SAXduino 20S

Created Date: 2020-01-07/ updated date: 2020-04-18
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    Summary
    SAXduinoは、電子吹奏楽器として開発したSAX型のArduinoです。左右6つの指だけで、3オクターブもの音域の演奏が可能。もちろん音色変更や移調も自由自在。006P乾電池1本で動作します。SAXduino 20Sは2020年春モデル。19Sバージョンから電源周りの変更、及び音質の改善を行いました。

    Materials

      Tools

        Blueprints

          Making

          • SAXduinoのお買い上げありがとうございます!

            SAXduinoは以下のような特徴があります。
            1. 両手の人差し指、中指、薬指の計6本だけで3オクターブもの音域が演奏可能な、新しい運指
            2. 006Pの乾電池一つで、本体内蔵のアンプ、スピーカーを駆動し、スタンドアロンで動作
            3. mi.1を追加すれば、BLE MIDI Controllerとしても利用できます
            • SAXduinoの使用方法は、本ページの一番下のUsagesをご覧ください。

            • 以下では、SAXduinoの作り方を紹介します。
              購入された方が修理や改造する場合などの参考になると思います。
              また、SAXduinoは、全ての設計情報を公開していますので、基板製造や3Dプリントが可能な環境でしたら、自力で制作することが可能となっています。
          • 必要な部品の一覧と、その製造用データ、あるいは入手先のリンクをご紹介します。
          • SAXduinoの全機能を納める専用基板 SAXduino Board を製作します。
            • このページから基板を発注すれば、SAXduino Boardを購入することができます。
              KiCadで基板設計し、そのガーバーデータをFusionPCB(Seeedの基板製造サービス)にアップしてあります。上のページからガーバーデータをダウンロードすることも可能です。
            • ステンシルで基板にクリームハンダを印刷し、表面実装部品を載せます。そのあと、リフロー炉でハンダ付けを行います。写真はそれぞれ、クリームハンダを印刷した状態、表面実装部品を載せた状態、リフロー炉から出した状態です。
            • 基板が正常に動かないことが往々にしてあります。
              なるべく早い段階で検知するため、リフロー直後に、J1, J2にISP端子をハンダ付けしてCPUへの書き込みを行ってみます。
              書き込みの際にエラーが出れば、CPU周りのリフロー不良の可能性があります。

              CPUへの書き込みは、「ファームウェアの書き込み」を参照してください。
            • 基板の裏面のフルカラーLED6個をハンダ付けします。
              WS2813Bを接着剤で一旦仮止めしておくと、スムースにハンダ付け出来ます。
              ハンダ付けの際は、接点にフラックスを塗り、コテ先にハンダを載せて軽く当てるとうまくハンダ付け出来ます。フラックスの汚れはあとでクリーナーで拭き取ります。
            • 気圧センサー基板をここから発注します。ガーバーデータのダウンロードも可能です。

              この基板に、下記の部品をハンダ付けします。
              1. C1に0.1μFのコンデンサを基板裏側から挿入し、ハンダ付けします。
              2. 気圧センサは、欠けた印のあるほうが、基板のSAXduinoの文字の位置になるように配置します。

              SAXduino Boardにこの気圧センサ基板を、L型ピンヘッダを使って垂直に取り付けます。
              1. 100μF電解コンデンサのコンデンサ(C20)、J14のアナログボリュームをハンダ付けします。
              2. J21にDCDCレギュレータをハンダ付けします。
              3. 2箇所の2pinXHコネクタ(J19,J22)をハンダ付けします。

              各部品の向きなどは、写真で確認してください。
          • 二つのATmega328Pへファームウェアを書き込みます。
            U1のATmega328Pはソフトシンセのファームを書き込みます。こちらをシンセ側と呼びことにします。U3のATmega328Pはセンサー処理のファームを書き込みます。また、こちらをセンサ側と呼ぶことにします。
            • 6pinのICSP端子を通して、Arduino IDEからATmega328Pにプログラムを書き込みます。
              そのためには、書き込み機が必要になります。
              もっとも簡単な方法は、Arduino Unoを書き込み機に変えてしまう方法です。ネット上にたくさんの情報がありますので、詳細については調べてみてください。
            • Arduino IDEに必要なLibraryをインストールします。Libraryは「Adafruit NeoPixel」「MsTimer2」をインストールします。
              基板を作って最初にATmega328Pにファームを書き込む時は、まずブートを書き込みます。ツールメニューの「ブートローダを書き込む」を選びます。
              書き込み時のツールメニューの設定は、「ボード:"Arduino Uno"」としてください。
            • センサ側のファームウェアのプログラムはここからダウンロードして、Arduino IDEで読み込みます。
              初めてセンサ側のファームを書き込む場合、configuration.h の FIRMMODE を、WRITE_CNFG_FIRST_TIME_TO_MBR3110 にし、またタッチセンサのセッティングを変えた時は、WRITE_NEW_CNFG_SETTING にします。
              そのあとに、 NORMAL_MODE にして再書き込みします。

              書き込む際は「書き込み装置を使って書き込む」で書き込んでください。
          • タッチスイッチフレームとSAXduino Boardと合体させ、静電センサーによる演奏用のタッチスイッチを製作します。
            • タッチWindowに直径1cmの円状に切った銅箔テープを、四角い穴に合わせて6箇所貼ります。
              また、四角い穴に合わせて、銅箔テープを三方切断し、残りの一方から銅箔テープを裏側に折り曲げます。
              1. タッチスイッチフレームの横側にあいている4箇所のねじ穴の部分に銅箔テープを貼ります。写真のように、内側から下側に回り込むように貼ります。貼った後、銅箔にねじ穴を開けます。
              2. 4箇所のねじ穴に四角ナットを装着し、外側から3×5皿ネジを閉めます。
              3. 接着剤で四角ナットをタッチスイッチフレームに接着します。
              4. ナットが固定されたらネジを外します。
            • タッチWindowと、タッチスイッチフレームを真ん中のネジ一つで一体化します。ネジとナットはポリカーボネイトの透明なものを使用します。

              2cmほどに切った6本のポリウレタン線を用意し、その両端の被膜をハンダで溶かします。

              フレームを裏返しにして、タッチWindowの6箇所の穴から折り曲げて貼ってある銅箔テープに、ポリウレタン線をハンダ付けします。
            • SAXduino Boardをタッチスイッチフレームと組む前に、ちょっと前準備をしておきます。

              1. J1の端の三つの端子が、フレームのネジのすぐ上にありますので、ここがネジに触れないようにはみ出たピンを根元から切っておきます。また、念のため絶縁テープで保護しておきます。
              2. アナログボリュームとDCDCレギュレータの足も、フレームにやや接するので、根元から切っておいた方が良いです。
              3. J10〜J13の4つの端子に短めのポリウレタン線をハンダ付けしておきます。
            • タッチスイッチフレームとSAXduino Boardを組み合わせます。
              1. フレームの6本のポリウレタン線を、SAXduino Boardの対応する6つのスルーホール(J4〜J9)に通します。
              2. フレームとBoardを2箇所の穴を通してネジ止めします。ネジ(3×15)とナットはポリカーボネイトの透明なものを使います。
              3. 6箇所のポリウレタン線をハンダ付けして、不要な線をカットします。
              4. J10〜J13端子にハンダ付けしたポリウレタン線を、各端子に対応するフレームの横ねじ穴に貼った4箇所の銅箔テープとハンダ付けして導通させます。
          • BLE MIDI版では、以下の手順でBLE MIDIモジュールを取り付けます。
            • mi.1にハンダ付けしたポリウレタン線をSAXduino Boardの以下の端子の穴に通します。
              • Board   J16 <--> mi.1  H2
              • Board   J15 <--> mi.1  H4
              • Board   J17 <--> mi.1  H6
              • Board   J18 <--> mi.1  H8

              ポリウレタン線の長さを調整して、ハンダ付けします。mi.1は、写真のようにタッチスイッチフレームの端に両面テープで固定します。
          • 全体の組み上げの前に、筐体に取り付ける各部品の準備をしておきます。
            • 吹き口の各部品を、以下の順序で組み立てます。
              1. 3Dプリントした吹き口カバーとフロントホルダーを合体します。
              2. 3Dプリントサービスで作ったパイプを、接着剤で吹き口カバーに取り付けます。
              3. ホルダーの穴に四角ナットを入れ、ナットが穴から落ちないように接着剤を塗っておきます。接着剤が乾くのを待つために、写真のようなジグがあると便利です。
              4. 二つのパイプにシリコンパイプを奥まで嵌めます。シリコンパイプの長さは、真っ直ぐのパイプは2.7cm、斜めのパイプは4.5cmにします。
            • リアホルダーの6つの穴に四角ナットを入れます。
              フロントホルダーと同様、穴からナットが落ちないように接着剤を塗っておきます。
            • コネクタを圧着した8cmくらいの長さのケーブルをスピーカーにハンダ付けします。ケーブルは、テープでスピーカーの裏側に貼り付けておくと、筐体内の収まりがよくなります。

              その後、MDFから切り出したスピーカー用のホルダーとスピーカーを接着します。
          • 3Dプリンターで作ったボトムスペーサーとバッテリーフック、そしてMDFによる3枚の底板を組み合わせ底板を作成し、電源スイッチを取り付けます。
            • 底板中の4つの穴と、底板前、底板後の一つの穴、計6つの穴に皿ネジ用の座繰り加工を行います。
            • 底板中に3×12皿ネジ黒を通し、ボトムスペーサーの穴に通します。さらに底板後の穴を通し、バッテリーフックの穴を通し、四角ナットで締め付けます。
              底板前も同様に取り付けます。
              ボトムスペーサーの向きを間違えないように写真で確認ください。
              1. 006P電池用コネクタとケーブル付きXHオスコネクタ、電源スイッチ、ネジを用意します
              2. 電源スイッチを底板後に1.7mm×6mmのネジで取り付けます
              3. 電池コネクタのケーブルと、XHコネクタのケーブルを両方とも7cm程度に切り、黒いケーブルを繋げます
              4. 赤のケーブルを写真のように電源スイッチの中央と、ON側の端子にハンダ付けします。電源スイッチ周辺は絶縁テープで囲っておきましょう。
            • 写真のように筐体部品(側板、上板、ベル板)の赤印の穴に座繰りを施します。
            • 吹き口のシリコンパイプの短い方を、基板の気圧センサに嵌め込みます。それから吹き口を側板に3×8皿ネジ黒でネジ止めします。
            • 左右のベル側板を、リアホルダー、側板を通して3×12皿ネジ黒でネジ止めします。
              上板を、吹き口とリアホルダーとの2箇所のネジ穴に3×8皿ネジ黒でネジ止めします。
            • MDFのスピーカーホルダーとベル側板を木工用ボンドで接着します。
              スピーカーホルダーは側板の斜めになっている端に合わせますが、後々のメンテを考えて、側板に接着するのではなく、ベル側板に接着します。(側板を接着してしまうと、後で全体を分解してBoardを取り出せなくなってしまいます)
              その後、スピーカーのケーブルをリアホルダーの真ん中の穴を通し、SAXduino Boardのスピーカー用コネクタと接続します。
            • ベル上板、ベル下板にまず曲がり癖を付けます。写真のように丸いものと一緒にゴムで巻いておき、しばらく置いておきます。
              クセがついたら、木工用ボンドでベル側板と接着します。完全に接着されるまで、輪ゴムを巻いておくと良いでしょう。
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          References

            Usages

            • 操作方法

              1. 電源スイッチは背面の底板のスピーカー側にあります。
              2. 演奏は、六角形の窓を持った演奏用のタッチスイッチが、①から⑥までありますので、ここに指を触れて、音程を操作します。吹き口から息を吹き込めば音が鳴ります。
              3. 音色変更を、側板手前の黒い"ネジ"を触ることで操作できます。左側が順方向、右側が逆方向に音色が変わります。
              4. 側板後方の黒い"ネジ"を触ることで、移調の設定が出来ます。左側が音程が上がる方向に、右側が音程が下がる方向に変化します。
              5. 右側の後方のつまみで音量を変更することができます。
            • 運指

              6つのタッチスイッチの押さえ方で、左図のように3オクターブもの音域が演奏できます。
              また、①、② のスイッチは、瞬時に触れて離す、あるいは離して触れることでタンギングを表現できます。
            • 電池の交換方法

              1. 底板の2箇所のネジを外します。
              2. 底板をゆっくり開けます。
              3. 開けると底板の裏側に006P電池がゴムで固定されているので、電池を交換します。
              4. 底板を閉めるときは、最初に空気抜きのパイプを穴に通すのを忘れないで下さい。
              5. 2箇所のネジを締めます。

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