OscPocketO - コンパクトなArduinoシンセサイザー＆ドラムマシン

必要な部品と材料

Arduino UNO	×1
オーディオジャック（メス、3.5mm）	×1
メス-メス ジャンパーワイヤー	×2
オス-オス ジャンパーワイヤー	×2

必要な工具と機器

• はんだごて（汎用）

プロジェクト概要

最新のコードとビルド手順はこちら: https://oscillator.se/arduino/

他のポータブル音楽制作機器に触発され、優れたMozziライブラリを調査しました。複数のシンセサイザーやドラムマシンを作成し、テンポで同期できたら便利ではないかと考え、OscPocketOが誕生しました。ArduinoとLCDキーパッドシールドのみを使用したポータブル音楽スタジオです。

基本操作

OscPocketOはSELECTボタンでモードを切り替えて操作します。UPボタンで値を増やし、DOWNで減らし、LEFT/RIGHTでカーソルを移動します。

• Arduino内蔵LEDは、OscPocketOが音を再生するたびに点滅します。
• OscPocketOを直接ホームステレオに接続すると過負荷になる可能性があります。ヘッドフォンやミキサーを使用してください。
• LCD表示が乱れた場合は、Toolsメニューを通過するまでボタンを繰り返し押してください。LCDがリセットされます。

OscPocketO Synth（シンセサイザー）

モード一覧

• START: シーケンサーの開始/停止
• SYNC: 同期モードの設定。NONE=同期信号なし、INT=内部クロック使用（指揮者モード）、EXT=外部信号で制御（プレイヤーモード）
• PATTERN: 現在のパターンを選択
• EDIT: 現在のパターンを編集。音符は1小節（16分音符×16）でMIDI値として格納
• STATE: 音符の状態を編集。X=オン、O=オフ
• TEMPO: シーケンサーのテンポ設定
• GATE: 再生される音符のゲート長。16分音符に対するパーセントで表現
• SHIFT: 転調（UP/DOWN）とシーケンスのシフト（LEFT/RIGHT）
• WAVEFORM: 第1オシレーターの波形設定。SIN（正弦波）、TRI（三角波）、SAW（鋸歯波）、SQUARE（矩形波）
• ATTACK: アタックタイム（ms）
• RELEASE: リリースタイム（ms）
• FILTERMODE: ローパスフィルターのカットオフ変調モード
  • FIXED: 変調なし。カットオフとレゾナンスの値を使用
  • RANDOM: 0からカットオフ値までランダムに変調
  • SLOW: 約4小節かけて0から255まで変調。カットオフ値を変更
  • FAST: 約1小節かけて0から255まで変調。カットオフ値を変更
• CUTOFF: フィルターのカットオフ周波数（0〜255）
• RESONANCE: フィルターのレゾナンス（0〜255）
• WAVEFORM2: 第2オシレーターの有効化と波形設定。NONE（オフ）、SIN、TRI、SAW、SQUARE
• DETUNE2: 第2オシレーターを第1オシレーターに対してデチューン。値はHzで、第1オシレーターの周波数に加算
• PLAY: キーボードモード。シーケンサー停止中、現在のパターンの最初の4音がLEFT、UP、DOWN、RIGHTにマッピング
• TOOLS: ユーティリティ。UPで起動
  • S: シンセ設定とパターンをEEPROMに保存（電源オフ後も復元可能）
  • L: EEPROMから設定とパターンを読み込み
  • R: ランダムパターン生成
  • B: 現在の音符に基づくベースラインパターン生成
  • C: 現在のパターンを次のパターン位置にコピー

OscPocketO Drums（ドラムマシン）

OscPocketO Drumsは、Mozziライブラリによるバーチャルアナログシンセシスで生成される5つの音（キック、スネア、ハイハット、クラップ、クラッシュ）を同時に再生できます。

モード一覧

• START: シーケンサーの開始/停止
• SYNC: シンセサイザーと同様
• PATTERN: 現在のパターンを選択
• EDIT: 現在のパターンを編集。音符値は各音に対応する値を加算して構成
  • Kick = 1
  • Snare = 2
  • Hihat = 4
  • Clap = 8
  • Crash = 16
  • Tom = 32

  例: 値17 = Kick(1) + Crash(16)

• TEMPO: シーケンサーのテンポ設定
• GATE: SYNC OUT信号のゲート長（16分音符に対するパーセント）
• EDITKICK: キックの周波数、リリースタイム、スロープ（周波数低下の速さ。値が大きいほど急速）
• EDITSNARE: スネアの周波数、リリースタイム、スロープ
• EDITHIHAT: ハイハットの周波数（段階的な値）とリリースタイム
• EDITCLAP: クラップのリリースタイム
• EDITCRASH: クラッシュのリリースタイム
• EDITTOM: トムの周波数、リリースタイム、スロープ
• PLAY: ソロモード。LEFT=Kick、UP=Snare、DOWN=Tom、RIGHT=Crash
• TOOLS: ユーティリティ。UPで起動
  • S: パターンをEEPROMに保存
  • L: EEPROMからパターンを読み込み
  • R: ランダムパターン生成
  • B: 現在の音符に基づく繰り返しパターン生成
  • C: 現在のパターンを次のパターン位置にコピー

複数のOscPocketOを同期させる

1. セットアップ

• 接続するすべてのOscPocketOのGNDを共通接続
• Conductor（指揮者）: Start=Stop、Sync=Internal
• Player(s): Start=Stop、Sync=External、Start=Play（順序重要）
• ConductorのSYNC OUTを最初のPlayerのSYNC INに接続
• 複数のPlayerがある場合、前のPlayerのSYNC OUTを次のPlayerのSYNC INに接続（デイジーチェーン）

2. 演奏

• Conductor: Start=Play
• すべてのOPOでサウンド調整とパターン切り替えが可能。テンポ変更はConductorのみ

ハードウェアの組み立て

1. LCDキーパッドシールド

LCDキーパッドシールドを取り付ける前に、Arduinoのピン10（D10）と接続されないようにする必要があります。D10は通常LCDバックライト制御に使われますが、ここではオーディオ出力に使用します。

シールドのD10に入るピンを90度曲げます。これでArduinoのD10に接触しなくなります。その後、シールドを取り付けます。

接続ピン割り当て:

• LCD: D4, D5, D6, D7, D8, D9
• ボタン: A1

RST（リセット）ボタンはArduinoを再起動するだけで、ソフトウェアでは使用しません。

2. オーディオジャック

オーディオジャックをArduinoのD10とGNDに接続します。MozziライブラリはデフォルトでD9を使用しますが、LCDキーパッドシールドがD9を使用しているため、Mozziライブラリの設定変更が必要です（ソフトウェアセクションで説明）。

• オーディオジャックの「チップ（先端）」に信号用の色付きワイヤーをはんだ付け
• スリーブ（GND）に黒いワイヤーをはんだ付け
• 色付きワイヤーをArduinoのD10のはんだ付けポイントに接続（シールド背面）
• 黒いワイヤーをシールド上部のArduino GNDに接続

3. SYNC IN/OUT

メス-メス パッチケーブルを半分に切り、一方をD11（SYNC IN）、もう一方をD12（SYNC OUT）、もう一方をGNDにはんだ付けします。

4. ケースへの収納

耐久性のため、OscPocketOをケースに収納し、ケーブルとオーディオジャックを固定します。

5. 同期用グラウンドケーブルの作成

長いオス-オス パッチケーブルの中央部分の被覆を剥き、切ったオスケーブルをはんだ付けします。これで3つ（以上）の端子ピンがすべて接続されます。

ソフトウェアのインストール

1. Mozziライブラリのインストールと設定

Mozziライブラリをダウンロード・インストール: https://sensorium.github.io/Mozzi/download/

デフォルトではMozziはD9に出力しますが、LCDキーパッドシールドがD9を使用しているため、D10に変更する必要があります。

Mozziライブラリフォルダ内の AudioConfigStandardPlus.h をテキストエディタで開き、以下の4行のAとBを入れ替えます:

// Used internally. If there was a channel2, it would be OCR1B.
#define AUDIO_CHANNEL_1_OUTPUT_REGISTER OCR1B
#define AUDIO_CHANNEL_2_OUTPUT_REGISTER OCR1A
(...)
#define AUDIO_CHANNEL_1_PIN TIMER1_B_PIN //defined in TimerOne/config/known_16bit_timers.h
#define AUDIO_CHANNEL_2_PIN TIMER1_A_PIN

2. OscPocketOスケッチのインストール

Arduino IDEで code_synth/code_synth.ino （シンセサイザー）または code_drums/code_drums.ino （ドラムマシン）を開き、Arduinoにアップロードします。

回路図