Vytvorte si svalovú MIDI hudbu !: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Kedykoľvek potrebuje váš nervový systém urobiť pohyb, vyšle cez neuróny drobné elektrické signály na ovládanie vašich svalov. Technika elektromyografie (EMG) nám umožňuje zosilniť a zmerať tieto elektrické signály. Okrem toho, že sú záznamy EMG užitočným klinickým nástrojom na diagnostiku rôznych neurologických porúch, v poslednej dobe sa používajú aj na kontrolu protetických zariadení.

V nádeji, že sa bližšie zoznámim s technikami zosilnenia a záznamu EMG, som si myslel, že by bolo zábavné postaviť zosilňovač EMG, ktorý by som potom mohol použiť ako riadiaci signál pre iné zariadenie. Namiesto ovládania protetickej ruky som sa rozhodol začleniť svoje záujmy do hudby a na ovládanie MIDI zariadenia som použil signály EMG. MIDI je skratka pre digitálne rozhranie hudobných nástrojov a je štandardným protokolom na elektronické odosielanie a prijímanie hudobných signálov.

Znalosť pozadia

Tento návod obsahuje obvody na obvody, spájkovanie niekoľkých vodičov, programovanie Arduina a prepojenie so zariadením MIDI. Ak nemáte potrebné znalosti, odporúčame vám pozrieť sa na nižšie uvedené triedy / pokyny:

Obvody

Arduino

MIDI

Bezpečnostná poznámka

Tento projekt zahŕňa pripojenie sa k elektrickému obvodu. Vykonajte všetky potrebné bezpečnostné opatrenia. Tento dokument od spoločnosti Delsys má časť o elektrickej bezpečnosti a tiež užitočný popis techník EMG vo všeobecnosti. Náš obvod budeme napájať z dvoch 9V batérií; v žiadnom prípade by nemal byť váš obvod (obzvlášť keď ste k nemu tiež pripojení) pripojený k sieťovému napájaniu zo steny.

Krok 1: Prehľad projektu a zoznam dielov

Náš projekt sa skladá z troch hlavných zložiek:

1.) EMG zosilňovač, 2.) Arduino a 3.) MIDI zariadenie.

1. Zosilňovač EMG postavíme na dosku. Ak vás zaujíma hlbší pohľad na vedu za zosilňovačom EMG a podrobnejšie kroky, ako si vytvoriť svoj vlastný, pozrite sa na môj zvukový zosilňovač EMG Instructable.
2. Napájame Arduino z rovnakých 9V batérií, ktoré napájajú zosilňovač EMG. Väčšina práce s Arduinom bude po softvérovej stránke.
3. Ako zariadenie MIDI som použil iPhone so systémom Garageband. Arduino bude odosielať štandardné MIDI signály cez štandardný MIDI kábel, takže akékoľvek zariadenie MIDI by malo fungovať namiesto iPhone.

Časti

• (2x) LT1167 (prístrojový zosilňovač)
• (2x) LT1112 (alebo akýkoľvek dvojitý čip operačného zosilňovača)
• (1x) LM386N (zosilňovač zvuku)
• (5x) Povrchové EMG elektródy (dve na sval a jedna na referenciu) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (alebo akékoľvek zariadenie MIDI)

  Kábel adaptéra MIDI na iPhone (ak používate iPhone) (Amazon)

• Rôzne odpory, kondenzátory a prepojovacie vodiče
• Breadboard (Amazon)
• (2x) 9V batéria

Nástroje

• Spájkovačka (Amazon)
• Odizolovače drôtov
• Teplom zmrštiteľné hadičky
• Elektrická páska

Krok 2: Zostavte zosilňovač EMG

Ak chcete získať podrobnejší návod, ako vytvoriť zosilňovač EMG, pozrite sa na môj zvukový zosilňovač EMG Instructable.

Postavíme zosilňovač EMG schopný zosilniť dva kanály EMG. Na kanál použijeme jeden prístrojový zosilňovač LT1167. Dátový list LT1167 užitočne obsahuje schému „Zosilňovača nervových impulzov“, ktorou sa budeme v tomto kroku riadiť.

Zostavte obvod

Na breadboard zostavte dve kópie vyššie uvedeného zosilňovača nervových impulzov. Obrázky môjho zostaveného obvodu by vám mali pomôcť viesť vás ku konečnému cieľu. Na výstup každého môjho zosilňovača som pridal pasívne nízkopriepustné filtre 1. rádu, aby som pomohol znížiť šum. Ak ich chcete pridať do svojho obvodu, použil som odpor 1 kΩ s kondenzátorom 0,047 μF pre medznú frekvenciu približne 2 000 Hz.

Moc

Napájací obvod budeme napájať z dvoch 9V batérií. LT1167 potrebuje +V a -V (pretože zdrojový signál EMG má kladné aj záporné hodnoty), preto spojíme mínusový pól na +V batérii s plusovým pólom na -V batérii. Mínusový kolík na batérii -V sa stane hodnotou -V. Pri použití dvoch 9V batérií skončíte s +V a -V rovnými +9 a -9 voltov.

Elektródy Nasledujúci krok podrobnejšie popisuje umiestnenie elektród. Referenčná elektróda sa zapojí do kolíka 1 jedného z prístrojových zosilňovačov a páry svalových elektród sa zapoja do kolíkov 2 a 3 na prístrojových zosilňovačoch. Na orientácii elektród +/- nezáleží.

Poznámka: Ak váš obvod nefunguje, pravdepodobne ste urobili niečo zle! Dobrou technikou na nájdenie chyby v obvode je nakresliť schému pre obvod, ktorý ste skutočne zostavili na doske, a porovnať ho s pôvodnou schémou. V tomto procese môžete nájsť chybu (ako som to urobil mnohokrát).

Krok 3: Pripravte elektródy

Ako som už uviedol vyššie, na tento projekt budeme potrebovať celkom päť elektród. Záznamy EMG sa vykonávajú pomocou diferenciálneho zosilňovača, čo znamená, že zosilňujeme rozdiel medzi dvoma referenčnými bodmi vo svale. To znamená, že na jeden sval budeme potrebovať dve elektródy. Okrem toho potrebujeme jedinú referenciu na to, aby sa svalová aktivita merala vzhľadom na. Tu je odkaz na niektoré povrchové EMG elektródy predávané na Amazone. Presný typ elektródy nie je pre naše účely príliš dôležitý.

Ako som ukázal na obrázku vyššie, umiestnite dve elektródy na vnútorný okraj každého predlaktia rovnobežne s dĺžkou svalu a oddeľte ich asi 2 cm. Referenčnú elektródu umiestnite na kostnú časť lakťa, ďaleko od elektród na svaloch.

Krútené páry drôtov

Budete tiež chcieť skrútiť vodiče na pároch elektród, ako je uvedené vyššie. Okrem čistenia neporiadku okolo vášho obvodu pomáhajú skrútené páry drôtov znižovať elektrický šum zachytávaný elektródami. Striedaním polohy vodičov tam a späť ovplyvní akékoľvek vonkajšie elektromagnetické rušenie (napr. 60 Hz zo siete) káble rovnako. Diferenciálny zosilňovač potom odstráni tento bežný šumový signál.

Krok 4: Zosilňovač zvuku (voliteľné)

Ak máte záujem počúvať surový signál EMG (bez akéhokoľvek MIDI), môžete do svojho obvodu EMG pridať zosilňovač zvuku. Na zostavenie obvodu uvedeného vyššie použite čip zosilňovača zvuku LM386N a potrebné odpory a kondenzátory. Video vyššie ukazuje, ako znie surový (dobre, v okruhu sú nejaké filtre, ale väčšinou je to surový) signál EMG.

Aj keď tento krok nie je potrebný na spustenie MIDI signálov, navrhujem, aby ste to skúsili. Počúvanie signálu EMG môže byť veľmi užitočnou technikou na riešenie problémov a ladenie systému. Napríklad, ak dôjde k silnému rušeniu 60 Hz zo siete, budete to počuť oveľa jednoduchšie, ako by ste to dokázali rozpoznať pri vzorkovaní signálu pomocou zariadenia Arduino.

Zvuk v mojom videu je trochu orezaný, ale je to celkom slušný príklad toho, ako by mal znieť čistý signál EMG.

Krok 5: Príprava komponentov MIDI

Aby sme mohli odosielať MIDI signál z Arduina do MIDI zariadenia, musíme spájkovať jeden zo ženských MIDI konektorov. Mali by ste sa pozrieť na môj prvý Instructable, kde nájdete podrobnejší návod na nastavenie MIDI v Arduine.

Tu sú kroky:

1. Na kolík 4 MIDI konektora spájkujte odpor 220 Ω.
2. Spájkujte 10 cm vodič z rezistora na konektor Tx na Arduine.
3. Spájajte 10 cm dlhý vodič na kolík 2 a pripojte ho k zemi na Arduine.
4. Spájajte 10 cm dlhý vodič na kolík 5 a pripojte ho k 5 V na Arduine.

Akonáhle zostavíte zosilňovač EMG a pripravíte kábel MIDI k iPhone, pomocou dvoch prepojovacích káblov odošlite výstupy zosilňovačov prístrojov na piny A4 a A5 na Arduine.

Krok 6: Napíšte kód Arduino

Základný kanál pre kód Arduino je nasledujúci:

1. Zmerajte základnú hladinu hluku pre oba kanály EMG
2. Opakujte slučku, merajte napätie každého kanála EMG
3. Ak kanál EMG ovládajúci intenzitu noty prekročí prah, spustite MIDI notu
4. Na moduláciu výšky tónu použite signál z druhého kanála EMG

Odporúčame vám skúsiť napísať svoj vlastný kód Arduino na spracovanie signálov EMG. Som si istý, že existuje lepšia schéma ovládania, ako je to, čo som dláždil! Ak chcete začať s mojím kódom, môžete si ho stiahnuť tu. Počas práce na projekte sa môžete pozrieť na moje úložisko GitHub a pozrieť sa na rôzne iterácie môjho kódu.

Krok 7: Dajte to všetko dohromady

Ak všetko prebehlo podľa plánu, mali by ste byť schopní ovládať svoje MIDI zariadenie pomocou signálu z vlastných svalov. Docela vzrušujúce! Keď projekt začne fungovať, môžete sa hrať s rôznymi schémami ovládania a skúmať rôzne zvuky MIDI.

Dajte mi vedieť, ak sa pokúsite vytvoriť jedno z vlastných MIDI zariadení ovládaných EMG! Rád by som počul, ako to prebieha, a rád by som pomohol s akýmikoľvek otázkami, ktoré sa vyskytnú počas cesty. Veľa štastia!

Druhá cena v súťaži senzorov 2017