概要

次のHAGIWO作品を作ることにした。2OSC VCO は前に作った Triple VCO の並びで揃えるため、SYNC LFO はシンセ用ソフト作りの勉強のためだ。

2OSC VCO はMozzi を使っている。自分では単音なら鳴らせても、VCO はとても手が出ない。したがって、フルコピーだ。

SYNC LFO はハード構成がマイコンと入出力のみというシンプルな構成なので、ソフトに注目できることも作りたくなった理由である。

• No.18 2OSC VCO：Mozziを使ったノコギリ波、方形波、三角波、サイン波、ノイズ 2オシレータ。
• No.12 Clock SYNC LFO：Fast PWMを使って疑似的にDA変換によってLFO波形を作る。

マイコンには素のAtmega328Pを使う。Nano に比べてアナログポートが2つ少なく6ポートだが、上記2作例では、それぞれ5ポートと4ポート使いなので問題ない。素のAtmega328P に16MHz のクリスタル発振器を外付けすれば、Arduino Uno と同等になる。

本文

モジュラーシンセを自作するにあたって、どんな機能が必要で、その仕様をどうすべきかということが全く分からない。まして、音楽面の知識も経験もないので、電気信号と音の関係は皆無である。

そういったことから、ハードもソフトもHAGIWOサイト情報の丸写しなので、ここで特記することはない。基板に組む前にブレッドボードに組んでソフトを走らせて、波形を見たり音を聴いたりするくらいのことしかやっていない。場合によっては、そのときプラスαを盛り込むこともあるが、今回はそういったこともない。

パネルサイズを4HPで作ったことしかオリジナルなものはない。
いつも通りFusion360でパネルや部品/基板レイアウト設計を行った。

2OSC VCO

スケッチから読み取れる２OSC VCOの内容

このコードは、Mozziライブラリを使用して、さまざまな波形を生成するArduinoプログラムです。複数のオシレーターを使用し、外部入力とアナログ読み取りに基づいて音声出力を生成します。以下に、このコードのインターフェースと動作を説明します。

インターフェース

• ピン定義

  • デジタルピン:
    • 2, 3: OCTスイッチ入力用ピン
  • アナログピン:
    • A0: OSC1の基本周波数設定
    • A1: OSC2の基本周波数設定
    • A3: 波形選択用ノブ
    • A4: 出力ゲイン設定用ノブ
    • A5: V/OCT入力

• オシレーター

  • 鋸波（SAW）、矩形波（SQUARE）、三角波（TRIANGLE）、正弦波（SIN）、ホワイトノイズ（NOISE）の各オシレーターを定義

• 変数

  • freq1, freq2: OSC1およびOSC2の基本周波数
  • voct: 外部V/OCT入力値
  • freqv1, freqv2: V/OCT適用後のOSC1およびOSC2の周波数
  • octsw: オクターブスイッチの状態（-1オクターブ、0オクターブ、+1オクターブ）
  • wave_knob: 波形選択用ノブのアナログ値
  • wave: 波形モード（0: SAW, 1: SQUARE, 2: TRIANGLE, 3: SIN, 4: NOISE）
  • gain: 出力ゲイン
  • voctpow: V/OCTの指数テーブル
  • gain_table: ゲインテーブル

動作

1. セットアップ

   • ピンモードを設定し、Mozziの初期化を行う

2. コントロール更新 (updateControl)

   • 波形選択ノブの値に基づいて波形モードを設定
   • 出力ゲイン設定ノブの値に基づいてゲインを設定
   • OCTスイッチの状態に基づいてオクターブスイッチを設定
   • OSC1およびOSC2の基本周波数を設定
   • V/OCT入力を読み取り、適用
   • 選択された波形モードに基づいてOSC1およびOSC2の周波数を設定

3. オーディオ更新 (updateAudio)

   • 現在の波形モードに基づいて、OSC1およびOSC2の音声出力を合成し、ゲインテーブルを適用して出力

4. メインループ (loop)

   • Mozziのオーディオフックを呼び出してオーディオを更新

各関数の説明

• setup()

  • Arduinoの初期設定を行い、Mozziのオーディオ出力を開始する

• updateControl()

  • 波形選択、ゲイン設定、オクターブスイッチの状態、OSCの周波数設定、V/OCTの適用を行う

• updateAudio()

  • 選択された波形モードに基づいてOSC1およびOSC2の音声出力を合成し、ゲインテーブルを適用して出力する

• loop()

  • Mozziのオーディオフックを呼び出してオーディオを更新する

このコードは、Mozziライブラリを使用して、OSC1およびOSC2の周波数と波形を制御し、指定された設定に基づいてオーディオ出力を生成します。ユーザーはアナログ入力を使用して、波形モード、ゲイン、オクターブスイッチ、および周波数を調整できます。

ハード構成

SYNC LFO

このコードは、FlexiTimer2ライブラリを使用してPWM信号を生成し、外部クロック入力を監視しながら様々な波形を出力します。

インターフェース

• ピン定義

  • PWMPin (10): PWM出力ピン
  • CheckPin (13, PIN_CHECKが1の場合): デバッグ用の出力ピン
  • アナログ入力ピン
    • A0: 振幅設定用
    • A1: 内部クロック/フェーズ設定用
    • A3: 波形モード設定用
    • A5: モジュレーション設定用

• 変数

  • duty: PWMのデューティ比（0.0～1.0）
  • count: 波形テーブルのカウント
  • wave: 波形モード選択
  • set_freq: 周波数設定
  • freq_max: 最大周波数
  • amp: 振幅
  • amp_rate: 振幅比率
  • phase: 位相
  • mod: モジュレーションモード
  • ext_injudge: 外部クロック使用判定
  • ext_pulse: 外部クロック入力
  • old_ext_pulse: 前回の外部クロック入力
  • ext_count, ext_count_result, old_ext_count_result: 外部クロックカウント
  • ext_period: 外部クロック周期
  • reset_count: リセットカウント

動作

1. セットアップ

   • PWM出力ピンと入力ピンのモードを設定
   • タイマー2を50µsごとに割り込みをかけるように設定
   • PWMの10ビット高速モードを設定

2. メインループ

   • 外部クロック入力を監視し、前回の状態と比較
   • 各種設定関数を呼び出して波形、フェーズ、モジュレーション、振幅、外部入力の判定、クロック設定を行う
   • PWMの設定を更新

3. 割り込み処理

   • 50µsごとに呼び出される
   • 外部クロックカウントをインクリメント
   • 周波数設定カウントをインクリメント
   • チェックピンのトグル（PIN_CHECKが1の場合）
   • 周波数設定カウントが最大周波数を超えた場合、カウントをリセットし、波形テーブルからデューティ比を取得してPWMを更新

各関数の説明

• selectWaveMode()

  • A3ピンのアナログ値に基づいて波形モードを選択

• setPhaseAndClock()

  • 内部クロック使用時と外部クロック使用時でフェーズと最大周波数を設定

• selectModulation()

  • A5ピンのアナログ値に基づいてモジュレーションモードを選択し、対応する波形テーブルを使用してフェーズを更新

• setAmplitude()

  • A0ピンのアナログ値に基づいて振幅を設定

• judgeExternalInput()

  • 外部クロック信号が8秒間無い場合は内部クロックを使用するように設定

• setClock()

  • 外部クロック信号が変化した場合、クロックカウントをリセットし、周期を計算して最大周波数を設定

• timer_count()

  • 50µsごとに呼び出され、外部クロックカウントと周波数設定カウントをインクリメント
  • 周波数設定カウントが最大周波数を超えた場合、カウントをリセットし、波形テーブルからデューティ比を取得してPWMを更新

PWMが8bitで出力しているようなので、10bit出力に変更してみた。

  // PWM設定
OCR1A = 1023; // 10-bit max value
OCR1B = (unsigned int)(1023 * duty * amp_rate);

ハード構成

実験波形

サイン波形とRamdam波形を出してみた事例。

まとめ