни, и наносил удар совершенно неправильно, отчего на выходе пьезодатчика и возникал "мусор", осложнявший анализ сигнала с пэда.
После того, как по пэду постучал я сам, сигнал принял более человеческую форму:
Оказалось, данный косяк был вызван тем, что в пэд ударял сам программист. Палочки он держал первый раз в жизни, и наносил удар совершенно неправильно, отчего на выходе пьезодатчика и возникал "мусор", осложнявший анализ сигнала с пэда.
После того, как по пэду постучал я сам, сигнал принял более человеческую форму:
Ну это ж совсем другое дело! Есть чёткий пик, есть чёткий экстремум, поэтому анализ сигнала с этого пэда - одно удовольствие! И главное, на это требуется минимальное время! Полное нарастание фронта сигнала происходит за время примерно 1 мс, поэтому как раз 1 мс нужно для анализа сигнала с пэда. Это очень хороший показатель! (Время анализа, или время распознавания сигнала триггера - параметр "Scan time" электронных ударок).
Вывод: на время (и возможность) хорошего распознавания сигнала с пэда очень сильно влияет собственная резонансная частота мембраны пэда. Поэтому конструкция пэда должна обеспечивать максимально высокую резонансную частоту. Кроме того, очень желательно основательно задемпфировать пэд, это улучшит качество сигнала, и в то же время снизит шумность пэда.
Назад - Первый самодельный пэд электронного барабана Далее - Сетчатый пэд с конусным датчиком
Вывод: на время (и возможность) хорошего распознавания сигнала с пэда очень сильно влияет собственная резонансная частота мембраны пэда. Поэтому конструкция пэда должна обеспечивать максимально высокую резонансную частоту. Кроме того, очень желательно основательно задемпфировать пэд, это улучшит качество сигнала, и в то же время снизит шумность пэда.
Назад - Первый самодельный пэд электронного барабана Далее - Сетчатый пэд с конусным датчиком
Но опять же, максимума сигнал достигал не сразу после удара, а через колебание, что тоже было совсем плохо для анализа. В конце-концов мы пришли к выводу, что в такой сложной форме сигнала виновата "кривая" конструкция пэда. Дело в том, что пэд в том виде, как я его сделал по-быстрому, обладал явно выраженным тональным звуком, как настоящий барабан, хотя, конечно, звучал он от удара палочки куда тише и глуше. Гудела, примерно на частоте 275гц, стеклотекстолитовая мембрана (плата) с приклеенной к ней резиной.
Чтобы лишить пэд совершенно не нужного тонального звучания, пришлось его задемпфировать: всё внутреннее пространство пэда я заполнил частично поролоном, частично автомобильным материалом под названием "карпет". Также умягчил подвес мембраны. При этом пэд практически лишился тонального звучания, остался лишь щелчок палочки о резину.
Чтобы лишить пэд совершенно не нужного тонального звучания, пришлось его задемпфировать: всё внутреннее пространство пэда я заполнил частично поролоном, частично автомобильным материалом под названием "карпет". Также умягчил подвес мембраны. При этом пэд практически лишился тонального звучания, остался лишь щелчок палочки о резину.
И вот каким стал сигнал, снимаемый с пэда (это сигналы в том виде, как их видел сам МК, который их обрабатывал):
E-mail: DYoga@Yandex.ru
Сайт Дмитрия Егошкина
