Проекты

Creating an electronic drum set at home Создание электронной ударной установки в домашних условиях

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Мастер-классы на иностранном языке» среди работ учащихся 5-6 классов

Направление работы: Прототипирование
Авторы работы: Школа № 438
Предметы: Информатика
Классы: 6 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» 17 апреля 2019 года

Актуальность

Игра на барабанах – это больше, чем просто хобби, это образ жизни. Однако затраты на обучение довольно высокие. Как же добиться мастерства с наименьшими затратами?

Существующие решения, а именно заводские варианты электронных ударных установок, неудовлетворительны, потому что имеют достаточно высокую цену, относительно предлагаемого автором варианта, созданного в домашних условиях.

Интерес в разработке такого решения имеется у обучающихся музыкальных школ и всех желающих самостоятельно освоить игру на барабанах.

Цель

Создание бюджетной электронной ударной установки на платформе Arduino в домашних условиях.

Задачи

  1. Изучение базовых программ по конвертации, обработке и передаче звуков (Fruity Loops – цифровой звуковой станции, направленной для написания музыки; Active Drums – программы для создания реалистично звучащих барабанов; MIDI-порт – устройства для передачи MIDI-данных между компьютерными программами; Hairless MIDI-Serial Bridge – программы-конвертера, обеспечивающей передачу данных из Arduino на MIDI-порт).
  2. Изучение работы пьезоэлектрического датчика и его возможностей для создания электронной ударной установки в домашних условиях.
  3. Подготовка материально-технической базы и изготовление установки в домашних условиях.
  4. Написание программы на платформе Arduino, компиляция и программирование аппаратуры.
  5. Апробация электронной ударной установки, устранение (при необходимости) возникающих проблем программирования.

Описание

Сначала были вырезаны из гимнастического коврика несколько окружностей, которые склеили между собой, поместив между слоями пьезоэлектрические датчики.

При деформации (в нашем случае – при ударе барабанной палочкой) кристалл, находящийся внутри пьезодатчика, вырабатывает электричество, которое регистрируется на пинах Arduino (надписанных черных разъемов, расположенных по краям платы).

Параллельно пьезодатчику подключается сопротивление, чтобы замкнуть электрическую цепь через пьезодатчик.

Чтобы воспроизвести звучание настоящих барабанов, была использована компьютерная программа Fruity Loops (цифровая рабочая станция или секвенсор для написания музыки, где музыка создается путем записи и сведения аудио- или MIDI-материала) с плагином Addictive Drums (предназначен для программирования реалистично звучащих барабанов). Работая в программе Fruity Loops, можно воспроизводить звуки при помощи мышки или передавать в компьютер управляющие сигналы посредством MIDI-порта (в переводе с англ. «цифровой интерфейс музыкальных инструментов»). На большинстве домашних компьютеров нет MIDI-портов. Чтобы обойти это ограничение, была использована программа LoopBe1(представляет собой виртуальное MIDI-устройство для передачи MIDI-данных между компьютерными программами, которая заменила MIDI-порт).

Следующим шагом в работе было устранение проблемы передачи команд Arduino напрямую на виртуальный MIDI-порт, так как программа может передавать данные только в последовательный порт компьютера. Чтобы передать данные из последовательного порта компьютера, потребовалась программа-конвертер Hairless MIDI-Serial Bridge (программа-конвертер, обеспечивающая передачу данных из последовательно порта компьютера на виртуальный MIDI-порт).

Программа показывает, каким образом она пересылает данные из последовательного порта на виртуальный MIDI-порт. Далее данные попадают в программу Fruity Loops, заставляя звучать нужную нам ноту в симуляторе барабанов.

Для Arduino был написан код, который распознает, на какой из пинов придет сигнал от пьезодатчика.

Результаты

  1. Создана модель электронной барабанной установки, работающей на платформе Arduino при помощи пьезоэлектрических датчиков и следующих программ:
  • Fruity Loops – цифровой звуковой станции, направленной для написания музыки;
  • Active Drums – программы для создания реалистично звучащих барабанов;
  • MIDI-порт – виртуального устройства для передачи MIDI-данных между компьютерными программами;
  • Hairless MIDI-Serial Bridge – программы-конвертера, обеспечивающей передачу данных из Arduino на MIDI-порт.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

  • Пьезодатчики.
  • Барабанные палочки.
  • Гимнастический коврик.

Перспективы развития результатов работы

В перспективе работы планируется добавить необходимое количество барабанов и тарелок, чтобы установка имела приспособленный вид для удобной игры барабанщика: малый барабан, 3 том-тома, бас-барабан, крэш-тарелка, райд-тарелка, хай-хэт-тарелка.