Projekty

Custom Homemade MIDI organ

Pred tým, než začnem by sa patrilo predstaviť program, bez ktorého by toto nebolo možné. Jedná sa o program Hauptwerk. Je to pokrokový softvér virtualizujúci píšťalové orgány zo zvukových stôp. Patrí sa ale spomenúť aj voľne šíriteľnú alternatívu Grand Orgue. Hranie na nich je možné pomocou midi konzol. Veľká vďaka ľudom, ktorí niečo podobné tiež spravili a publikovali na internet, vďaka čomu sa ostatní môžu inšpirovať. Preto robím teraz ja to isté.

Všetko sa to začalo myšlienkou kúpiť si nejaké lacné midi organové pedále, pre domáce cvičenie. Keď som na internete narazil na voľne šíriteľné zvukové vzorky organov od Piotra Grabowskeho, okamžite ma to motivovalo pátrať po nejakých lacných pedáloch, aby som si vedel spolu s MIDI klávesami plnohodnotne zahrať. Nožné pedále ale nebolo také jednoduché zohnať ako by sa mohlo zdať. Na slovenských e-shopoch je zopár produktov, ale za horibilné ceny. Jednou z alternatív by mohlo byť kúpiť si drevenú konštrukciu pedálov z nejakého vyradeného nástroja a elektroniku (MIDI rozhranie) si vyrobiť svojpomocne. No pre domáce použitie bolo každé z riešení dosť drahé. Po dlhšom pátraní na internete sa mi podarilo naraziť na poľského predajcu resp. výrobcu organových MIDI konzol Muz-or a z jeho ponuky si bolo čo vybrať za rozumnú cenu a kvalitu.

Január 2018

Už pri prvom spustení programu Hauptwerk a načítaní predvoleného organu vyvolá v človeku hrajúcom naň pocit z hry takmer ako na skutočnom nástroji. Je pravda, že priblíženie sa k čo najrealistickejšiemu zvuku sa podpisuje na nutnosti mať k dispozícií kvalitné ozvučenie, ale na domáce hranie je kvalita dostačujúca. Na komunikáciu s Hauptwerkom som používal bežné klávesy s podporou rozhrania MIDI. Ostávalo už len objednať pedále. Tie som si objednal a osobne vyzdvihol už z vyššie uvedeného e-shopu. Pedále sú napájané klasickým 12 DC adaptérom a obsahujú MIDI port (DIN 5 konektor) na komunikáciu s počítačom.

Máj 2018

Na hru s pedálnicou a keyboardom som používal provizórny stolík a stoličku. Prvotný dojem z hry: veľká spokojnosť, ale časom potreba spraviť z toho niečo viac. V tom čase ma najviac inšpiroval organista z Lendaku, ktorý už mal svojpomocne vyrobený troj-manuál. Na internete možno nájsť kopec organových zostáv, či už vyrobené špecializovanými firmami, alebo len tak po domácky vyrobené. Stačí mať dobrý nápad a trochu zručnosti v stolárčine. Tak som sa teda rozhodol v spolupráci so svojím bratom stolárom spraviť nejakú vlastnú napodobeninu dvoj-manuálového organu a začal som pomaly zháňať všetko potrebné. Ako náhradu za 2 manuály som si objednal z muzikeru MIDI klávesy Acorn Masterkey-61. Ponor kláves na klávesoch je na môj vkus príliš hlboký a pri plnom stlačení príliš pružný, ale bude sa to dať dodatočne regulovať vložením do pripravenej drevenej konštrukcie.

Jún 2018

Kúpa externej zvukovej karty nakoľko som sa rozhodol kúpiť si aj nejaké kvalitné slúchadla. Predsa len, kto vydrží počúvať cvičenie na organe pri kombinácií registrov od 16′ po nejakú štvor-radovú mixtúru (sestra ma hneď vedľa izbu). Rozdiel zvuku bolo hneď počuť a rozhodne to bola dobrá voľba.

Júl 2018

Aby som docielil plnohodnotne ovládateľný organ bez použitia periférií počítača (monitor, myš, klávesnicu), bolo nutné vymyslieť systém, akým sa bude dať ovládať spúšťanie registrov, kombinácie registrov, swell pedál, crescendo pedál atď.. Hauptwerk, ale aj iné alternatívy, vedia prijímať MIDI správy pre ich ovládanie. Jedna z možností (a toto je aj najčastejšie aplikované v rôznych zostavách, ktoré som na internete našiel) je inštalácia dotykových monitorov alebo tabletov, na bočné strany. Je to dobré riešenie, pretože pri načítaní rôznych organov netreba nič robiť, na displeji sú registre rozmiestnené podľa konkrétneho nastavenia. Ja som sa však rozhodol spraviť tlačidlá na báze mechanicko-elektronického zopnutia (z aliexpressu bolo naozaj z čoho vybrať za lacný peniaz). Princíp bude fungovať nasledovne: stlačím tlačidlo, ktoré odošle MIDI správu a v Hauptwerku sa zopne register. Po zopnutí registra Hauptwerk odošle spätne MIDI správu konkrétnemu tlačidlu, aby sa rozsvietilo.

September 2018

Akosi sa to už začalo všetko kopiť a papierová forma na plánovanie konštrukcie nestačila. Začal som svoj nápad vizualizovať v grafickom programe Sketchup (poznámka: pamätám si, keď bol tento softvér voľne šíriteľný. Škoda, že teraz tomu tak už nie je). Vzhľadom na svoju jednoduchosť je pre takéto účely geniálny. Zjednodušilo sa tým prepočítavanie rozmerov jednotlivých dielcoch a na kopec nápadov som prišiel počas modelovania projektu. Rozmery stoličky a hracieho stola (výška, vzdialenosť, atď.) som sa snažil zachovať podľa ergonomických štandardov pre osobu sediacu za organom, aj keď niektoré rozmery som si dovolil mierne prispôsobiť podľa svojich potrieb (v mojom prípade to sú dlhé nohy).

Október 2018

Keď som si už bol istý všetkými rozmermi, vytvoril som objednávku na porez drevotriesky v Centroglobe v Kežmarku.

Medzičasom na facebookovej fun page organistov niekto zverejnil ponuku na organové topánky českého výrobcu ArtThon. Nikdy som s takýmito topánkami nehral a nevedel som aký majú význam. No počas hrania na bežných topánkach som pociťoval potrebu mať väčší opätok pre techniku hry “päta špička”. Rozhodol som sa ich objednať. Najprv som si musel na ne zvyknúť, ale teraz sa mi už hrá perfektne. Dúfam, že mi už noha nepodrastie. 🙂

December 2018

Aby som už jednotlivé dielce mohol poskladať, musel som počkať na svojho brata, ktorý toho času pracoval v zahraničí. Využil som tento čas na vývoj hardvéru pre tlačidlá. Ťažko povedať ako to nazvať možno niečo v zmysle “Midi in/out controller modul“. To znamená, že modul slúži ako premostenie MIDI správ medzi počítačom (Hauptwerkom) a hracím stolom. Bola to asi najnáročnejšia časť z celej zostavy (spájkovanie, programovanie, testovanie). Keďže sa jedná o obojsmernú sériovú komunikáciu, modul je s počítačom prepojené dvomi DIN5 konektormi. Mozog tejto celej zostavy je Arduino micro spolu s 700 riadkami zdrojového kódu. Arduino samo o sebe (aj verzia MEGA) nemá toľko veľa digitálnych výstupov, aby sa to dalo použiť na požadovaný počet tlačidiel. Riešenie problému boli posuvné registre. Každým posuvným registrom sa dá ovládať 8 samostatných vstupov (CD4021BE), resp. výstupov (74HC595).
V konečnom dôsledku to bude fungovať tak, že Arduino načúva čo sa bude diať. Ak stlačím nejaké tlačidlo z hracieho stola, tak odošle do počítača MIDI správu korešpondujúcu s týmto tlačidlom a zopne sa napríklad konkrétny register. Po zopnutí, Hauptwerk pošle naspäť informáciu (MIDI správu noteOn/noteOff) o zopnutí registra, Arduino to vyhodnotí a rozsvieti konkrétne tlačidlo na hracom stole. Každý 16-pin konektor bude vedieť obsluhovať 7 tlačidiel (7 pinov pre vstupnú komunikáciu, 7 pre výstupnú a 2 pre GND). Doska bude indikovať aj polohu crescendo pedála pomocou 11 LED na hracom stole. Pre podrobnejší opis by bolo nutné na túto časť vytvoriť samostatnú kapitolu. Pre bližšie info (schémy, zdrojový kód) môžete zanechať komentár pod článkom.

Použité súčiastky:
1x Arduino micro
1x 6N137 optočlen pre obvod MIDI out
1x 1N916 dióda
12x 74HC595N – posuvný register (rozosvietenie tlačidiel)
12x CD4021BE – posuvný register (stlačenie tlačidiel)
96x rezistor 220 Ω
96x registor 10 KΩ
24x pätice na osadenie posuvných registrov
15x 16-pin port

Január 2019

Začiatok roka priniesol viac voľného času, tak sa konečne začalo skladať. Crescendo a Swell pedále som umiestnil na obyčajné panty. Želiezka v otáčavej časti pantu k sebe silne priliehajú, čo umožňuje pedálu držať si svoju polohu. Samotný mechanizmus funguje na princípe posielania MIDI správ (CC – control change 0-127) modulačným kolieskom (demontovaného z klávesov), ktorý sa kĺbom opiera o pedál. Ak pedál zmení polohu, koliesko sa vďaka tomu otočí. Je to vlastne 10K potenciometer.

Ďalším krokom bolo skladanie skrinky registrov. Miery boli vyhotovené, stačilo len vyvŕtať diery na správne miesto, osadiť tlačidlá a poskladať skrinku dokopy. Keď bolo všetko hotové, otestoval som pripojenie skrinky s Hauptwerkom a trochu ma prekvapila svietivosť. Pri výbere veľkosti rezistorov som sa rozhodoval subjektívne, pri jednom zasvietenom tlačidle. No neuvedomil som si, že pri viacerých sa intenzita na svetle bude zväčšovať. Hádam to nebude pri hraní oslepujúce.

Názvy registrov a číslo stopy som si vyhotovil v Coreli, ktoré som vytlačil na lesklý a priesvitný lepiaci papier. Pri výbere dispozície registrov som sa inšpiroval podľa voľne šíriteľných vzoriek organu v Rakúskom meste Friesach vybudovaný firmou EISENBARTH a pridal som ešte niektoré známejšie registre. Ich názvy som sa v dispozícií snažil čo najviac zovšeobecniť, aby korešpondovali aj s registrami iných organov. V databáze organových registrov je ich veľa, tak som si názvy vyberal podľa chuti a v rôznych jazykoch. Absenciu tretieho manuálu bude možné vynahradiť spojkami (III/I, III/II).

Sedacia časť na organovú stoličku je vyrobená z masívu (dub), na ktorom je použitá miešaná farba a lak. Zvyšok konštrukcie je tvorený drevotrieskou. Stolička umožňuje meniť svoju polohu do výšky maximálne 4 cm, podložením drevených doštičiek medzi sediacu časť a konštrukciu. Rozmery stola sú prispôsobené tak, aby pedále pod ním priamo zapadli, a počas hry sa nevychyľovali z miesta. Nožnými tlačidlami (<- ->) je možné prepínať sa medzi kombináciami (0-9), aktivovať spojky (I/Ped, II/Ped, atď.) a spúšťať niektoré vybrané pedálové registre. Pod manuálmi sa budú nachádzať spomínané kombinácie, tremolo spúšťač, spojky manuálov (I/II, I/III atď.), tlačidlo CANCEL a tlačidlo SET, aby sa aj bez nutnosti použiť monitor a myš dali nastaviť ľubovoľné kombinácie.

Issues: Všetky tlačidla boli hotové a bolo možné ich otestovať. Vyskytlo sa aj niekoľko drobných hardvérových problémov s prerážajúcimi, studenými spojmi a pod., ktoré bolo ťažké nájsť, ale našťastie ľahké vyriešiť. Ďalší problém nastal pri zopnutí veľkého počtu registrov. Jednalo sa o softvérový problém s vyrovnávacou pamäťou. Arduino-micro ich nestíhalo spracovávať, pretože štandardne používa 64 B vyrovnávacej pamäte. Riešením bolo navýšiť ju na 256 B v knižniciach.

Február 2019

Miery midi-kláves sa museli mierne “upraviť”. To znamená, že každú oktávu kláves spolu s elektronikou bolo nutné dočasne vymontovať a telo midi-kláves vyrezať tak, aby zapadli do drevenej konštrukcie podľa plánov. Vzdialenosť manuálov je dodržaná podľa štandardizovaného rozsahu. Dával som si na to dobrý pozor, pretože mám skúsenosť na iných organoch, že ich vzdialenosť bola príliš malá a pri hraní som búchal prstami o vrchný manuál. Nad manuálmi sa nachádza panel pre zapnutie/vypnutie jednotlivých častí organa (manuál I/II, pedál, registre), displej s tlačidlami pre obsluhovanie manuálov (zdvih oktávy, zdvih transpozície, zmena midi-channel, atď.) a 11 LED diód indikujúce polohu crescendo pedála. Celý hrací stôl zastrešuje stojan na noty, na ktorý sa dajú položiť 4 listy vedľa seba.

Ako to väčšinou býva, dokončovacie práce sú najprácnejšie a trvajú najdlhšie. Aj keď sa jednalo už len o poskladanie komponentov dokopy, stále sa našlo nejaké prekvapenie, s ktorým človek počas návrhu nerátal. Na záver ostávalo už len vyvŕtanie dier pre komunikačné konektory, napájacie konektory a nejak kultúrne uložiť prepojovacie káble. Organ je pripojený k počítačovej zostave s procesorom Intel Core i5 – 7600K, operačnou pamäťou 16GB 2400 MHz a pevným diskom SSD NVMe 250 GB. 16 GB operačnej pamäte sa môže zdať ako dostatočný priestor, no Hauptwerk si pri načítaní organu všetky vzorky ukladá do pamäte a pri načítaní väčších organov môže vzniknúť problém s nedostatkom (nehovoriac o tom, že časť pamäte musí byť vyhradená aj pre samotný operačný systém a aplikácie bežiace na pozadí). Ak si časom kúpim platené sample sety (tie majú aj niekoľko desiatok GB), budem musieť zvážiť upgrade.

Záver: 11.02.2019

Zadnú stranu organu sme chceli pôvodne zakryť sololitom. Nápad prekryť to celé jedným dielcom prišiel, keď sme zistili, koľko odpadu sa z objednávky zvýšilo. Ušetrili sme si tak čas vyrezávaním sololitu do jednotlivých častí (skrinky, stôl) a tiež to pridalo na estetike. Týmto dňom boli práce na výstavbe dokončené a organ dostal finálnu podobu.

Vďaka ľuďom, ktorí pomáhali pri zostrojovaní, alebo sa akýmkoľvek spôsobom pričinili: Rastislav Hudaček, Tomáš Hudaček
Lukáš Hrebeňár, Pavol Smoleň
Martin Vojtaššák