Δημιουργήστε μουσική Muscle MIDI!: 7 βήματα (με εικόνες)

Πίνακας περιεχομένων:

Βήμα 1: Επισκόπηση έργου και λίστα μερών
Βήμα 2: Συναρμολογήστε τον ενισχυτή EMG
Βήμα 3: Προετοιμάστε τα ηλεκτρόδια
Βήμα 4: Ενισχυτής ήχου (προαιρετικό)
Βήμα 5: Προετοιμάστε τα εξαρτήματα MIDI
Βήμα 6: Γράψτε τον κώδικα Arduino
Βήμα 7: Βάλτε τα όλα μαζί

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-13 06:57

Κάθε φορά που το νευρικό σας σύστημα χρειάζεται να κάνει μια κίνηση, στέλνει μικροσκοπικά ηλεκτρικά σήματα μέσω των νευρώνων για τον έλεγχο των μυών σας. Η τεχνική της ηλεκτρομυογραφίας (ΗΜΓ) μας επιτρέπει να ενισχύσουμε και να μετρήσουμε αυτά τα ηλεκτρικά σήματα. Εκτός από ένα χρήσιμο κλινικό εργαλείο για τη διάγνωση διαφορετικών νευρολογικών διαταραχών, οι εγγραφές ΗΜΓ έχουν χρησιμοποιηθεί πιο πρόσφατα για τον έλεγχο των προσθετικών συσκευών.

Με την ελπίδα να εξοικειωθώ περισσότερο με τις τεχνικές ενίσχυσης και εγγραφής EMG, σκέφτηκα ότι θα ήταν διασκεδαστικό να κατασκευάσω έναν ενισχυτή EMG που θα μπορούσα στη συνέχεια να χρησιμοποιήσω ως σήμα ελέγχου για μια διαφορετική συσκευή. Αντί να ελέγξω ένα προσθετικό χέρι, αποφάσισα να ενσωματώσω τα ενδιαφέροντά μου στη μουσική και χρησιμοποίησα τα σήματα EMG για τον έλεγχο μιας συσκευής MIDI. Το MIDI σημαίνει Musical Instrument Digital Interface και είναι το τυπικό πρωτόκολλο για την ηλεκτρονική αποστολή και λήψη μουσικών σημάτων.

Γνώση ιστορικού

Αυτό το εγχειρίδιο περιλαμβάνει την επιτροπή ενός κυκλώματος, τη συγκόλληση μερικών καλωδίων, τον προγραμματισμό ενός Arduino και τη διασύνδεση με μια συσκευή MIDI. Εάν δεν έχετε κάποιο από αυτό το απαραίτητο υπόβαθρο, σας συνιστώ να ελέγξετε μερικές από τις παρακάτω τάξεις / Οδηγίες:

Κυκλώματα

Arduino

MIDI

Σημείωση ασφαλείας

Αυτό το έργο περιλαμβάνει τη σύνδεση με ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Λάβετε όλες τις απαραίτητες προφυλάξεις ασφαλείας. Αυτό το έγγραφο της Delsys έχει ένα τμήμα για την ηλεκτρική ασφάλεια καθώς και μια χρήσιμη περιγραφή των τεχνικών ΗΜΓ γενικά. Θα απενεργοποιήσουμε το κύκλωμά μας από δύο μπαταρίες 9V. σε καμία περίπτωση το κύκλωμά σας (ειδικά όταν είστε επίσης συνδεδεμένοι με αυτό) δεν πρέπει να είναι συνδεδεμένο με τροφοδοτικό AC από τον τοίχο.

Βήμα 1: Επισκόπηση έργου και λίστα μερών

Το έργο μας αποτελείται από τρία βασικά στοιχεία:

Ο ενισχυτής 1.) EMG, 2.) το Arduino και 3.) η συσκευή MIDI.

Θα χτίσουμε τον ενισχυτή EMG σε μια σανίδα ψωμιού. Εάν ενδιαφέρεστε για μια πιο εμπεριστατωμένη ματιά στην επιστήμη πίσω από τον ενισχυτή EMG και πιο λεπτομερή βήματα για το πώς να δημιουργήσετε τον δικό σας, ελέγξτε τον ενισχυτή ήχου EMG Instructable.
Θα τροφοδοτήσουμε το Arduino από τις ίδιες μπαταρίες 9V που τροφοδοτούν τον ενισχυτή EMG. Το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας με το Arduino θα είναι από την πλευρά του λογισμικού.
Χρησιμοποίησα ένα iPhone με Garageband ως συσκευή MIDI. Το Arduino θα στέλνει τυπικά σήματα MIDI μέσω τυπικού καλωδίου MIDI, οπότε οποιαδήποτε συσκευή MIDI θα πρέπει να λειτουργεί στη θέση του iPhone.

Ανταλλακτικά

(2x) LT1167 (ενισχυτής οργάνων)
(2x) LT1112 (ή οποιοδήποτε διπλό τσιπ op-amp)
(1x) LM386N (ενισχυτής ήχου)
(5x) Επιφανειακά ηλεκτρόδια ΗΜΓ (δύο ανά μυ και ένα για αναφορά) (Amazon)
Arduino Uno (Amazon)
iPhone (ή οποιαδήποτε συσκευή MIDI)

Καλώδιο προσαρμογέα MIDI σε iPhone (εάν χρησιμοποιείτε iPhone) (Amazon)
Διάφορες αντιστάσεις, πυκνωτές και καλώδια βραχυκυκλωτήρων
Breadboard (Amazon)
(2x) μπαταρία 9V

Εργαλεία

Συγκολλητικό σίδερο (Amazon)
Απογυμνωτές καλωδίων
Σωλήνες συρρίκνωσης θερμότητας
Ηλεκτρική ταινία

Βήμα 2: Συναρμολογήστε τον ενισχυτή EMG

Για ένα πιο εμπεριστατωμένο σεμινάριο σχετικά με τον τρόπο κατασκευής του ενισχυτή EMG, ανατρέξτε στον ενισχυτή ήχου EMG Instructable.

Θα δημιουργήσουμε έναν ενισχυτή EMG ικανό να ενισχύσει δύο κανάλια EMG. Θα χρησιμοποιήσουμε έναν ενισχυτή οργάνων LT1167 ανά κανάλι. Το φύλλο δεδομένων LT1167 περιέχει βοηθητικά ένα σχηματικό σχήμα για έναν "Ενισχυτή νευρικής ώσης", το οποίο θα ακολουθήσουμε σε αυτό το βήμα.

Συναρμολογήστε το κύκλωμα

Στον πίνακα ψωμιού, συναρμολογήστε δύο αντίγραφα του ενισχυτή νευρικής ώσης που φαίνεται παραπάνω. Οι εικόνες του συναρμολογημένου κυκλώματος μου θα σας βοηθήσουν να σας καθοδηγήσουν προς τον τελικό στόχο. Πρόσθεσα παθητικά φίλτρα χαμηλής διέλευσης 1ης τάξης στην έξοδο κάθε ενισχυτή μου για να μειώσω τον θόρυβο. Αν θέλετε να τα προσθέσετε στο κύκλωμά σας, χρησιμοποίησα μια αντίσταση 1 kΩ με πυκνωτή 0,047 μF για συχνότητα διακοπής περίπου 2, 000 Hz.

Εξουσία

Θα απενεργοποιήσουμε το κύκλωμα δύο μπαταριών 9V. Το LT1167 χρειάζεται +V και -V (επειδή το σήμα πηγής ΗΜΓ έχει θετικές και αρνητικές τιμές), οπότε θα συνδέσουμε το μείον πείρο της μπαταρίας +V με τον πείρο συν στην μπαταρία -V. Ο πλην πείρος της μπαταρίας -V γίνεται η τιμή -V. Όταν χρησιμοποιείτε δύο μπαταρίες 9V, θα καταλήξετε με +V και -V να είναι ίσα με +9 και -9 βολτ αντίστοιχα.

Ηλεκτρόδια Το επόμενο βήμα καλύπτει την τοποθέτηση του ηλεκτροδίου με περισσότερες λεπτομέρειες. Το ηλεκτρόδιο αναφοράς συνδέεται στον πείρο 1 ενός από τους ενισχυτές οργάνων και τα ζεύγη ηλεκτροδίων μυός συνδέονται στους πείρους 2 και 3 στους ενισχυτές οργάνων. Ο προσανατολισμός +/- των ηλεκτροδίων δεν έχει σημασία.

Σημείωση: Εάν το κύκλωμά σας δεν λειτουργεί, πιθανότατα κάνατε κάτι λάθος! Μια καλή τεχνική για την εύρεση ενός λάθους σε ένα κύκλωμα είναι να σχεδιάσετε το σχηματικό για το κύκλωμα που έχετε πραγματικά συναρμολογήσει στο ψωμί σας και να το συγκρίνετε με το αρχικό σχήμα. Σε αυτή τη διαδικασία μπορεί να βρείτε ένα σφάλμα (όπως έκανα πολλές φορές).

Βήμα 3: Προετοιμάστε τα ηλεκτρόδια

Όπως ανέφερα παραπάνω, θα χρειαστούμε συνολικά πέντε ηλεκτρόδια για αυτό το έργο. Οι εγγραφές ΗΜΓ πραγματοποιούνται με διαφορικό ενισχυτή, πράγμα που σημαίνει ότι ενισχύουμε τη διαφορά μεταξύ δύο σημείων αναφοράς στον μυ. Αυτό σημαίνει ότι θα χρειαστούμε δύο ηλεκτρόδια ανά μυ. Επιπλέον, χρειαζόμαστε μια ενιαία αναφορά για τη μέτρηση της μυϊκής δραστηριότητας σε σχέση με. Ακολουθεί ένας σύνδεσμος με κάποια ηλεκτρόδια επιφανειακής ΗΜΓ που πωλούνται στο Amazon. Ο ακριβής τύπος ηλεκτροδίου δεν είναι πολύ σημαντικός για τους σκοπούς μας.

Όπως έχω δείξει στην παραπάνω εικόνα, τοποθετήστε δύο ηλεκτρόδια στο εσωτερικό άκρο κάθε αντιβραχίου, παράλληλα με το μήκος του μυός και χωρισμένα κατά περίπου 2 εκατοστά. Τοποθετήστε το ηλεκτρόδιο αναφοράς στο οστέινο μέρος ενός από τους αγκώνες σας, μακριά από τα ηλεκτρόδια στους μυς.

Περιστρεφόμενα ζεύγη καλωδίων

Θα θέλετε επίσης να στρίψετε τα καλώδια στα ζεύγη ηλεκτροδίων σας όπως φαίνεται παραπάνω. Εκτός από τον καθαρισμό του χάους γύρω από το κύκλωμά σας, τα στριμμένα ζεύγη καλωδίων βοηθούν στη μείωση του ηλεκτρικού θορύβου που απορροφάται από τα ηλεκτρόδια. Εναλλάσσοντας τη θέση των καλωδίων μπρος -πίσω, κάθε εξωτερική ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή (π.χ. 60 Hz από το δίκτυο) θα επηρεάσει τα καλώδια ίση ποσότητα. Ο διαφορικός ενισχυτής θα αφαιρέσει αυτό το κοινό σήμα θορύβου.

Βήμα 4: Ενισχυτής ήχου (προαιρετικό)

Εάν ενδιαφέρεστε να ακούσετε το ακατέργαστο σήμα ΗΜΓ (χωρίς MIDI), μπορείτε να προσθέσετε ενισχυτή ήχου στο κύκλωμα ΗΜΓ. Χρησιμοποιήστε ένα τσιπ ενισχυτή ήχου LM386N και τις απαραίτητες αντιστάσεις και πυκνωτές για να συναρμολογήσετε το κύκλωμα που φαίνεται παραπάνω. Το παραπάνω βίντεο δείχνει πόσο ωμό είναι το σήμα ΗΜΓ.

Αν και αυτό το βήμα δεν είναι απαραίτητο για την ενεργοποίηση των σημάτων MIDI, προτείνω να το επιχειρήσετε. Η ακρόαση του σήματος EMG μπορεί να είναι μια πολύ χρήσιμη τεχνική για την αντιμετώπιση προβλημάτων και τον εντοπισμό σφαλμάτων στο σύστημά σας. Για παράδειγμα, εάν υπάρχει ισχυρή παρέμβαση 60 Hz από την τροφοδοσία ρεύματος, θα μπορείτε να την ακούσετε πολύ πιο εύκολα από ό, τι θα μπορούσατε να την εντοπίσετε κατά τη δειγματοληψία του σήματος με το Arduino σας.

Ο ήχος στο βίντεό μου κόβεται λίγο, αλλά είναι ένα αρκετά αξιοπρεπές παράδειγμα για το πώς πρέπει να ακούγεται ένα καθαρό σήμα ΗΜΓ.

Βήμα 5: Προετοιμάστε τα εξαρτήματα MIDI

Για να στείλουμε σήμα MIDI από το Arduino στη συσκευή MIDI, πρέπει να συγκολλήσουμε μία από τις θηλυκές υποδοχές MIDI. Θα πρέπει να δείτε το πρώτο μου Instructable για ένα πιο λεπτομερές σεμινάριο σχετικά με τη ρύθμιση του MIDI στο Arduino.

Εδώ είναι τα βήματα:

Συγκολλήστε μια αντίσταση 220 Ω στην ακίδα 4 της υποδοχής MIDI.
Συγκολλήστε ένα καλώδιο 10 εκατοστών από την αντίσταση στην υποδοχή Tx στο Arduino.
Κολλήστε ένα σύρμα μήκους 10 εκατοστών στην καρφίτσα 2 και συνδέστε το στη γείωση στο Arduino.
Συγκολλήστε ένα σύρμα μήκους 10 εκατοστών στο πείρο 5 και συνδέστε το στα 5V στο Arduino.

Αφού συναρμολογήσετε τον ενισχυτή EMG και προετοιμάσετε το καλώδιο MIDI στο iPhone, χρησιμοποιήστε δύο καλώδια βραχυκυκλωτή για να στείλετε τις εξόδους των ενισχυτών οργάνων στις ακίδες A4 και A5 του Arduino.

Βήμα 6: Γράψτε τον κώδικα Arduino

Ο βασικός αγωγός για τον κώδικα Arduino έχει ως εξής:

Μετρήστε το βασικό επίπεδο θορύβου και για τα δύο κανάλια ΗΜΓ
Βρόχος συνεχώς, μετρώντας την τάση κάθε καναλιού ΗΜΓ
Εάν το κανάλι EMG που ελέγχει την ένταση της σημείωσης υπερβεί το όριο, ενεργοποιήστε μια σημείωση MIDI
Χρησιμοποιήστε το σήμα από το άλλο κανάλι ΗΜΓ για να διαμορφώσετε το ύψος της νότας

Σας ενθαρρύνω να δοκιμάσετε να γράψετε τον δικό σας κώδικα Arduino για την επεξεργασία των σημάτων ΗΜΓ. Ξέρω με βεβαιότητα ότι υπάρχει καλύτερο σχέδιο ελέγχου εκεί έξω από αυτό που έκανα μαζί! Αν θέλετε να ξεκινήσετε με τον κωδικό μου, μπορείτε να το κατεβάσετε εδώ. Μπορείτε να ελέγξετε το αποθετήριο GitHub μου για να δείτε τις διάφορες επαναλήψεις του κώδικα μου ενώ δούλευα στο έργο.

Βήμα 7: Βάλτε τα όλα μαζί

Εάν όλα έχουν γίνει σύμφωνα με το σχέδιο, θα πρέπει να μπορείτε να ελέγχετε τη συσκευή MIDI χρησιμοποιώντας το σήμα από τους δικούς σας μυς. Αρκετά συναρπαστικό! Μόλις τελειώσετε το έργο, μπορείτε να παίξετε με διαφορετικά σχήματα ελέγχου και να εξερευνήσετε διαφορετικούς ήχους MIDI.

Ενημερώστε με αν προσπαθήσετε να φτιάξετε μία από τις δικές σας συσκευές MIDI που ελέγχονται με ΗΜΓ! Θα ήθελα πολύ να ακούσω πώς θα πάει και θα χαρώ να βοηθήσω σε τυχόν ερωτήσεις που προκύπτουν στην πορεία. Καλή τύχη!