От редакции
приборы

Партия для трёх рук: как инженер создал помощника для игры на электрогитаре

97
0
27 июня 2024
Изображение создано с помощью нейросети
От редакции
приборы
97
0
27 июня 2024
Партия для трёх рук: как инженер создал помощника для игры на электрогитаре

Инженер и дизайнер Олав Мартин Кверн из Сиэтла в течение 16 лет разрабатывал и собирал робота для электрогитары, который мог бы автономно исполнять партию правой руки. Он вдохновился музыкантами-виртуозами и подумал, что скорость и точность их игры наталкивает на мысль, что они машины, а не люди. Так у него появилась идея создать робота, который помог бы исполнять сложные гитарные соло.

Кверн самостоятельно написал программное обеспечение, спроектировал схемотехнику и продумал механический дизайн устройства. В этом материале рассказываем историю создания робота-гитариста и обсуждаем с инженером из компании YADRO, который тоже играет на электрогитаре, это техническое решение.

Изображение создано с помощью нейросети

Зачем инженеру помощник для игры на гитаре

Как и многие инженеры, Олав Мартин Кверн увлекается музыкой. Он играет на электрогитаре более 40 лет — для точного перебора струн пользуется медиатором. Тем не менее, Кверн всегда мечтал научиться играть пальцами, но к 65 годам понял, что просто не сможет обучиться новой технике, а его пальцы и запястья уже не такие гибкие, как у молодых музыкантов. Тогда Олав решил, что создаст инструмент, который поможет ему лучше играть на гитаре — как очки, которые помогают лучше видеть.

Вместо MIDI-инструментов, в том числе MIDI-клавиатуры, преобразующей нажатие в MIDI-сигнал, который направляется на принимающее устройство — например, на электронную гитару — Олав решил создавать устройство-помощника с более сложной логикой работы. Он хотел добиться реального звучания — вибрации струн под пальцами.

Инструменты и требования к системе

Устройство Кверна представляет собой пластину из оргстекла с осями и платой, прикрепленной к деку электрогитары. Пластина расположена там, где у гитариста обычно лежит ребро ладони — так устройство и автоматизирует партию правой руки.

На каждую ось надета зеленая деталь-держатель медиатора, напечатанная на 3D-принтере. Обычный медиатор — значительно больше, чтобы было удобно держать его в пальцах, здесь же используется его часть, не заметная глазу. При повороте оси медиатор движется перпендикулярно струне, цепляя ее кончиком. Наверху зеленой детали — регулировочный винт, который выдвигает кончик медиатора.

Правее Олав Мартин Кверн разметил черные кубы — сервоприводы. Внутри них — электромотор и схема управления. Размер серв не позволяет поставить их в один ряд (расстояние между осями медиаторов задано расстоянием между струнами), поэтому они стоят в два ряда, и оси вращения «медиаторов» разной длины, чтобы дотянуться до серв. На краю дека собрана вся электроника: на фотографии, например, можно заметить плату Servo 2040 и еще несколько плат, спрятанных под черной крышкой.

Механизм робота-гитары, который в итоге разработал инженер из Сиэтла
Так выглядит итоговое устройство для робота-гитары. Источник

Чтобы собрать устройство, Кверну понадобились:

  • Adobe InDesign и специальные сценарии для механического черчения деталей;
  • OpenSCAD для проектирования 3D-деталей (некоторые пользовательские сценарии InDesign записывают файлы OpenSCAD);
  • 3D-печать для изготовления контроллера сервопривода вала и держателя медиатора. Инженер использовал Prusa i3M2 для печати тестовых деталей, Prusa SL1 для печати окончательных деталей, i3M2 для печати основы, которая крепится к гитаре;
  • Лазерный резак для акриловых деталей;
  • Паяльник и разные ручные инструменты для сборки готового устройства;
  • Гитара Squier (Fender) Telecaster;
  • Соленоиды.

На протяжении многих лет Олав Мартин использовал микроконтроллеры Microchip PIC и различные устройства на платформе Arduino для управления роботом, но затем переключился на Pimoroni Servo 2040 — эта плата сочетает в себе микроконтроллер RP2040 и сервоконтроллеры.

Проектирование аппарата заняло у разработчика больше всего времени, потому что Кверн хотел, чтобы работа соленоидов, двигателей и серводвигателей соответствовала ряду требований:

  • Расстояние между струнами на бридже гитары Telecaster — около 11 мм, поэтому приводы должны быть достаточно маленькие, чтобы расположить шесть штук на задней стороне бриджа.
  • Чтобы механизм-медиатор мог задеть струну так, чтобы получился звук, его сила должна составлять 3 кг/см — для этого нужно довольно мощное устройство.
  • Время, необходимое приводу для захвата струны (перемещение рычага с одной стороны струны на другую), должно составлять ~63 миллисекунды, чтобы была возможность играть тридцать вторыми долями при темпе 120 ударов в минуту.

Из чего состоит робот-гитара

Олав Мартин Кверн экспериментировал с разными технологиями, пытаясь достичь правильного звучания. Соленоиды, которые он использовал в первых версиях, давали звук, похожий на фортепиано, в то время как инженер хотел добиться именно гитарного звучания. Еще одна проблема соленоидов — электромеханический шум, устранить который не получалось. После неудач с экранированием соленоидов разработчик перешел к электрическим мотор-редукторам, но они оказались слишком медленными.

В итоге Кверн остановился на цифровых сервоприводах, потому что у них более высокий крутящий момент, чем у мотор-редукторов или аналоговых сервоприводов того же размера. Сервоуправление осуществляется платой Pimoroni Servo 2040, на которую Олав добавил полипредохранители питания сервоприводов.

Плата Pimoroni Servo 2040
Плата Pimoroni Servo 2040. Источник

Для соединения с медиатором используется напечатанный на 3D-принтере хомут. С одного конца он подходит к сервоприводу, а с другого у него есть отверстие для поперечной оси из набора Lego. 3D-хомут удерживает медиатор и размещает адаптеры для осей детали Lego на обоих своих концах. Каждый медиатор удерживается на месте отдельной деталью.

Медиаторы со временем будут изнашиваться, менять их сложно, но эта сложность, видимо, неизбежная,

— делится Алексей Кудинов, гитарист-любитель и инженер в компании YADRO.

Слева — медиатор, выглядывающий из устройства. Справа — оси в устройстве инженера.
Слева — медиатор, выглядывающий из устройства. Справа — оси в устройстве Кверна. Источник

Регулировка вертикального положения медиатора стала решающим моментом, требующим максимальной точности для качественного извлечения звука. Цифровой сервопривод Power HD 1801MG стал оптимальным решением с достаточным крутящим моментом и необходимой скоростью поворота.

Как механизм помогает музыканту

Роботизированная система, установленная на гитару, берет на себя исполнение партии правой руки. Это означает, что вторая рука исполнителя свободна, чтобы экспериментировать с аппликатурами гитарных аккордов.

Более того, освободившаяся рука может взять на себя более «режиссерскую» функцию: изменять паттерны, регулировать параметры эффектов, выбирать струны в дополнение к тому, что делает робот, и так далее. Гитаристы часто используют ножные педали или переключатели для изменения параметров, но с системой Олава эту роль может взять на себя рука. Как отмечает сам инженер, изучать технику игры на такой «прокачанной» гитаре можно бесконечно.

 Гитара с установленным устройством
Гитара с установленным устройством. Источник

Мнение о необычном устройстве

Алексей Кудинов, работает инженером в YADRO, играет на электрогитаре более 10 лет и организует звуковое сопровождение камерных спектаклей и концертов:

Впечатление от этой разработки неоднозначное. С одной стороны, техническое решение задачи оказалось неожиданно изящным.

Если бы я хотел соорудить подобный механизм, я бы отталкивался от движения руки с медиатором. То есть делал бы систему, которая двигает один медиатор по сложной траектории, цепляя нужные струны и обходя ненужные. Здесь же автор просто взял по одному «медиатору» на струну и упростил движение каждого из них. Возможно, на месте Кверна я бы разработал специальную плату, а не соединял бы несколько готовых бесконечными проводами. Но это уже вопрос вкуса и навыков разработчика.

Как инженера решение меня заинтересовало, но как гитаристу оно мне не нравится. Даже у простого извлечения звука медиатором есть множество разных нюансов, влияющих на звучание: угол атаки, глубина загрузки в струны, скорость. А еще устройство занимает на деке гитары место, где обычно у гитариста ладонь правой руки, и она (ладонь) тоже активно участвует в звукоизвлечении, в том числе заглушая неиспользуемые струны. На мой взгляд, гитара с подобным устройством все же недалеко ушла от упомянутых MIDI-файлов.

А что думаете вы о таких изобретениях? Поделитесь в комментариях.
Наверх
Будь первым, кто оставит комментарий