צור מוזיקת MIDI שרירים !: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

בכל פעם שמערכת העצבים שלך צריכה לבצע תנועה, היא שולחת אותות חשמליים זעירים דרך נוירונים כדי לשלוט בשרירים שלך. טכניקת האלקטרומיוגרפיה (EMG) מאפשרת לנו להגביר ולמדוד את האותות החשמליים הללו. בנוסף להיותו כלי קליני שימושי לאבחון הפרעות נוירולוגיות שונות, הקלטות EMG שימשו לאחרונה יותר לשליטה במכשירי תותבות.

בתקווה להכיר יותר את טכניקות ההגברה וההקלטה של EMG, חשבתי שיהיה כיף לבנות מגבר EMG שאוכל להשתמש בו לאחר מכן כאות בקרה למכשיר אחר. במקום לשלוט בזרוע תותבת, החלטתי לשלב את תחומי העניין שלי במוזיקה והשתמשתי באותות EMG לשליטה במכשיר MIDI. MIDI מייצג ממשק דיגיטלי של כלי נגינה, והוא הפרוטוקול הסטנדרטי לשליטה וקבלה של אותות מוזיקליים באופן אלקטרוני.

ידע כללי

מדריך זה כולל הלוח על מעגל, הלחמת כמה חוטים, תכנות ארדואינו והתממשקות עם מכשיר MIDI. אם אין לך חלק מהרקע הדרוש הזה, אני ממליץ לבדוק כמה מהשיעורים / ההוראות להלן:

מעגלים

ארדואינו

MIDI

הערת בטיחות

פרויקט זה אכן כרוך בחיבור עצמו למעגל חשמלי. נקט בכל אמצעי הבטיחות הדרושים. במאמר זה מבית Delsys יש פרק בנושא בטיחות חשמל וכן תיאור שימושי של טכניקות EMG באופן כללי. אנו נכבה את המעגל שלנו משתי סוללות 9V; בשום שלב המעגל שלך (במיוחד כאשר אתה מחובר אליו) צריך להיות מחובר לחשמל מהקיר.

שלב 1: סקירת הפרויקט ורשימת החלקים

הפרויקט שלנו מורכב משלושה מרכיבים עיקריים:

מגבר ה- 1.) EMG, 2.) ה- Arduino ו- 3.) מכשיר ה- MIDI.

1. נבנה את מגבר ה- EMG על לוח לחם. אם אתה מעוניין במבט מעמיק יותר על המדע שמאחורי מגבר ה- EMG ושלבים מפורטים יותר כיצד לבנות משלך, בדוק את מגבר האודיו שלי מסוג EMG Instructable.
2. נפעיל את הארדואינו מאותן סוללות 9V המפעילות את מגבר ה- EMG. רוב העבודה עם ה- Arduino תהיה בצד התוכנה.
3. השתמשתי באייפון עם Garageband כמכשיר ה- MIDI שלי. ה- Arduino ישלח אותות MIDI סטנדרטיים באמצעות כבל MIDI רגיל, כך שכל מכשיר MIDI צריך לעבוד במקום האייפון.

חלקים

• (2x) LT1167 (מגבר מכשור)
• (2x) LT1112 (או כל שבב אופ-אמפר כפול)
• (1x) LM386N (מגבר אודיו)
• (5x) אלקטרודות משטח EMG (שניים לשריר ואחת לעיון) (אמזון)
• Arduino Uno (אמזון)

• אייפון (או כל מכשיר MIDI)

  כבל מתאם MIDI לאייפון (אם משתמשים באייפון) (אמזון)

• נגדים, קבלים וחוטי מגשר שונים
• לוח לחם (אמזון)
• סוללה (2x) 9V

כלים

• ברזל הלחמה (אמזון)
• חשפניות חוטים
• צינורות לכווץ חום
• קלטת חשמל

שלב 2: הרכבת מגבר ה- EMG

לקבלת הדרכה יסודית יותר כיצד לבנות את מגבר ה- EMG, עיין במגבר האודיו שלי מסוג EMG Instructable.

נבנה מגבר EMG המסוגל להגביר שני ערוצי EMG. נשתמש במגבר מכשור LT1167 אחד לערוץ. גיליון הנתונים LT1167 מכיל מועיל סכמטי של "מגבר דחף עצבים", שנעקוב אחריו בשלב זה.

הרכיבו את המעגל

על לוח הלחם, הרכיב שני עותקים של מגבר הדחף העצבי המוצג למעלה. התמונות של המעגל המורכב שלי אמורות לעזור להדריך אותך לקראת המטרה הסופית. הוספתי מסננים פסיביים מסוג pass-pass בסדר ראשון לכל הפלט של כל המגברים שלי כדי לסייע בהפחתת רעש. אם ברצונך להוסיף אותם למעגל שלך, השתמשתי בנגד של 1 kΩ עם קבלים של 0.047 μF לתדירות ניתוק של כ -2,000 הרץ.

כּוֹחַ

נכבה את המעגל משתי סוללות 9V. ה- LT1167 זקוק ל- +V ו- -V (מכיוון שלאות המקור של EMG יש ערכים חיוביים ושליליים כאחד), לכן נחבר את פין המינוס בסוללת +V לסיכת הפלוס שבסוללת -V. סיכת המינוס בסוללת -V הופכת לערך -V. בעת שימוש בשתי סוללות 9V, בסופו של דבר +V ו- -V יהיו שווים ל- +9 ו -9 וולט בהתאמה.

אלקטרודות השלב הבא מכסה את מיקום האלקטרודה בפירוט רב יותר. אלקטרודת ההתייחסות מתחברת לסיכה 1 של אחד מגברי המכשור, וזוגות אלקטרודת השריר מתחברים לפינים 2 ו -3 על מגברי המכשור. הכיוון +/- של האלקטרודות לא משנה.

הערה: אם המעגל שלך אינו פועל, כנראה שעשית משהו לא בסדר! טכניקה טובה למציאת טעות במעגל היא לשרטט את הסכימה של המעגל שהרכבת בפועל על לוח הלחם ולהשוות אותו לסכימה המקורית. בתהליך זה אתה עשוי למצוא שגיאה (כפי שעשיתי פעמים רבות).

שלב 3: הכינו את האלקטרודות

כפי שציינתי לעיל, נצטרך בסך הכל חמש אלקטרודות לפרויקט זה. הקלטות EMG מתבצעות עם מגבר דיפרנציאלי, כלומר אנו מגבירים את ההבדל בין שתי נקודות התייחסות על השריר. המשמעות היא שנזדקק לשתי אלקטרודות לשריר. בנוסף, אנו זקוקים להתייחסות אחת לצורך מדידת פעילות השרירים ביחס. להלן קישור לכמה אלקטרודות משטח EMG הנמכרות באמזון. סוג האלקטרודה המדויק אינו חשוב מדי למטרותינו.

כפי שהראיתי בתמונה למעלה, הניחו שתי אלקטרודות בקצה הפנימי של כל אמה, במקביל לאורכו של השריר ומופרדות בכ -2 ס מ. מקם את אלקטרודת ההתייחסות על החלק הגרמי של אחד המרפקים שלך, הרחק מהאלקטרודות על השרירים.

זוגות חוטים מעוותים

תרצה גם לסובב את החוטים על זוגות האלקטרודות שלך כפי שמוצג למעלה. בנוסף לניקוי הבלגן סביב המעגל שלך, זוגות חוטים מעוותים עוזרים להפחית רעש חשמלי שהאלקטרודות תופסות. על ידי החלפת מיקום החוטים הלוך ושוב, כל הפרעה אלקטרומגנטית חיצונית (למשל 60 הרץ מרשת החשמל) תשפיע על החוטים באותה כמות. מגבר ההפרש יסיר אז אות רעש נפוץ זה.

שלב 4: מגבר אודיו (אופציונלי)

אם אתה מעוניין להאזין לאות ה- EMG הגולמי (ללא כל MIDI) תוכל להוסיף מגבר אודיו למעגל ה- EMG שלך. השתמש בשבב מגבר שמע LM386N ובנגדים והקבלים הדרושים כדי להרכיב את המעגל המוצג לעיל. הסרטון למעלה מדגים כיצד נשמע אות EMG גולמי (ובכן, ישנם כמה מסננים במעגל, אך בעיקר גולמי).

אמנם שלב זה אינו הכרחי להפעלת אותות MIDI, אך אני מציע שתנסה זאת. האזנה לאות EMG יכולה להיות טכניקה מועילה מאוד לפתרון בעיות וניפוי באגים במערכת שלך. לדוגמה, אם יש הפרעה חזקה של 60 הרץ מכוח החשמל, תוכל לשמוע את זה הרבה יותר קל מאשר תוכל לזהות אותו בעת דגימת האות עם הארדואינו שלך.

השמע בסרטון שלי מקצץ מעט, אך זוהי דוגמה הגונה למדי לאופן שבו אמור להישמע אות EMG נקייה.

שלב 5: הכינו את רכיבי ה- MIDI

על מנת לשלוח אות MIDI מהארדואינו למכשיר ה- MIDI, עלינו להלחם את אחד משקעי ה- MIDI הנשיים. עליך לבדוק את ההוראה הראשונה שלי להדרכה יסודית יותר בנושא הגדרת MIDI ב- Arduino.

להלן השלבים:

1. הלחם נגד 220 Ω לפין 4 של מחבר MIDI.
2. הלחמה חוט של 10 ס"מ מהנגד למחבר ה- Tx בארדואינו.
3. הלחם חוט באורך 10 ס"מ לסיכה 2 וחבר אותו לקרקע על הארדואינו.
4. הלחם חוט באורך 10 ס"מ לסיכה 5 וחבר אותו ל- 5V על הארדואינו.

לאחר שהרכבת את מגבר ה- EMG והכנת את כבל ה- MIDI לאייפון, השתמש בשני חוטי מגשר כדי לשלוח את יציאות מגברי האבזור לפינים A4 ו- A5 בארדואינו.

שלב 6: כתוב את קוד הארדואינו

הצינור הבסיסי של קוד Arduino הוא כדלקמן:

1. מדוד את רמת הרעש הבסיסית עבור שני ערוצי ה- EMG
2. לולאה ברציפות, מדידת המתח של כל ערוץ EMG
3. אם ערוץ EMG השולט בעוצמת ההערה חוצה את הסף, הפעל פתק MIDI
4. השתמש באות מערוץ ה- EMG השני כדי לווסת את גובה הצליל של הפתק

אני ממליץ לך לנסות לכתוב קוד Arduino משלך כדי לעבד את אותות EMG. אני יודע בוודאות שיש שם מערך בקרה טוב יותר ממה שרכשתי יחד! אם אתה רוצה להתחיל עם הקוד שלי, אל תהסס להוריד אותו כאן. אתה יכול לבדוק את מאגר GitHub שלי כדי לראות את האיטרציות השונות של הקוד שלי בזמן שעבדתי על הפרויקט.

שלב 7: חבר הכל ביחד

אם הכל הלך לפי התוכנית, אתה אמור להיות מסוגל לשלוט במכשיר ה- MIDI שלך באמצעות האות מהשרירים שלך. די מרגש! לאחר שהפרויקט פועל אתה יכול לשחק עם תוכניות שליטה שונות ולחקור צלילי MIDI שונים.

הודע לי אם תנסה ליצור אחד ממכשירי ה- MIDI הנשלטים על ידי ה- EMG שלך! אשמח לשמוע איך הולך ואשמח לעזור בכל שאלה שעולה בדרך. בהצלחה!

פרס שני בתחרות החיישנים 2017