Pedala de efecte chitara electrica
Autor: Stefan-Dragos Badea - 331CC
Introducere
O pedala pentru chitara este o piesa de hardware care modifica sunetul care vine de la chitara pentru a crea efecte diverse. Existand o gama atat de larga de efecte posibile iar pretul hardware-ului fiind destul de ridicat, am considerat ca o pedala programabila este o solutie lightweight si budget-friendly. Astfel, cred ca ar fi utila pentru orice persoana cu un mini-studio sau doar pasionata de cantat.
Descriere generală
Modul de functionare este urmatorul:
- Conecteaza chitara la intrarea pedalei printr-un cablu jack.
- Conecteaza iesirea pedalei la o interfata audio / amplificator
- Activeaza pedala selectand unul din efectele audio dorite din telecomanda
- Căntâ!
Hardware Design
Piese folosite:
- Arduino UNO cu Atmega328p
- DAC PCF8591
- IR sensor si telecomanda
- 2 mufe jack mama
- rezistente, condensatoare
Placuta va prelua semnalul analogic dat de chitara si il va converti in semnal digital folosind ADC-ul integrat. Initial placuta reda sunetul clean, efecte putand fi activate/dezactivate din telecomanda. Semnalul digital modificat se transmite la DAC-ul extern prin I2C, de unde pleaca mai departe la modalitatea de output (amplificator/interfara audio).
Semnalul analogic este filtrat atat la intrare cat si la iesire. Intrarea trece pentr-un filtru trece sus care blocheaza frecventele de sub ~66Hz. Iesirea trece printr-un filtru trece-jos ce blocheaza frecventele peste ~16kHz.
Software Design
Codul este dezvoltat in Arduino IDE.
Librarii:
Intrare:
Intrarea se face prin ADC-ul integrat in placa, cu voltajul de referinta intern de 1.1V. Modulul DAC are o rezolutie de doar 8 biti asa ca primul pas dupa citire este sa tarnsform numerele pe 10 biti in 8 biti, dupa care sa aplic efectele de sunet.
unsigned int sensorValue = analogRead(A0); sensorValue = (sensorValue + 1) / 4 - 1;
Senzorul si telecomanda IR:
Fiecare buton de pe telecomanda este mapat la un numar de 2 cifre. Pentru a selecta/deselecta fiecare efect, folosesc un vector ca un map. Daca valoarea din map pentru un buton este 0, efectul este oprit, altfel este pornit. Butonul '0' dezactiveaza toate efectele.
int pressed_key = IrReceiver.decodedIRData.command; if (pressed_key != IR_BUTTON_0) activeEffects[pressed_key] = ~activeEffects[pressed_key]; else memset(activeEffects, 0, sizeof(activeEffects));
Efecte:
In spatele efectelor sta o matematica destul de simpla folosita pentru a altera semnalul. Am implementat 4 efecte: distiortion, tremolo, flanger si echo.
Distortion se realizeaza prin cresterea/supraincarcarea semnalului audio printr-o functie simpla.
float apply_distortion(float x) { float y = 1; if (x < 0.33f) y = 2.3 * x; else if (x < 0.66f) y = (3 - (2 - 3 * x) * (2 - 3 * x)) / 3; return y; }
Tremolo presupune combinarea semnalului cu o fucntie sinusoidala. Am folosit contorul 'index' pentru simularea trecerii timpului.
int index = 0; float apply_tremolo(float x) { index++; float Fs = TIMER_1HZ / 8; float Fx = 5; float alpha = 0.35; float trem = (1 + alpha * sin(2 * M_PI * index * (Fx / Fs))); float y = trem * x; return y; }
Pentru celelalte 2 efecte am avut nevoie de valorile anterioare ale semnalului asa ca am pastrat un vector cu acestea. Pentru a economisi memorie si tinand cont ca valorile cu care lucrez sunt pe 8 biti din cauza rezolutiei DAC-ului extern, acest vector este cu elemnte tip 'char'.
Flanger este un efect ce presupune redarea in acelasi timp a 2 semnale identice cu un delay variabil intre ele. Pentru simularea trecerii timpului am folosit aceeasi idee ca la tremolo, contorul 'index2'.
float flanger_delay = 0.04f; float flanger_depth = 0.5f; int index2 = 0; float apply_flanger(float x) { index2++; float Fs = TIMER_1HZ; float rate = 1.0; float max_sample_delay = flanger_delay * MAX_OUTPUT_HISTORY; float current_sin = fabs(sin(2 * M_PI * index2 * (rate / Fs))); int current_delay = (int)ceil(current_sin * max_sample_delay); float out_delayed = (float)output_history[(output_history_last + (MAX_OUTPUT_HISTORY - 1) - current_delay) % MAX_OUTPUT_HISTORY]; out_delayed /= SGN_MAX; return (1 - flanger_depth) * x + flanger_depth * out_delayed; }
In final, echo presupune memorarea semnalului si redarea lui cu un delay.
int echo_delay = 350; float echo_depth = 0.4f; float apply_echo(float x) { float out_delayed = (float)output_history[(output_history_last + (MAX_OUTPUT_HISTORY - 1) - echo_delay) % MAX_OUTPUT_HISTORY]; out_delayed /= SGN_MAX; return (1 - echo_depth) * x + echo_depth * out_delayed; }
Rezultate Obţinute
Concluzii
Am invatat destul de multe si despre arduino si despre procesarea audio real-time si sunt multumit de rezultat.
Download
Bibliografie/Resurse
Hardware
Software
Ambele
