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工程师的浪漫 – 用Cypress芯片DIY魔幻电子乐器

2019-10-11
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特雷门琴 - 不需要演奏者肢体接触的电子乐器


特雷门琴(Theremin)是全世界最先诞生的电子乐器,也是唯一在演奏时不需要演奏者肢体接触的电子乐器。特雷门琴的音色非常独特——这种古典、后现代、未来感的诡谲融合,一度受到《地球停转之日》等科幻电影配乐的青睐。


大家可以通过下面这个视频感受一下





特雷门琴由前苏联物理学家Lev Termen于1920年发明。据说,自幼学习大提琴的Termen在研究军用无线电可控的过程中受到启发,尝试通过控制无线电产生的杂音来演奏音乐。


特雷门琴看起来就是一个插了两根天线的方木盒子。两根天线生成电场,通过手与天线的距离来影响电路的电容量,从而控制振荡器电路的频率和输出的增益。垂直的那根天线控制音调,手越靠近,音调越高;水平的环状天线控制音量,手越靠近,音量越小。因此,特雷门琴演奏的困难之处就在于精准掌握双手位置与音符的关系。


散发着神秘气息的特雷门琴是完全可以DIY的。嵌入式软件工程师Tom Minnich在网络上分享了他基于赛普拉斯产品的DIY项目的关键信息。


采用材料


硬件

  • 赛普拉斯PSoC模拟协处理器先锋套件 1个
  • 赛普拉斯CapSense接近感应扩展板CY8CKIT-024  1个


软件应用程序和在线工具
  • 赛普拉斯 PSoC Creator


设计思路


这个DIY项目的目标是充分利用赛普拉斯PSoC模拟协处理器先锋套件,尽量不依赖于外部组件或系统。


为了对音调频率进行精细控制,电容式音调传感器采用16位分辨率。音量控制方面则采用12位分辨率的电容式音量传感器。


通用模拟块是赛普拉斯模拟协处理器的独特功能。项目用通用模拟块创建了一个13位数模转换器来制作数字音频。13位数模转换器以其全速的一半,也就是每秒31250次采样的速度进行工作。


音调音色


定时/计数器组件通过“读”正弦波振幅表(Sine wave),创造出特雷门所需的各种音调。这个步骤叫作直接数字合成(Direct Digital Synthesis,DDS)。通过DDS代码可以轻松创造颤音、抖音的效果,塑造特雷门琴那种特殊的音色。


当赛普拉斯CapSense和定时/计数器组件以相同的中断优先级运行时,输出音频时会有明显的抖晃。把定时/计数器的中断优先等级调高,使其高于CapSense,就能消除抖晃。


音箱连接


下面的图展示了如何连接有源音箱:


1. 连接音箱与用于音调控制的CapSense:



2. 连接用于音量控制的CapSense:



3. 连接用于音量控制的接近感应触控板:



以上就是Tom Minnich的特雷门琴DIY项目的重点信息。你也来尝试一下DIY吧?造出特雷门琴,你一定会备受小朋友崇拜,收获一大票粉丝!动手之前可以去赛普拉斯官方网站了解更多关于PSoC和CapSense的信息。



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