Digitálny syntetizátor predstavuje "po domácky" vyrobený hudobný nástroj. Syntetizátor tvorí klaviatúra so 40 klávesmi ovládanými pomocou mikrokontrolérov. V tomto prípade bola zvolená konštrukcia, ktorá umožňovala súbežné zahranie viacerých tónov.

Pri konštrukcii syntetizátora bolo použité Arduino - vývojová doska s jednočipovým mikropočítačom a s voľne prístupnou platformou pre relatívne jednoduchý návrh a vývoj elektronických programovateľných zariadení (výrobca Atmel, “open-source“ programátorské rozhranie pre mikrokontroléry Wiring). Tento jednoduchý počítač dokáže pomocou rôznych senzorov registrovať podnety vonkajšieho sveta a reagovať na ne podľa naprogramovaného scenára – pohybom motorčekov, rozsvietením svetelných diód a pod. Pomocou Arduina je potom možné napr. merať veľkosti fyzikálnych veličín, posielať dáta na diaľku, zalievať kvety počas sucha, postaviť alarm s volaním na mobil, vytvoriť robota, dron alebo 3D tlačiareň, atď. Arduino môže byť využité aj ako učebná pomôcka (resp. jej súčasť), ako je to aj v prípade nami vytvoreného syntetizátora na digitálnu syntézu zvuku.

Ovládanie syntetizátora (softvér)

Aby syntetizátor pracoval správne, nestačí jeho správne zostavenie, dôležité je použitie správneho softvéru na jeho ovládanie. Nakoľko ide o "open-source" systém, využili sme program Joe Marshala, ktorý sme mierne modifikovali pre naše potreby - použitie až 5 mikrokontrolérov, schopnosť syntetizátora zahrať súčasne viacero tónov a pod. 

Program je nahraný do Arduina prostredníctvom vhodného rozhrania cez USB kábel. Vývojovým prostredím pre prípravu programov na ovládanie Arduina je Wiring. 

Generovanie zvuku v použitom programe je založené na impulzovej šírkovej modulácii (Pulse Width Modulation = PWM) vysokofrekvenčného obdĺžnikového signálu so základnou frekvenciou približne 31,3 kHz. Tento signál môže byť modulovaný nízkofrekvenčným napr. štvorcovým, sínusovým, pílovým prípadne trojuholníkovým signálom tak, aby vznikol počuteľný tón s príslušnou frekvenciou (v našom prípade bol použitý štvorcový signál).

Podstatou tohto druhu modulácie je zmena striedy (inak nazývanej aj činiteľ plnenia), ktorá je definovaná ako pomer doby trvania aktívneho signálu (logickej jednotky) voči perióde a vyjadruje sa zvyčajne v percentách. Hodnoty nízkofrekvenčných signálov určených na moduláciu primárneho obdĺžnikového signálu sú súčasťou programu v podobe tabuliek. Každá tabuľka obsahuje 256 hodnôt, ktorými sa ovláda hodnota striedy s frekvenciou zodpovedajúcou príslušnému tónu. Výber vhodného typu signálu na moduláciu primárneho signálu je na užívateľovi. Pri použití rôznych modulovacích signálov je možné počuť rozdiely v generovanom zvuku.

Okrem rôznych signálov na moduláciu má užívateľ možnosť zvoliť si aj frekvenciu tónov, ktoré budú vydávať jednotlivé klávesy. Frekvencie tónov sa načítavajú z tabuľky, ktorá aktuálne obsahuje 74 frekvencií a je možné ju ďalej rozširovať. V prípade, ak má užívateľ záujem priradiť jednotlivým klávesom konkrétne frekvencie, je možné túto zmeny urobiť veľmi jednoducho priamo v programe.

--------------------------------------------

V prílohe nájdete našu verziu použitého programu.