Музыкальные инструменты

Лабаем на MIDI клавиатуре в Angular

30.06.2020 14:13:12 |

Автор: admin

Web MIDI API интересный зверь. Хоть он и существует уже почти пять лет, его все еще поддерживает только Chromium. Но это не помешает нам создать полноценный синтезатор в Angular. Пора поднять Web Audio API на новый уровень!

Ранее я рассказывал про декларативную работу с Web Audio API в Angular.

Программировать музыку, конечно, весело, но что если мы хотим ее играть? В 80-е годы появился стандарт обмена сообщениями между электронными инструментами MIDI. Он активно используется и по сей день, и Chrome поддерживает его на нативном уровне. Это значит, что, если у вас есть синтезатор или MIDI-клавиатура, вы можете подключить их к компьютеру и считывать то, что вы играете. Можно даже управлять устройствами с компьютера, посылая исходящие сообщения. Давайте разберемся, как это сделать по-хорошему в Angular.

Web MIDI API

В интернете не так много документации на тему этого API, не считая спецификации. Вы запрашиваете доступ к MIDI-устройствам через navigator и получаете Promise со всеми входами и выходами. Эти входы и выходы еще их называют портами являются нативными EventTargetами. Обмен данными осуществляется через MIDIMessageEventы, которые содержат Uint8Array сообщения. В каждом сообщении не более 3 байт. Первый элемент массива называется status byte. Каждое число означает конкретную роль сообщения, например нажатие клавиши или движение ползунка параметра. В случае нажатой клавиши второй байт отвечает за то, какая клавиша нажата, а третий как громко нота была сыграна. Полное описание сообщений можно подсмотреть на официальном сайте MIDI. В Angular мы работаем с событиями через Observable, так что первым шагом станет приведение Web MIDI API к RxJs.

Dependency Injection

Чтобы подписаться на события, мы сначала должны получить MIDIAccess-объект, чтобы добраться до портов. navigator вернет нам Promise, а RxJs превратит его для нас в Observable. Мы можем создать для этого InjectionToken, используя NAVIGATOR из @ng-web-apis/common. Так мы не обращается к глобальному объекту напрямую:

export const MIDI_ACCESS = new InjectionToken<Promise<MIDIAccess>>(   'Promise for MIDIAccess object',   {       factory: () => {           const navigatorRef = inject(NAVIGATOR);           return navigatorRef.requestMIDIAccess               ? navigatorRef.requestMIDIAccess()               : Promise.reject(new Error('Web MIDI API is not supported'));       },   },);

Теперь мы можем подписаться на все MIDI-события. Можно создать Observable одним из двух способов:

Создать сервис, который наследуется от Observable, как мы делали в Geolocation API
Создать токен с фабрикой, который будет транслировать этот Promise в Observable событий

Поскольку в этот раз нам понадобится совсем немного преобразований, токен вполне подойдет. С обработкой отказа код подписки на все события выглядит так:

export const MIDI_MESSAGES = new InjectionToken<Observable<MIDIMessageEvent>>(   'All incoming MIDI messages stream',   {       factory: () =>           from(inject(MIDI_ACCESS).catch((e: Error) => e)).pipe(               switchMap(access =>                   access instanceof Error                       ? throwError(access)                       : merge(                             ...Array.from(access.inputs).map(([_, input]) =>                                 fromEvent(                                     input as FromEventTarget<MIDIMessageEvent>,                                     'midimessage',                                 ),                             ),                         ),               ),               share(),           ),   },);

Если нам нужен какой-то конкретный порт, например если мы хотим отправить исходящее сообщение, достанем его из MIDIAccess. Для этого добавим еще один токен и подготовим фабрику для удобного использования:

export function outputById(id: string): Provider[] {   return [       {           provide: MIDI_OUTPUT_QUERY,           useValue: id,       },       {           provide: MIDI_OUTPUT,           deps: [MIDI_ACCESS, MIDI_OUTPUT_QUERY],           useFactory: outputByIdFactory,       },   ];}export function outputByIdFactory(   midiAccess: Promise<MIDIAccess>,   id: string,): Promise<MIDIOutput | undefined> {   return midiAccess.then(access => access.outputs.get(id));}

Кстати, вы знали, что нет необходимости спрэдить массив Provider[], когда добавляете его в метаданные? Поле providers декоратора @Directive поддерживает многомерные массивы, так что можно писать просто:

providers: [  outputById(someId),  ANOTHER_TOKEN,  SomeService,]

Если вам интересны подобные практичные мелочи про Angular приглашаю почитать нашу серию твитов с полезными советами.

Аналогичным образом можно добывать и входные порты, а также запрашивать их по имени.

Операторы

Для работы с потоком событий нам потребуется создать свои операторы. В конце концов, мы же не хотим каждый раз ковыряться в исходном массиве данных.
Операторы можно условно разделить на две группы:

Фильтрующие. Они отсеивает события, которые нас не интересуют. Например, если мы хотим слушать только сыгранные клавиши или ползунок громкости.
Преобразующие. Они будут преобразовывать значения для нас. Например, оставлять только массив данных сообщения, отбрасывая остальные поля события.

Вот так мы можем слушать события с определенного канала:

export function filterByChannel(   channel: MidiChannel,): MonoTypeOperatorFunction<MIDIMessageEvent> {   return source => source.pipe(filter(({data}) => data[0] % 16 === channel));}

Status byte организован группами по 16: 128143 отвечают за нажатые клавиши (noteOn) на каждом из 16 каналов. 144159 за отпускание зажатых клавиш (noteOff). Таким образом, если мы возьмем остаток от деления этого байта на 16 получим номер канала.

Если нас интересуют только сыгранные ноты, поможет такой оператор:

export function notes(): MonoTypeOperatorFunction<MIDIMessageEvent> {   return source =>       source.pipe(           filter(({data}) => between(data[0], 128, 159)),           map(event => {               if (between(event.data[0], 128, 143)) {                   event.data[0] += 16;                   event.data[2] = 0;               }               return event;           }),       );}

Некоторые MIDI-устройства отправляют явные noteOff-сообщения, когда вы отпускаете клавишу. Но некоторые вместо этого отправляют noteOn сообщение с нулевой громкостью. Этот оператор нормализует такое поведение, приводя все сообщения к noteOn. Мы просто смещаем status byte на 16, чтобы noteOff-сообщения перешли на территорию noteOn, и задаем нулевую громкость.

Теперь можно строить цепочки операторов, чтобы получить стрим, который нам нужен:

readonly notes$ = this.messages$.pipe(  catchError(() => EMPTY),  notes(),  toData(),);constructor(  @Inject(MIDI_MESSAGES)  private readonly messages$: Observable<MIDIMessageEvent>,) {}

Пора применить все это на практике!

Создаем синтезатор

С небольшой помощью библиотеки для Web Audio API, которую мы обсуждали ранеесоздадим приятно звучащий синтезатор всего за пару директив. Затем мы скормим ему ноты, которые играем через описанный выше стрим.

В качестве отправной точки используем последний кусок кода. Чтобы синтезатор был полифоническим, нужно отслеживать все сыгранные ноты. Для этого воспользуемся оператором scan:

readonly notes$ = this.messages$.pipe(  catchError(() => EMPTY),  notes(),  toData(),  scan(    (map, [_, note, volume]) => map.set(note, volume), new Map()  ),);

Чтобы звук не прерывался резко и не звучал всегда на одной громкости, создадим полноценный ADSR-пайп. В прошлой статье была его упрощенная версия. Напомню, идея ADSR менять громкость звука следующим образом:

Чтобы нота начиналась не резко, удерживалась на определенной громкости, пока клавиша нажата, а потом плавно затухала.

@Pipe({    name: 'adsr',})export class AdsrPipe implements PipeTransform {    transform(        value: number,        attack: number,        decay: number,        sustain: number,        release: number,    ): AudioParamInput {        return value            ? [                  {                      value: 0,                      duration: 0,                      mode: 'instant',                  },                  {                      value,                      duration: attack,                      mode: 'linear',                  },                  {                      value: sustain,                      duration: decay,                      mode: 'linear',                  },              ]            : {                  value: 0,                  duration: release,                  mode: 'linear',              };    }}

Теперь, когда мы нажимаем клавишу, громкость будет линейно нарастать за время attack. Затем она убавится до уровня sustain за время decay. А когда мы отпустим клавишу, громкость упадет до нуля за время release.

С таким пайпом мы можем набросать синтезатор в шаблоне:

<ng-container  *ngFor="let note of notes | keyvalue; trackBy: noteKey">  <ng-container    waOscillatorNode    detune="5"    autoplay    [frequency]="toFrequency(note.key)"   >    <ng-container       waGainNode       gain="0"      [gain]="note.value | adsr: 0:0.1:0.02:1"    >      <ng-container waAudioDestinationNode></ng-container>    </ng-container>  </ng-container>   <ng-container    waOscillatorNode    type="sawtooth"    autoplay     [frequency]="toFrequency(note.key)"  >    <ng-container       waGainNode      gain="0"      [gain]="note.value | adsr: 0:0.1:0.02:1"    >      <ng-container waAudioDestinationNode></ng-container>      <ng-container [waOutput]="convolver"></ng-container>    </ng-container>  </ng-container></ng-container><ng-container  #convolver="AudioNode"  waConvolverNode  buffer="assets/audio/response.wav">  <ng-container waAudioDestinationNode></ng-container></ng-container>

Мы перебираем собранные ноты с помощью встроенного keyvalue пайпа, отслеживая их по номеру сыгранной клавиши. Затем у нас есть два осциллятора, играющих нужные частоты. А в конце эффект реверберации с помощью ConvolverNode. Довольно нехитрая конструкция и совсем немного кода, но мы получим хорошо звучащий, готовый к использованию инструмент. Попробуйте демо в Chrome:

https://ng-web-apis.github.io/midi

Если у вас нет MIDI клавиатуры можете понажимать на ноты мышкой.

Живое демо доступно тут, однако браузер не позволит получить доступ к MIDI в iframe: https://stackblitz.com/edit/angular-midi

Заключение

В Angular мы привыкли работать с событиями с помощью RxJs. И Web MIDI API не сильно отличается от привычных DOM событий. С помощью пары токенов и архитектурных решений мы смогли с легкостью добавить поддержку MIDI в наше Angular приложение. Описанное решение доступно в виде open-source библиотеки @ng-web-apis/midi. Она является частью большого проекта, под названием Web APIs for Angular. Наша цель создание легковесных качественных оберток для использования нативного API в Angular приложениях. Так что если вам нужен, к примеру, Payment Request API или Intersection Observer посмотрите все наши релизы.

Если вам любопытно, что же такого интересного можно сделать на Angular при помощи Web MIDI API приглашаю вас научиться играть на клавишах в личном проекте Jamigo.app

Подробнее..

Категории: Javascript , Typescript , Open source , Angular , Блог компании tinkoff.ru , Музыка , Музыкальные инструменты , Музыкальные сервисы

SonarTermen v2.0

02.07.2020 12:23:15 |

Автор: admin

Если ваш маленький ребенок проявляет бурный интерес к музыкальным игрушкам, сделайте ему нечто подобное.
У меня ушло порядка 3х дней. Имея все необходимое + мои наработки вы справитесь за пару часов.

Терменвокс с ультразвуковым сенсором уже давно бродит по просторам интернета. Есть даже вариация с оптическим сенсором.
У всех у них есть недостатки: при высокой чувствительности к изменению положения руки сложно попасть в ноту хуже чем на скрипке, при квантовании пространства возникают срывы, хлюпания итп.
Я решил эти проблемы + появился интересный эффект, задающий ритм.

В качестве мозга я использовал китайскую Arduino Nano. Корпус коробка от DVD дисков (а куда ж ее еще?). Все собрано как прототип.

Можно использовать вместо пьезодинамика обычный. Звук будет гораздо громче. Можете так сделать, если у вас крепкие нервы.
Пьезодинамик крепится с помощью клеевого пистолета к корпусу так получаем небольшое усиление звука. Сонар крепим так же.

Хочу обратить ваше внимание на качество проводов к сонару HC-SR04. Они должны иметь хороший контакт, иначе постоянно сбоит.
Мне пришлось допилить напильником соединительные провода. В идеале должна быть пайка.

Выключатель держится за счет собственных упоров. Главное аккуратно вырезать отверстие по размеру его корпуса.

Добавил немного пористого полиэтилена для того, чтобы батарея не болталась.

Схема устройства

Игрушка воспроизводит до-мажорную гамму первой октавы (+до второй октавы) с интервалами 9 см на ноту. Интервал можно регулировать.

//Минимальное расстояние от сонара. Начало ноты До. Сантиметры.#define MIN_SM 1//Расстояние между нотами. Сантиметры.#define SM_PER_NOTE 9//Переключатель Мажор/Минор#define GAMMA_PIN PC2

Есть возможность переключения на до-минор.
В моей поделке не реализован аппаратный переключатель лада. Вы легко можете его сделать, соединяя PC2 с землей.

Диаграмма направленности HC-SR04 имеет форму, указанную ниже на рисунке. Прибор срабатывает не только прямо над датчиком. Поэтому лучше его использовать подальше от стен и других препятствий. Например, на полу по центру комнаты.

https://www.youtube.com/watch?v=HMc7QG5p7Bc

Игрушка хорошо работает от одного элемента 18650 (4,2В max вместо 5В).

Проект в Proteus и исходный код (+BONUS) в AtmelStudio для повторения и дальнейшей доработки вы можете скачать с моего github.

Несомненным положительным эффектом игрушки будет тот факт, что ребенок не просто нажимает на кнопку и слушает композицию, а двигает руками, телом, творит, развивает координацию и слух.

Как знать, может у вас растет будущий Паганини.

Подробнее..

Категории: Diy или сделай сам , Разработка под arduino , Музыка , Музыкальные инструменты , Терменвокс , Игрушка

Электросаксофон проект создания EWI шаг за шагом

12.08.2020 18:08:51 |

Автор: admin

Вступление, или откуда что берется

Карьера программиста и инженера вообще очень интересная штука, и зачастую приводит к управлению проектами, как и случилось у меня в T-Systems. Руководство проектами это прекрасно: и опыт, и почет, и уважение (не говоря уже про зарплату), но простора для инженерной деятельности там не остается. А руки-то помнят! (с)
Остается использовать полученные знания и навыки в своих сторонних проектах, благо, такая возможность есть.

О чем я сегодня расскажу

Кроме всего прочего, я еще немного (лет 5-6) саксофонист. И все хорошо в этом прекрасном инструменте, но уж очень он громкий. И с первых своих уроков я мечтал о появлении в моей жизни такого же саксофона, но чтобы можно было играть на нем в наушниках и не донимать соседей, чтобы был этакий тренировочный инструмент.

Конечно, существуют электронные духовые инструменты, флагманы AKAI EWI и Roland Aerophone, но, во-первых, они очень компромиссные с точки зрения положения пальцев и вообще эргономики (не говоря уже про амбушюр), а во-вторых, кроме них, ничего на рынке и нет, а эти стоят 60+к. Извините, но мой сакс американец CONN стоит в 2 раза дешевле (весьма подержанный, впрочем, но еще меня переживет). Так что задушили они меня вдвоем жаба и жажда деятельности. Будем делать электросакс.

Итак, постановка задачи:

Сделать тренировочный инструмент для аппликатуры и амбушюра альт-саксофониста;
Сделать его дешево в (потенциальной) серии и не очень дорого на стадии эксперимента;
Сделать его работающим без задержек между действиями пользователя и получаемым звуком (частая проблема в MIDI устройствах и ад для музыканта);
Сделать его маленьким в ношении-хранении и копирующим альт-саксофон для рук в работе;
Очень желательно:
Сделать его также инструментом для выступлений;
Добавить интерфейс MIDI;
Сделать возможность в нем играть под минусы с телефона или SD карты.

Что есть в наличии:
Прямые руки;
ЛЭТИ РТФ за плечами, то есть общее понимание электроники, но без большого опыта;
Музыкальное недо-образование и понимание, как играть на саксе;
Опыт около 20 лет в программировании всякого от Visual Basic до экзотического языка Magik;
Чуть позже появился 3д-принтер (купил не под эту задачу, но очень пригодился),
Ну и новоприобретенные (или хорошо забытые старые) навыки построения проектов в жизни и IT, дальше будет почти Agile.

Приступаем

Чуть больше 2 лет назад я взял с собой в отпуск стартовый набор Arduino UNO, пару шприцов (не подумайте плохого), датчик давления BMP180 и желание попробовать это все на досуге.

Получилась такая смешная конструкция с 3 кнопками, но, на удивление, она заработала!
Когда я туда дул, появлялся звук, соответствующий комбинации кнопок. Звук, конечно, был системно-динамиковый, прямо в уши неискушенному пользователю.

Но опыт удался, а это означало, что всей птичке пропасть, коль увяз коготок.
Дальше будет некоторое количество промежуточных вех, кому не интересны детали, листайте до конца, там результаты и выводы.

Веха 1. 2 месяца от старта

Корпус кабель-канал и пластиковые трубы, разводка кнопок на фольгированном стеклотекстолите резаком, очень похоже на игрушку, сделанную в гаражном кооперативе 90х. Датчик BMP180, MIDI, кнопки тактовые ардуинские. Первый мундштук из той же пластиковой трубы. Язык Си, среда разработки Arduino.

Очень большие задержки образовались (четверть-половина секунды), долго думал, что из-за MIDI (использовал MIDI-OX и Hairless MIDI). Решил делать встроенный звук.

Веха 2. 3 месяца

Набрел на китайском рынке на карточку, умеющую аппаратное MIDI, на чипе vs1053. Переписал программу, вывел звук туда, все получилось, задержки уменьшились, но не исчезли.

Решил пока подумать о вечном и позаниматься промдизайном.

Веха 3. 4 месяца

Еще летом купил себе на день рождения 3д-принтер, самый простой, Anet A6. Решил подизайнить с ним. Кстати, этот дизайн мне нравится до сих пор, может быть, такой внешний вид будет у одного из готовых инструментов, но пока не уверен, слишком много возни.

Веха 4: полгода

Первый записанный звук (ужаснитесь), первая полностью работоспособная модель. https://www.youtube.com/watch?v=hhtxDk5x1P8

Кнопки от механической клавиатуры Cherry MX Blue (знакомый саксофонист оценил, говорит, похоже на настоящие щелчки клавиш. Мне тоже так показалось.)

Вот примерно так выглядел:

Веха 5, 9 месяцев

Сделал упор на технологичность и блочную компоновку: печатный монтаж (лазерный утюг, кто в теме, перекись водорода и лимонная кислота с солью), шлейфы и максимальное использование готовых модулей. На UNO не хватало пинов для всех кнопок, решил действовать пока экстенсивно использовал Arduino Mega.

Получилась первая модель, которую можно вынести на улицу, поиграть у друзей, вернуть обратно, и все это без единого разрыва (с).

Тем временем поменял цифровой датчик давления BMP180 на аналоговый от Motorola, переписав часть программы. Задержки исчезли. Совсем. Заодно добавил мундштуку возможность подтянуть звук тростью, как у настоящих саксов. Тензорезистор справа снизу.

Веха 6, год

Заработал Aux-in, теперь могу играть на электросаксе под минусы ночью, и все, что услышит наблюдатель это пыхтение исполнителя и щелчки клавиш.

(3.5 мм джек, с телефона можно минус замешать в звук исполнителя)

Веха 7, полтора года (надоел он мне до чертиков, 3 месяца особо не подходил)

Теперь он может складываться в 3 раза и помещается даже в женскую сумочку (не самую мелкую, впрочем, проверял на жене). Внутренности поменялись на еще более модульные, Arduino был Mega, стал Nano. Много 3d-печати, но еще не весь, для корпуса по-прежнему используется кабель-канал, очень уж удобно.

И, наконец, пока что последняя, 2 года

Это не точка, это внушительная запятая!

Подвожу промежуточные итоги:

Можно ли сделать тренировочный инструмент для аппликатуры и амбушюра: да.
Можно ли его сделать дешево (3-5к за детали): да.
Можно ли его сделать работающим без задержек: да.
Можно ли его сделать маленьким в ношении-хранении и копирующим альт-саксофон для рук в работе: да.
Можно ли сделать инструмент для выступлений: с выбранным подходом нет. Причина качество звука.
Можно ли сделать инструмент с MIDI интерфейсом, чтобы это исправить: может быть.
Можно ли сделать инструмент для выступлений с другим подходом: может быть.

Нерешенные задачи:
Используется DIY карточка MIDI на чипе vs1053, имеющая 3 ограничения:
Звуки не очень хорошие;
Большой уровень шума;
Недостаточный уровень звука.
Карточек лучше на рынке нет.
MIDI: когда делал были проблемы с задержками, сейчас немного остыл, хочу сделать инструмент со своими звуками. Может, еще вернусь.

Основная идея построить это на реальных звуках (WAV). Боюсь, что это придумывание очень давно придуманного велосипеда под названием SoundFont, а еще мощи Arduino может не хватить. Но, может, еще и возьмусь.

Есть другая идея уменьшить количество электроники и увеличить количество программирования: например, использование Raspberry PI вместо Arduino. SoundFont там применим программно. Возможные проблемы:
Я вообще никак в Linux. Будем разбираться, тем более, в C/C++ все же как.
У Raspberry, говорят, не очень со звуком, но есть HDMI и звуковые карты-шилды. Будем разбираться.
Повышенное энергопотребление: разберемся точно!
Больший размер Raspberry, чем Arduino. Думаю, решаемо, тем более, есть и компактные варианты Raspberry (Zero, например)

И веха 1 новой конструкции

Raspberry завелся (пока что модель B), первые звуки получены, язык снова C (хотя, наверное, можно и питона какого использовать, но пока не научился), использую свободно распространяемый синтезатор Fluidsynth как библиотеку, начинаю работать с GPIO. Про задержки пока непонятно, могут быть на стыке аналогового датчика и полностью цифровых GPIO.

Спасибо за внимание! Если есть интерес к проекту, то еще встретимся, и я расскажу о дальнейшем его развитии.

С вами был Сергей Балашов,
PM в компании T-Systems в рабочее время, а в свободное инженер-саксофонист!

Следить за этим и другими моими проектами (вне рамок компании) можно тут:
https://vk.com/happy_sax

PS: А если кто в Питере поджемить хочет, но стесняется после карантина тоже приходите:
https://vk.com/eclectic_jam

Про джемы в другой раз расскажу, может, и не здесь, тут все же про IT, не про музыку.

Подробнее..

Категории: Diy или сделай сам , Разработка под arduino , Звук , Arduino , Музыкальные инструменты , Блог компании t-systems , Электросакс , Саксофон , Самоделки

Флейты, программист и производство

24.01.2021 16:23:06 |

Автор: admin

На объединение данных понятий мне потребовалось 5 лет и миллион рублей.

Я запустил производство флейт Пана Arra Lazur и продолжаю его развивать по настоящее время (2021г), при этом являюсь C++ разработчиком, преимущественно в области 3d моделирования для CAD/САПР (систем автоматизированного проектирования) и геометрических ядер.

Мне удалось достигнуть определенных успехов в этом деле и в этой статье я хотел бы поделиться ими, а также результатами проделанных экспериментов.

О панфлейте

Что же такое флейта Пана? Это музыкальный духовой инструмент. Является набором скрепленных между собой трубок различной длины. Музыкант дует на срез (лабиум) с одной стороны, а с другой трубки заткнуты пробками. Полученный внутренний объем трубки (игровой канал) определяет ее ноту.

флейта Пана [0]

Качественное звучание обеспечивается известными техническими аспектами [12], например:

Диаметры трубок меняются логарифмически, постепенно от большего к меньшему. Это дает плавность изменения тембра на всем диапазоне звучания.
Внутренние поверхности трубок должны быть гладкими, отполированными в зеркало. Это дает легкость звукоизвлечения и чистоту звука.
Расстояние между игровыми каналами должно быть минимально. Это дает минимальную ширину инструмента и как следствие, увеличивает максимальную скорость игры.
Пробки должны иметь вогнутую поверхность. Чем короче трубка, тем больше степень вогнутости. Это дает мягкость звучания высоких нот.
Форма игровых каналов должна быть конусной (сужаться к верху). Это дает отзывчивость инструменту и снижает потребление воздуха музыкантом.

Методы производства

В большинстве своем такие флейты делаются из бамбука или тростника, поскольку этот природный материал уже имеет необходимую форму трубки. Главная проблема в нестабильности - невозможности иметь прогнозируемый, повторяемый результат.

Хранилище бамбуковых трубок на производстве [1]

Более современный подход это вытачивание трубок на токарных станках. Тут основная проблема это очень высокая трудоемкость.

Точение трубок на токарном станке [2]

Массовый и очень дешевый вариант производства это литье пластмасс под давлением [6]. Тут главная проблема это невозможность менять параметры индивидуально под клиента, а также требуется реализация больших партий для амортизации оборудования/пресс-форм.

Литье пластмасс в пресс-формах [6]

Хочется же получить технологию/алгоритм действий, исключающий недостатки вышеописанных подходов, выполнив которые, можно получить флейту высокого качества.

Также хочется иметь гибкость при производстве. Например, индивидуально менять степень изгиба флейты, в зависимости от биомеханики шеи/головы играющего.

Автоматизация

Начал свой путь с написания программы автоматического генератора 3д моделей панфлейт, поскольку подавляющее большинство оборудования, с функцией автоматического изготовления чего-либо, использует эти самые 3д модели.

Так достаточно лишь запустить приложение (.ехе) с новыми параметрами, и получить сразу готовую 3д модель для преобразования в траекторию движения режущего инструмента станка с ЧПУ (числовым программным управлением).

Саму флейту описывают порядка 50ти параметров: диаметры, толщины стенок, высота обвязки и т.д. Легкость перегенерации моделей поощряет эксперименты с этими параметрами и позволяет мне, например, измерив длину челюсти/рук и т.д., оптимизировать габариты/изгиб флейты под музыканта.

Пример 3д модели

Далее я начал пробовать различные способы изготовления:

1) Вырезал плоские половинки флейт на фрезерном ЧПУ станке (фрезерование), а затем изгибал их, по известной технологии, при помощи водяного пара [7] (под воздействием влаги и высокой температуры дерево становится пластичным). Написал программу оптимальной расстановки деталей с целью экономии материала [8] и автоматическим запуском расчета управляющей программы для станка.

Фрезерование плоских панфлейт

На деле оказался невозможным изгиб, потому что во время пропаривания флейта начинает расслаиваться по клеевым швам.

2) Тогда я решил попробовать фрезеровать сразу изогнутые флейты, где весь инструмент распиливается на отдельные трубки, а каждая трубка на две половинки.

Фрезерование изогнутых панфлейт

Подход оказался неудачным из-за необходимости фрезеровать детали с очень высокой точностью, которая недостижима при работе с натуральными материалами (деревом) и ограничениями такого типа оборудования [9].

Неудачный результат фрезерования

3) А что если попробовать нарезать флейту поперек и затем склеивать полученные куски?
Для этого пришлось дописать функциональность по расчету пересечений 3д объектов и плоскости. Также заиграла новыми красками уже готовая авто-расстановка.

Нарезка панфлейты поперек

При таком подходе оказалось сложно получить точную и аккуратную стыковку слоев между собой. Критичным оказалось еще и отсутствие прочности (древесина легко раскалывается вдоль волокон).

Результаты сборки

4) Далее решил попробовать наматывать композитные угле- или стеклопластиковые трубки [10], а фрезеровать только деревянную обвязку. На деревянной обвязке с самых краев не лишним будет дополнительный материал, для защиты от разрушения крайних трубок при падении флейты углами на твердые поверхности.

Проектирование карбоновых панфлейт

Суть формовки трубок заключается в намотке стекло-/углеткани на полированные стальные стержни, которые затем напитываются отверждаемым жидким пластиком в вакуумном пакете (метод вакуумной инфузии [11]). Трубки получаются сразу с гладкой внутренней поверхностью, легкие и прочные.

Реквизит для вакуумной инфузии

Фрезеровка плоской части обвязки не отличается от предыдущего способа, но вот фрезеровка изогнутой проблематична. Написал модуль, который нарезает эту часть на кучу небольших деталей, каждая из которых не имеет нависающих частей и может быть отфрезерована за один проход. Теперь уже требуется не просто расставить оптимально в заготовке, но и помнить, где какой кусок, чтобы правильно собрать воедино, так как деталей много и все они похожи друг на друга. Хороший такой пазл получился (:

Результат автоматической расстановки

Реализация в дереве

Проблемой при таком подходе является высокая вероятность собрать неправильно нижнюю часть обвязки. Тонкие части деревянных кусков легко скалываются. Да и вся флейта получается хрупкой.

Стеклопластиковые панфлейты

5) Следующий этап это печать трубок на 3d принтере и возврат к изгибу деревянных частей флейты с помощью водяного пара.

Составляющие напечатанных панфлейт

При печати возможно придать трубкам сложную, конусную форму с выступами, которая недостижима при формовке на стальных стержнях из-за неизбежного разрушения трубок во время снятия со стержней (так называемый замок).

Для корректного изгибания деревянной обвязки требуется умение предсказывать, какую деталь нужно отфрезеровать, чтобы при изгибе она приобрела задуманную форму (ближняя и дальняя половинки обвязки имеют разную длину и требуются разные алгоритмы их генерации). Для этого пришлось реализовать дополнительный модуль в программе, моделирующий физический изгиб деревянной, тонкой пластины.

Пропаривание: ожидание и реальность

Детали по размерам небольшие и их удается фрезеровать целиком из одной доски и впоследствии успешно изгибать с пропариванием, без расслоений и поломок. Таким образом это рабочая технология сборки флейт, но приходится вручную заниматься шлифованием места стыка трубок и обвязки на торцах.

Напечатанные панфлейты

6) Пока итоговый вариант это 3d печать флейты целиком с использованием композитных пластиков, дерево-наполненным пластиком для обвязки, угле-наполненным пластиком для трубок и фотополимерным пластиком для вставок с торцов (лабиум).

Проект целиком печатаемой панфлейты

Взрыв-схема

Потребовались очередные корректировки генератора моделей. При этом для изготовления всех отдельных составляющих достаточно нажать на одну кнопку. А сборка напоминает конструктор лего, где все детали без усилий стыкуются друг с другом. Основной минус в ограниченном наборе возможных материалов.

Сборка трубок с обвязкой и лабиумом

Пример целиком напечатанной панфлейты

7) Так же хочется отдельно отметить изготовление пробок. Каждая пробка в зависимости от того, для какой ноты она предназначается, имеет свою степень вогнутости дна. Чем меньше длина трубки (чем выше нота), тем сильнее должна быть выпуклость.

3д модель силиконовых пробок

В целом все относительно просто. Изготавливается форма под литье силикона (фрезеровка, печать) и она заполняется силиконом.

Литье силикона

Планы, перспективы, потенциал

Будет очень удобно, если в пробки будут встроены петли, за которые специальным крюком их можно будет двигать для подстройки нот.

Петли в пробки

Наматывать карбоновые трубки на отполированные стержни с использованием технологии препрегов (проще, чем вакуумная инфузия), а не печатать их из угле-наполненного пластика [3]. Тогда получиться делать зеркальный внутренний канал.

Карбоновые трубки

Фрезеровать обвязку из ценных пород древесины по уже отработанной технологии с изгибом [4], что просто эстетически красиво и прочнее, чем напечатанный пластик.

Ценные породы древесины

Отливка из латуни лабиума (вставок с торцов) по технологии выжигаемых моделей [5], для долговечного ими удержания заточки.

Литье металла

Таким образом рендер 3d модели идеальной флейты Пана может выглядеть как-то так:

Проект идеальной панфлейты

Итого

Удалось получить достаточно автоматизированную технологию изготовления флейт Пана, в которой без дополнительных накладных расходов могут вноситься изменения хоть в каждую выпускаемую единицу товара.

Но не все еще идеально. Есть аспекты, требующие улучшений, в связи с чем планирую продолжать работу над проектом.

P.S.
Фото отчет: https://www.instagram.com/arra.lazur/
Видео материалы: https://www.youtube.com/channel/UCVlFogcnEd2hL9x5DVbyb8Q

Использованные источники:

[0] https://vplate.ru/flejta/pana/

[1] https://sites.google.com/site/radu63353/panflute-shop

[2] https://www.youtube.com/watch?v=CNRBoFL0U28&feature=emb_logo&ab_channel=BradWhite

[3] https://carbonkevlarsupply.com/products/carbon-fiber-tubing-10mm-x-8mm-x-500mm-3k-roll-wrapped-100-carbon-fiber-tube-glos

[4] https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=k4uVozxt6vY&ab_channel=mtmwood

[5] https://lk-casting.ru/izgotovlenie-juvelirnyh-izdelij/

[6] https://3dvision.su/services/lite-plastmass/v-press-formy/

[7] https://woodjig.net/parovaja-gibka/

[8] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0_%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%8F

[9] https://prototechasia.com/en/plastic-cnc-machining/questions-cnc-machining

[10] https://www.youtube.com/watch?v=wMJ3b2QhFkk&ab_channel=World4Carp

[11] https://zakbus.ru/vakuumnaya-infuziya/

[12] Флейта Пана: инструмент и техника игры. Денис Климов. Стр 39.

Подробнее..

Категории: Программирование , Работа с 3d-графикой , Звук , 3d-принтеры , 3d-печать , Моделирование , Производство , Музыкальные инструменты , Чпу-станки , Фрезерование , Углепластик , Стекловолокно , Стеклопластик , Углеволокно

Самые старые флейты на каких из них играли наши предки, и на каких мы играем до сих пор

19.09.2020 20:08:00 |

Автор: admin

Считается, что одним из первых инструментов, который освоили люди, были флейты. Расскажем о тех, что сделали неандертальцы, и тех, что остаются частью культуры отдельных народов.

^{Фото
Tomatenpflanze / CC BY-SA / Флейта из пещеры
Холе-Фельс}

Звуки каменного века

В 2008 году немецкие археологи обнаружили в пещере Холе-Фельс флейты, вырезанные из бивня мамонта и лучевой кости стервятника. Их возраст составил 3540 тыс. лет, что сделало их самыми старыми музыкальными инструментами, известными человечеству. Флейты настроены на мажорную пентатонную гамму такой ряд состоит из пяти нот и не имеет полутонов. Однако на них можно сыграть и современную диатоническую музыку один из палеонтологов вооружился репликой инструмента и воспроизвел гимн США.

^{Фото
dalbera / CC BY-SA}

Еще одной знаковой находкой из каменного века является флейта из пещеры Дивье Бабе. Она изготовлена из бедренной кости медведя, считается, что неандертальцами.

Но их творческие навыки часто подвергают сомнению, поэтому некоторые исследователи убеждены, что отверстия в кости могли оставить зубы хищника.

В то же время музыковеды заявляют, что они расположении в соответствии с нотами диатонического звукоряда, что не может быть случайностью. Несмотря на неоднозначную историю, экспонат выставлен в Национальном музее Словении.

Древние флейты, на которых играют до сих пор

Некоторые древние музыкальные инструменты можно встретить не только как экспонаты в исторических музеях. Они остаются неотъемлемой частью культуры народов и общин современности. Примером может быть продольная флейта най, которая появилась в Древней Персии более 4 тыс. лет назад, но на ней до сих пор играют народы Кавказа, Западной и Центральной Азии.

Изготавливают инструмент из толстого тростника или камыша, хотя современные разновидности могут быть сделаны из металла или пластика. На лицевой стороне прорезают пять отверстий, а на тыльной одно. Исполнитель надевает тонкую медную трубку на конец инструмента и с её помощью извлекает музыку. Диапазон охватывает звуки от до первой октавы до соль диез второй октавы.

Еще одна древняя флейта, на которой играют до сих пор, называется диджериду. Она появилась в Австралии около 40 тыс. лет назад и по своим размерам больше напоминает трубу. Инструмент изготавливают из ствола эвкалипта после того, как термиты выедят его сердцевину.

Диджериду уникален тем, что звучит на одной ноте, но обладает широким тембральным диапазоном. По этой причине его использовали во время церемониальных танцев и для вхождения в транс.

^{Фото
Graham Crumb / CC BY-SA}

С конца XX века с диджериду экспериментируют западные музыканты например, Софи Лаказ и Jamiroquai. В начале 90-х ирландский композитор Aphex Twin использовал звучание диджериду в танцевальной композиции Didgeridoo, которая стала хитом британских танцполов.

Сегодня музыкант Янни Хрисомаллис, основатель группы Yanni, также играет на этом инструменте во время живых концертов оценить пример его исполнения можно по этому ролику.

Дополнительное чтение в Мире Hi-Fi:

Терменвокс: инструмент будущего родом из прошлого

Музыкальные инструменты до XX века: магнетический клавесин и электромеханическое пианино

Континуум Хакена: электронный инструмент с отзывчивостью акустического

Самые необычные музыкальные инструменты: орган Хаммонда, Vako Orchestron и Synclavier

Необычные музыкальные инструменты: окарина, панфлейта, сопилка и стеклянная гармоника

Какие необычные музыкальные инструменты используют в озвучке фильмов ужасов

Подробнее..

Категории: Блог компании аудиомания , Звук , Аудиомания , Научно-популярное , Периферия , Музыкальные инструменты , История звука , Флейты , Диджериду

Эй, диск-жокей, поставь мой floppy-диск

18.10.2020 20:21:07 |

Автор: admin

Рассказываем, кто записывает и пытается слушать музыку на дискетах, какие технологии применяют для таких проектов и что из этого получается: от сжатия аудио до музыкальных инструментов.

Фотография: Karim Ghantous. Источник: Unsplash.com

3 дюйма для подкаста

Записать 33-минутный выпуск Шоу непрошеной точности на дискету попытался Теренс Иден, энтузиаст и эксперт по технологическим стандартам. В подготовительной части эксперимента он провел форматирование, после чего доступными остались ~11 тыс. килобит [HD-формат, 1440 Кб].

Теренс обработал аудиофайл с помощью Opus специального кодека для сжатия с потерями. Его представили IETF в 2012 году как открытый и бесплатный стандарт от разработчиков CELT и SILK. Opus использует преимущества обоих предшественников: сочетает сильные стороны CELT с точки зрения сжатия музыкального и разговорного контента, плюс специализацию SILK на работе с речью.

Формат видят практически все популярные плееры и бразуеры, а конвертацию можно осуществлять с помощью foobar2000 или в командной строке [вот компактный гайд], что и сделал Теренс:

opusenc in.wav --downmix-mono --bitrate 6 --cvbr --framesize 60 out.opus

Так он получил выпуск подкаста, который спокойно умещается на дискету: установил фиксированный битрейт в 6 кбит/с и размер аудиофрейма в 60 мс. Звучание выпуска после сжатия можно оценить здесь вместе с версиями для 4 кбит/с (удивительно, но разборчивая) и 2 кбит/с (не очень).

Фотография: Brian Kostiuk. Источник: Unsplash.com

Есть вероятность, что автор эксперимента не знал о более совершенной версии Codec 2. Она способна выдавать еще более впечатляющие результаты. [На Хабре есть перевод заметки о кодеке.]

Флоппитроны

В качестве развития проекта Иден попробовал записать на дискету альбом A Hard Day's Night. Пусть звучание и получилось как на старом радиоприемнике с кучей помех, но идея была реализована. Прослушать гибкую пластинкуна Walkman'е он смог с помощью привода и Raspberry Pi Zero.

С дискетами и сопутствующей инфраструктурой чего только не делали. Так, пять лет назад на Хабре рассказывали об органе из дисководов. Посмотрите, как он выглядит, и послушайте, как звучит:

Его аналог называется Floppotron. Проект существует с 2012 года. За шесть лет с начала разработки количество используемых приводов для него увеличили с 2 до 64, а потом добавили и другое периферийное оборудование. Оцените кавер для легендарной Bohemian Rhapsody.

Как думаете, что если такую музыку еще и на дискету записать?

Делайте, что угодно

Попытки выпуска настоящих релизов на дискетах действительно предпринимали. Два года назад западные СМИ рассказывали о лейбле, который выбрал именно такой способ, чтобы на некоторое время вернуть интерес к Vaporwavе-музыке. [На Хабре есть перевод статьи об этом из Rolling Stone.]

Фотография: Bob Abednego. Источник: Unsplash.com

Чуть более практичный подход к ностальгии по формату можно увидеть в проекте Diskplayer. Это бокс с дискетами, которые служат стартером для стриминга любимых альбомов. Здесь тоже задействована Raspberry Pi и цифро-аналоговый преобразователь HiFiBerry DAC+ Pro, а для переназначения альбомов разработан простой и удобный интерфейс. [Репозиторий проекта на GitHub и подробный материал об этом эксперименте, заслуживающий отдельного перевода.]

P.S. Обсуждение на Хабре: зачем искать музыку без помощи стриминговых сервисов.

Подробнее..

Категории: Блог компании аудиомания , Звук , Аудиомания , Старое железо , Музыкальные инструменты , Сжатие звука , Работа со звуком , Дискеты

Парочка доступных бандлов с устройствами для аудиозаписи кому они подойдут и что внутри

01.05.2021 20:09:31 |

Автор: admin

Рассказываем о двух примечательных комплектах для любительской звукозаписи. Смотрим на их составляющие, делимся ссылками на обзоры и отмечаем основные характеристики.

Комплект для записи Behringer VOICE STUDIO Audiomania.ru

[12 239] Behringer VOICE STUDIO это официальный бандл-пэк, который производитель предлагает начинающим музыкантам, подкастерам и стримерам. Для них он приготовил конденсаторный микрофон Behringer C-1 вместе с USB-интерфейсом MIC500USB.

Ранее мы рассказывали о USB-версии этого майка она подойдет тем, кто использует микрофон для обывательских задач и не желает обзаводиться сразу несколькими устройствами наоборот, планирует подключать C-1U к компьютеру или ноутбуку напрямую.

В бандле представлена классическая версия микрофонас держателем для стойки и XLR-кабелем его можно подключить к усилителю MIC500USB. Саму стойку потребуется брать отдельно и не забыть поп-фильтр в зависимости от того, как C-1 будет расположен на вашем рабочем месте. В целом этот микрофон один из самых доступных, и нет ничего удивительного в том, что его постоянно критикуют в обзорах, в частности достается USB-версии. Однако стоит признать, что в комбинации даже с простейшими усилителями пишет C-1 весьма приличный звук.

Микрофон обладает кардиоидной диаграммой направленности и 16-мм диафрагмой. Капсюль установлен на антивибрационном подвесе и закрыт жесткой сеткой, однако дополнительная ветрозащита все-таки рекомендуется к сожалению, она не входит в комплект. Весит устройство 420 грамм, а его высота составляет 180 мм это средние показатели для базового сегмента такой техники. Еще для работы микрофона требуется фантомное питание [индикатор есть на передней стороне устройства] его как раз и предоставляет MIC500USB.

Предусилитель Behringer MIC500USB Audiomania.ru

Устройство доступно и вне комплекта [6 390]. Это ламповый предусилитель. Он предлагает микрофонный вход [XLR], инструментальный и линейный [1/4" Jack TRS]. Есть выходы Phones и Direct тоже на джеках. Обеспечением работы USB-интерфейса занимается 16-битный цифро-аналоговый преобразователь, поддерживающий частоту дискретизации в 48 кГц. USB-кабель присутствует в комплекте. Как мы отметили выше, конечно же, есть фантомное питание, еще фильтры и другие настройки для регулирования параметров звукового сигнала.

Усилитель не займет много места столе. Он обладает компактными габаритами [62 x 135 x 132 мм при весе в 700 г]. В обзорах выделяют высокое качество сборки и плавный ход управляющих элементов на стальном корпусе устройства. Помимо этого производитель предлагает комплект бесплатных плагинов для тех, кто зарегистрирует его после покупки на сайте компании.

[23 999] Бандл Focusrite Scarlett Solo Studio 3rd Gen подобран для начинающих музыкантов и годится для записи вокальных и инструментальных партий. Первое, на что стоит обратить внимание, это конденсаторный микрофон Scarlett CM25 MkIII с кардиоидной направленностью. Как и большая часть аналогов он работает на фантомном питании. Диаметр диафрагмы у этой модели микрофона 20 мм, выходной разъем классический XLR, а габариты не выдаются за рамки средних для недорогих конденсаторников [158 мм высота, 496 г вес].

В обзорах хорошо отзываются о качестве сборки и внешнем виде корпуса, но рекомендуют брать для этого микрофона не самые дешевые стойки, чтобы минимизировать паразитные звуки от резких касаний стола и работы с клавиатурой к сожалению, он подхватывает их весьма неплохо. Если вы планируете использовать CM25 MkIII для звонков или стримов, возьмите поп-фильтр/ветрозащиту, тогда собеседники будут довольны звучанием вашего голоса.

С точки зрения небольшой стоимости бандла, микрофон здесь весьма достойный. Хотя при желании можно без проблем найти аналоги например, в наших обзорах на Хабре.

Комплект Focusrite Scarlett Solo Studio 3rd Gen Audiomania.ru

Следующий компонент в пэке закрытые наушники Scarlett HP60 MkIII. Диаметр мембраны у них составляет 50 мм, вес 288 г, длина кабеля около трех метров с выходом 1/8'' Jack TRS. По внешнему виду модель часто сравнивают с Audio-Technica ATH-M30X, однако она немного уступает им, хотя и не обладает какими-либо выраженными недостатками. Звучание здесь нейтральное, есть хорошая детализация, в частности вокала и разговорного контента. В целом чего-то большего для работы над любительскими задачами по звукозаписи и не требуется.

Единственный заметный недостаток несъемный кабель со склонностью к запутыванию.

Третий и центральный элемент бандла портативный аудиоинтерфейс Scarlett Solo 3rd Gen. Его размеры [143,5 x 43,5 x 95,8 мм] и вес [320 г] действительно соответствуют этому определению. Есть пара входов: XLR с фантомным питанием и инструментальный вход на 1/4'' Jack TRS.

Аудиоинтерфейс Scarlett Solo 3rd Gen Audiomania.ru

АЦ/ЦА-конвертация здесь 24-битная с частотой дискретизации до 192 кГц, что превосходит возможности MIC500USB. Подключение к компьютеру здесь реализовано по USB-C.

Помимо устройств комплектация включает кабель USB-C-USB-A, переходник miniJack-Jack, трехметровый XLR-кабель и резьбовой адаптер для установки микрофона. Еще производитель готов делиться ключами для Ableton Live Lite и Pro Tools First, плагинами и пресетами.

Другие подборки по теме акустики у нас на Хабре:

Полочники в районе 50k три избранные пары
Полочная акустика среднего сегмента обзоры трех примечательных пар
Три доступных полочника что находится у них под капотом
Радиосистемы Shure с выгодой 40% [до 31 мая]

Подробнее..

Категории: Блог компании аудиомания , Звук , Аудиомания , Компьютерное железо , Периферия , Музыкальные инструменты , Микрофоны , Звукозапись , Звуковые карты

Парочка доступных бандлов с устройствами для аудиозаписи что в комплекте и кому подойдет

01.05.2021 22:04:06 |

Автор: admin

Рассказываем о двух примечательных пэках для любительской звукозаписи. Смотрим на их составляющие, делимся ссылками на обзоры и отмечаем основные характеристики.

Комплект для записи Behringer VOICE STUDIO Audiomania.ru

[11 990] Behringer VOICE STUDIO это официальный бандл-пэк, который производитель предлагает начинающим музыкантам, подкастерам и стримерам. Для них он приготовил конденсаторный микрофон Behringer C-1 вместе с USB-интерфейсом MIC500USB.