간단한 아두이노 신디사이저 만들기



신디사이저는 여러 악기의 음색을 전자적으로 만들고 합성해 연주할 수 있도록 제작한 기계장치입니다. 작곡, 편곡에만 사용될 뿐만 아니라 연주용으로 사용하거나 효과음을 만들어 내는 것도 가능합니다.

아두이노를 사용해 신디사이저를 만드는 것도 가능합니다. 난이도에 따라 인터넷에서 여러 메이커들의 제작과정을 찾아볼 수 있습니다. 


(1) 아두이노 신디사이저




STEP1 : 작동 원리


동일한 사운드 그레인 혹은 샘플을 아주 빠른 속도로 반복재생해 사운드를 생성합니다. 우리의 귀와 뇌는 이를 일정한 톤으로 인식하게 됩니다.

그레인은 두 개의 삼각파와 감쇠율로 구성되고, 셋 다 조정 가능합니다.

반복률은 다른 컨트롤러로 설정할 수 있습니다.


2단계 : 재료 및 도구 (원글에서 구매 링크도 확인 가능합니다) 

이 프로젝트를 만들려면 다음이 필요합니다. 

부속:

(5X) 5K 전위차계
(5X) 전위차계 손잡이
(3X) LED
(1X) SPDT 스위치
(1X) 조명 의존형 포토 저항기
(1X) Arduino
(1X) Arduino 프로토 보드
(1X) 촉각 스위치
(1X) 프로젝트 인클로저
(1X) 1 / 8 인치 오디오 잭
(1X) 전체 솔리드 코어 와이어
(1X) 열 수축
(1X) 브레드 보드
(1X) 점퍼 와이어
(3X) 10K 옴 저항기
(3X) 220 저항기
(1X) 9V 배터리
(1X)9V 배터리 클립
(1X) M 사이즈 동축 DC 전원 플러그

도구 :

  • 납땜 인두
  • 땜납
  • 유량
  • 접착제
  • 멀티 미터
  • 송곳

3 단계 : 코드, 회로도 및 전원.

첨부된 아두이노 코드를 사용할 수 있습니다. USB 2.0으로 보드와 연결할 수 있고, 컴퓨터에서 업로드한 뒤에 proto shield를 아두이노에 연결하면 됩니다.


파워 공급은 여러 방법중에 선택 가능합니다. 9V 전원 공급 장치나 배터리, USB케이블 등을 사용할 수 있습니다.


Arduino Synth.fzz

Arduino_Synthesizer.ino


STEP4 : 빵판 사용


브레드보드를 사용해 회로를 구축하면, 나중에 회로를 프로토보드로 옮기는 것이 훨씬 쉽습니다. GND와 5V의 와이어를 빵판의 -및 +레일에 연결합니다.


그런 다음, 전위차계의 신호 와이어를 아두이노의 아날로그 입력 0-4에 연결합니다. 오른쪽과 왼쪽 리드는 접지 레일, 빵판의 포지티브 레일에 연결됩니다.


전위차계를 연결하면 합성기의 그레인, 주파수, 디케이를 제어할 수 있습니다.


아날로그 0 : 그레인 1 피치

아날로그 1 : 그레인 2 디케이


아날로그 2 : 그레인 1 디케이

아날로그 3 : 그레인 2 피치


아날로그 4 : 그레인 반복 주파수


STEP 5 : 오디오 잭 연결


1/8'' 모노 오디오 잭에 와이어를 납땜해 리드를 길게 만듭니다. 양극 리두를 아두이노의 PWM ~3에 연결합니다. 아두이노 보드와 오디오 잭의 양극 리드 사이에 10KΩ 저항이 필요합니다. 잭의 음극 리드를 빵판의 접지 레일에 연결합니다. 


STEP6 : 포토레지스터 연결


포토레지스터의 한 리드는 브레드보드의 5V 양극 레일과 아두이노의 아날로그 입력5에 직접 배선되어 있습니다. 포토레지스터의 다른 리드는 10KΩ 저항 접지 레일에 연결됩니다.


STEP7 : SPDT 스위치 연결

SPDT 스위치의 신호, 중간, 리드를 Arduino의 Digital pin 02에 연결합니다. 나머지 리드는 접지와 10KΩ 저항으로 저항되는 5V 양극 레일에 연결됩니다. 


STEP8 : 촉각 스위치 연결


촉각 스위치에는 4개의 리드가 있습니다. 스위치가 빵판의 다리를 걸치도록 하세요. 두 개의 병렬 핀 중 하나를 브레드 보드의 5V 양극 레일에 연결하고 다른 핀은 10KΩ 저항 접지 핀에 연결합니다. 촉각 스위치를 마지막으로 연결하면 아두이노의 스위치와 디지털 핀 6 사이에 신호 와이어가 연결됩니다.


STEP9 : LED 연결


STEP 10 : 테스트!


완성된 빵판 회로의 모습입니다. 헤드폰으로 테스트하거나 작은 스피커를 연결해 보세요. 헤드폰을 연결할 경우에 소리가 굉장히 클 수 있으니 주의하며 귀에 꽂지 않도록 합니다. (스테레오가 아닌 모노 사운드가 재생됩니다.) 


STEP11 : 케이스에 구멍 뚫기

빵판의 부품 위치에 맞게 구멍을 뜷어줍니다. 전위차계 5개, 촉각 스위치 5개, LED 세 쌍, 포토레지스터의 구멍 2개, 오디오 잭 1개, SPDT 스위치 구멍 1개를 뚷어 주면 됩니다.


STEP12 : 조립하기

뚫어둔 구멍에 맞춰 부품들을 조립해 줍니다.



글루건을 이용하면 빠르고 효율적으로 작업할 수 있습니다.



이제부터는 회로를 빵판에서 프로토보드로 이동하면 됩니다.

케이스에 이미 부품 몇 가지를 붙여 뒀기 때문에 와이어를 간편하게 연결할 수 있습니다.

빨간색 와이어와 검은색 와이어로 납선을 납땜하여 어느 리드가 양극 음극인지를 확인할 수 있습니다.

납땜을 할 때는 와이어를 저항기에 연결할 수 있도록 납을 충분히 떨어뜨려야 합니다.


포토레지스터, SPDT스위치를 그림과 같이 연결합니다.


LED를 제 위치에 납땜합니다.


전위차계를 연결합니다.


전위차계에 손잡이를 부착합니다. 부착 전에 전위차계가 영점에 있는 것을 확인하고, 손잡이의 라인을 전위차계 샤프트의 영점 위치에 맞춰 부착합니다.




프로토보드의 짧은 점퍼를 긴 리드에 연결하고, 남은 와이어를 레일에 납땜합니다.


프로토보드를 아두이노 맨 위에 부착합니다.

플러그를 꽂고, 잘 밀봉하면, 복잡한 과정은 이제 끝입니다!


STEP 15 : 완성!




(2) MIDI 콘트롤러 만들기



아두이노를 이용해 MIDI 콘트롤러를 만드는 듀토리얼입니다. MIDI 콘트롤러는 전자 악기간에 주고받는 표준 신호입니다. MIDI 콘트롤러를 통해 여러 악기의 음색으로 음악을 만들 수 있습니다.


영상에서 사용된 코드와 회로도를 긱허브에서 다운로드 받을 수 있습니다. 



(3) 멋진 아날로그 신디사이저


 Awesome Analog Synthesizer/Organ Using Only Discrete Components 



제작에 앞서, 이 프로젝트를 하기 위해서는 기본 회로가 몇 가지 필요합니다. 저항값을 변경할 수 있는 발진 주파수가 있는 발진기, 일부 키와 기본 증폭기 회로 등입니다.

키를 누름 버튼 대신 전도성 패드를 사용하면 멋진 스틸로폰이 될 것 같네요!  


*각주 : 스틸로폰은 펜 모양의 스타일러스로 터치해 연주하는 금속 키보드입니다. 


제작 과정을 통해 어떻게 만들고, 어떻게 작동하는지를 배우게 될 겁니다. 이 듀토리얼은 MIDI에 열정을 가진 사람들을 위한 것입니다.


STEP1 : 필요한 도구들

납땜 인두, 프로토 타이핑 보드/브레드 보드

좀 더 상급자라면 PCB를 위한 파일을 제공하도록 하겠습니다. 



STEP2 : 발진기부터 시작


신디사이저의 핵심은 작동식 증폭기로 만들어진 비안정 멀티바이브레이터 회로입니다.

비안정 멀티바이브레이터는 무안정/자주 멀티바이브레이터라고도 하며, 외부압력 없이도 자동적으로 구형파를 발진하는 멀티바이브레이터의 일종입니다. 한쪽에는 전류가 흐르고, 다른 쪽은 전류가 흐르지 않는 상태에 있습니다.

이러한 과정을 통해 발진기에서 사각 형태의 파장을 발생시키고, 올바른 주파수라면 소리를 내게 됩니다.



STEP3 : 주파수 계산하기


발진기(오실레이터)의 진동은 위 그림의 방정식을 통해 게산할 수 있습니다.


방정식을 사용할 수 있다면 원하는 대로 싱크를 조절할 수 있습니다. (Matlab의 Octave를 통해 계산할 수 있습니다.)

여기에서는 기본적인 C장조로 조율해 아이들이 쉽게 가지고 놀 수 있도록 했습니다.


계산 결과 : 

C4 = 17395 ohm

D4 = 15498 ohm

E4 =13806 ohm

F4 = 13032 ohm

G4 = 11610 ohm

A4 = 10343 ohm

B4 = 9215 ohm

C5 = 8697 ohm


STEP4 : 완성된 오실레이터 개요 

발진기 부품의 개략도입니다.

개별 키에 원하는 저항을 선택하면 원하는 신호음을 만들 수 있습니다.


신디사이저의 여러 키를 한 번에 누르면 높은 음의 사운드가 나는데요. 도식을 통해 알 수 있듯이 여러 키를 한번에 누르면 여러 개의 저항이 병렬로 연결되어 총 저항이 줄어듭니다. 저항이 낮을수록 피치 톤이 높아지기 때문에 높은 음의 소리가 나게 됩니다.


STEP5 : 스피커 앰프 


스피커 앰프의 경우에는 더 쉽게 제작도 가능하지만, 여기서는 진정한 AB클래스의 앰프 스테이지를 만들기로 했습니다.


PNP와 NPN트랜지스터, 커플링 캐패시터, 2개의 바이어스 저항, 다이오드로 구성됩니다.

아주 기초적인 구성이지만, 잘 작동하는 것을 알 수 있습니다.

앰프 스테이지 앞에는 음량을 조절하기 위해 100k 로그(오디오) 전위차계를 설치했습니다.


STEP6 : 보조 장치


이미지 왼쪽은 입력 커넥터 헤더로, 여기에 전원 공급 장치가 연결됩니다. 회로를 보호하는 다이오드 2개도 포함되어 있습니다. LED는 각 전원 라인의 존재를 알 수 있도록 추가했습니다.


STEP 7 : 전체 회로도

전체적인 회로의 구성은 이렇게 제작될 예정입니다.


STEP8 : 파워 공급


전원은 +12V 및 -12V(9V도 작동 가능)가 필요합니다.

위의 도식을 사용하면 단일 24V전원에서 대칭 +-12V 전원을 공급할 수도 있습니다.


STEP 9 :  PCB

PCB를 직접 에칭하고 싶다면 본문에서 인쇄가 가능한 파일을 찾을 수 있습니다. 


STEP10 : 완성!

완성된 신디사이저로 멋진 곡을 연주해 보세요!