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Music Monday – eDrum Trigger Pad to MIDI mit Arduino und Roland PD-8

Heute geht es darum ein eDrum Trigger Pad (das Roland PD-8) MIDI-fähig zu machen. Ich will für ein Projekt, von dem es bald mehr geben wird, einen einfachen und intuitiven Weg um on-the-fly Drumsounds in Cubase einzuspielen. Was kommt da besser als ein Drumpad mit einem Drumstick zu bearbeiten? Das Pad selbst hab ich mir vom Drummer meiner Band http://www.monkeyfly.de/ ausgeliehen. Im Netz ein wenig gesucht und diverse Anleitungen zum kompletten Eigenbau gefunden (wie auch im Artikel der aktuellen make gesehen, mehr dazu aber bei Andy direkt unter http://doktor-andy.de/wordpress//?s=drum).

Die Funktionsweise des Roland PD-8 ist prinzipiell genauso, also ein Piezo, der angeschlagen eine Spannung abgibt. Das lässt sich genauso mit dem Arduino auslesen und dann per MIDI weitergeben.

Da das auch mein erster MIDI Gehversuch mit dem Arduino ist, hab ich mir erstmal die grundlegende Funktionsweise von seriellem MIDI (ich hatte keine Lust und keine Teile mir ein richtiges MIDI-Gerät zu bauen, ist ja erstmal nur zum Testen). Dazu braucht es eigentlich nur einen Arduino, der per USB angeschlossen wird, hairless MIDI (Seriell zu MIDI Konverter) und ein virtuelles MIDI Device, für Windows ist hier wohl loopMIDI die beste Wahl.

Nach der Installation von loopMIDI einfach mit dem + einen Port hinzufügen.

hairless MIDI muss nichtmal installiert werden, sondern nur gestartet. Als seriellen Port wählt man dann einfach seinen Arduino aus (COM-Port bekommt man aus der Arduino IDE) und wählt im MIDI In/Out den loopMIDI Port aus. Unter Help -> Preferences wählt man noch die Baud-Rate aus, die man im Arduino Programm hinterlegt hat. Ich habe erstmal 9600 genommen.

Einstellungen in hairless MIDI

Wie man dann den Arduino dazu bringt MIDI-fähigen Output auszugeben steht sehr schön auf http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/ beschrieben. Dort in Schritt 5 ist auch der Weg über hairless beschrieben. Das Programm aus Schritt ist sehr schön um das Setup zu testen. Es gibt einfach nacheinander in einer Schleife einige MIDI-Noten aus. Beachtet aber die Baud-Rate dort auf die MIDI-Rate (31250) eingestelt ist. Die muss mit der Rate in den Preferences von hairless übereinstimmen.

Die Noten sollte man dann im Debug Output von hairless sehen (vorher natürlich den Debug aktivieren).

Wenn das funktioniert kann man sich daran machen das Drum-Pad anzuschließen und auszulesen. Das ist eigentlich ganz einfach und wie immer hat auch sparkfun da ein Tutorial für die Grundlagen bereit: https://www.sparkfun.com/tutorials/330

Im Grunde schließt man das Pad einfach an GND und A0 des Arduino an. Dazwischen kommt noch ein 1 MOhm Widerstand und gut ist:

TriggerToMIDI
Anschlussdiagramm (R1 = 1 MOhm)

Das Roland PD-8 hat die Besodnerheit, dass es ein Dual Trigger ist. Das heißt, das Pad und das Rim haben einen eigenen Trigger. Deswegen sollte man ein Klinkenkabel mit TRS Anschluss (Tip-Ring-Sleeve oder einfach Stereo-Klinke) benutzen. Ich schließe aber nur das Hauptpad (Tip) an. Ich habe auch mit beidem experimentiert, aber der Rim-Trigger liefert bei mir nur sehr kleine Ausschläge und das Übersprechen des Hauptpads ist recht groß. Lässt sich sicher auch noch Software-seitig irgendwie lösen.

Wenn die Software von Sparkfun zum seriellen Auslesen funktioniert, kann man sich daran machen alles zu verbinden. Ich habe als Ausgangsbasis den Code von https://beammyselfintothefuture.wordpress.com/2015/01/28/sensing-hit-velocity-and-quick-subsequent-hits-of-a-piezo-with-an-arduino-teensy/ genutzt. Dort habe ich statt der Ausgabe für den Teensy einfach die Ausgabe aus dem MIDI Beispiel genutzt.

Hier gibt es den Source Code:

/*
 * Source www.boriswerner.eu 2017
 * Merged from https://beammyselfintothefuture.wordpress.com/2015/01/28/sensing-hit-velocity-and-quick-subsequent-hits-of-a-piezo-with-an-arduino-teensy/
 * and 
 * MIDI On/Off Messages
 * By Amanda Ghassaei
 * July 2012
 * https://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/
 * 
 * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 * it under the terms of the GNU General Public License as published by
 * the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
 * (at your option) any later version.
 * 
 */
#define triggerThreshold 10 // If this is set too low, hits on other pads will trigger a "hit" on this pad
#define initialHitReadDuration 500 // In microseconds. Shorter times will mean less latency, but less accuracy. 500 microseconds is nothing, anyway
#define midiVelocityScaleDownAmount 2 // Number of halvings that will be applied to MIDI velocity
#define inputPin A0
 
// Getting the ideal balance of these two constants will ensure that fast subsequent hits are perceived accurately, but false hits are not generated
#define subsequentHitThreshold 1.7
#define subsequentHitThresholdDecaySpeed 14
 
uint16_t highestYet;
uint32_t startReadingTime;
uint32_t highestValueTime;
boolean hitOccurredRecently = false;
 
int noteON = 144;//144 = 10010000 in binary, note on command
int noteOFF = 128;//128 = 10000000 in binary, note off command
int midiNote = 69;//MIDI Note A3

void setup() {
  Serial.begin(9600); //Set Baud Rate to 31250 for MIDI or other rate to use with serial-MIDI-converter
}
 
void loop() {
 
  // Assume the normal hit-threshold
  uint16_t thresholdNow = triggerThreshold;
 
  // But, if a hit occurred very recently, we need to set a higher threshold for triggering another hit, otherwise the dissipating vibrations
  // of the previous hit would trigger another one now
  if (hitOccurredRecently) {
 
      // Work out how high a reading we'd need to see right now in order to conclude that another hit has occurred
      uint16_t currentDynamicThreshold = (highestYet >> ((micros() - highestValueTime) >> subsequentHitThresholdDecaySpeed)) * subsequentHitThreshold;
 
      // If that calculated threshold is now as low as the regular threshold, we can go back to just waiting for a regular, isolated hit
      if (currentDynamicThreshold <= triggerThreshold) hitOccurredRecently = false; // Otherwise, do use this higher threshold else thresholdNow = currentDynamicThreshold; } // Read the piezo uint16_t value = analogRead(inputPin); // If we've breached the threshold, it means we've got a hit! if (value >= thresholdNow) {
    startReadingTime = micros();
    highestYet = 0;
 
    // For the next few milliseconds, look out for the highest "spike" in the reading from the piezo. Its height is representative of the hit's velocity
    do {
      if (value > highestYet) {
        highestYet = value;
        highestValueTime = micros();
      }
      value = analogRead(inputPin);
    } while (timeGreaterOrEqual(startReadingTime + initialHitReadDuration, micros()));
 
    // Send the MIDI note
    //usbMIDI.sendNoteOn(0, (highestYet >> midiVelocityScaleDownAmount) + 1, 1); // We add 1 onto the velocity so that the result is never 0, which would mean the same as a note-off
    MIDImessage(noteON, midiNote, (highestYet >> midiVelocityScaleDownAmount) + 1);//turn note on
    //Serial.println(highestYet); // Send the unscaled velocity value to the serial monitor too, for debugging / fine-tuning
    hitOccurredRecently = true;
  }
}
 
// Compares times without being prone to problems when the micros() counter overflows, every ~70 mins
boolean timeGreaterOrEqual(uint32_t lhs, uint32_t rhs) {
  return (((lhs - rhs) & 2147483648) == 0);
}

void MIDImessage(int command, int MIDInote, int MIDIvelocity) {
  Serial.write(command);//send note on or note off command 
  Serial.write(MIDInote);//send pitch data
  Serial.write(MIDIvelocity);//send velocity data
}

Nach dem Experiment auf dem Breadboard habe ich das Ganze direkt an der Klinkenbuchse zusammengelötet und gut ist.

Anschluss noch über das Breadboard
Und direkt an der Klinkenbuchse zusammengelötet

Hier noch ein kurzes Beispielvideo, dass die Steuerung von DrumMic’a in Cubase mit dem Triggerpad zeigt: