Arduino Control Voltage: CVBoard

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CVBoard è una scheda progettata per generare due segnali Control Voltage (CV) mediante Arduino. Questo nuovo prototipo è rivolto agli appassionati di synth analogici e di moduli EuroRack.

CVBoard è una scheda di espansione dotata di due prese jack da 3.5mm da cui è possibile prelevare il segnale CV,  pilotato da due uscite di Arduino che supportano la Pulse Width Modulation (PWM), e connetterlo direttamente agli ingressi di synth analogici e di moduli EuroRack. Questo prototipo nasce per realizzare un “vecchio sogno”: controllare l’oscillatore del nostro Moogerfooger MF102 Ring Modulator. La scheda, infatti, produce due segnali variabili tra 0 e 5V, così come richiede lo standard Moog.

Le immagini mostrano le prove che abbiamo realizzato con il primo prototipo realizzato a mano utilizzando una scheda millefori. Per cominciare abbiamo cercato di controllare la frequenza dell’oscillatore e la velocità del LFO del nostro Moogerfooger.

In questo video presentiamo una prima dimostrazione delle sue possibilità di utilizzo.

Da questo primo prototipo abbiamo derivato il kit DIY per realizzare CVBoard.

L’idea di CVBoard

La prima vaga idea di utilizzare la PWM per generare dei segnali Control voltage risale all’incirca all’autunno del 2011. Ha preso origine da una discussione trovata su un forum online in cui si esaminava la possibilità di generare segnali Control Voltage usando Arduino attraverso l’utilizzo delle porte digitali che supportano la modulazione di larghezza d’impulso (PWM). L’entusiasmo e la curiosità di riuscire a pilotare dall’esterno, magari anche via software, il pedale Moog aprirono le porte del mondo di Arduino attraverso l’acquisto di uno starter kit. Da quella data i progetti realizzati con Arduino si susseguirono rapidamente diventando sempre più complessi e articolati, ma l’idea iniziale di generare segnali Control Voltage per pilotare il pedale Moog rimase per lungo tempo in sospeso.

Primo tentativo

Nella primavera del 2016 la curiosità ritornò a essere forte e il progetto fu ripreso. I primi esperimenti furono davvero molto incoraggianti, ma dall’ascolto sembrava che i risultati fossero tutti da verificare. Era, infatti, sempre presenta una notevole componente di rumore sommata al suono dell’oscillatore Moog. Dalle prime prove emerse un grande incoraggiamento e la consapevolezza che però qualcosa ancora non funzionava per il meglio. Alla fine, per le difficoltà tecniche e le limitate conoscenze di allora il progetto fu nuovamente abbandonato per qualche tempo.

La sensazione era che la strada fosse giusta, ma per ottenere dei buoni risultati il trucco non era così semplice da realizzare così come era stato descritto in quella discussione letta nel forum tanti anni prima. I primi esperimenti hanno, dunque, dimostrato che è possibile generare un segnale Control Voltage utile per controllare il pedale Moog. Purtroppo, però, per ottenere dei buoni risultati (soprattutto per l’orecchio), il segnale PWM deve essere filtrato e quindi è necessario progettare un apposito circuito elettronico da porre tra Arduino e lo strumento musicale che si vuole controllare.

Sviluppo dell’idea

Nell’autunno del 2017, Artis Lab  si è dotato di un oscilloscopio e, finalmente, si è cominciato a vedere e misurare i segnali. Con questo importante strumento di analisi è stato possibile indagare in dettaglio il funzionamento del primo prototipo visualizzando ciò che era stato soltanto ascoltato l’anno precedente. Il primo prototipo realizzava già un filtro passa basso necessario per ridurre l’ampiezza del rumore introdotto dalla frequenza portante della PWM. Per fare ciò era stato realizzato un filtro attivo basato sull’utilizzo di un amplificatore operazionale (op-amp). Grazie all’oscilloscopio e alla crescita di conoscenze sulla progettazione di circuiti basati su op-amp è stato possibile realizzare un circuito che realizza un filtro attivo del quarto ordine che riesce a generare un segnale variabile in tensione nell’intervallo tra 0 e 5V con un basso contenuto di rumore.

Il prototipo di CVBoard

L’immagine di seguito mostra in dettaglio il primo prototipo realizzato a mano utilizzando una scheda millefori nella primavera del 2018. I due cavi rosso e nero sulla sinistra sono i due ingressi del segnale da collegare alle porte digitali di Arduino che supportano la pulse width modulation; il cavo nero in basso è da connettere alla porta GND di Arduino; mentre il connettore bipolare bianco in basso a destra serve per l’alimentazione del circuito, compresa tra 9V e 18V. Il terminale in basso nell’immagine deve essere collegato al polo positivo, mentre quello in alto alla massa dell’alimentatore.

CVBoard è nato con l’intento di controllare il pedale della Moog, ma come descritto nelle specifiche tecniche del sistema A-100 di Doepfer è anche compatibile con lo standard adottato dai sintetizzatori modulari EuroRack. Infatti, nei sistemi modulari i segnali Control Voltage Trigger, Gate e i segnali di clock sono tutti definiti nell’intervallo 0/+5V e, quindi, sono assolutamente compatibili con il segnale prodotto da CVBoard. Mentre, i segnali LFO sono definiti nell’intervallo -2,5V/2,5V (5Vpp) e dunque CVBoard necessita ancora di un piccolo adattamento (un condensatore e un interruttore in più dovrebbero bastare) per generare segnali LFO compatibili con lo standard utilizzato nei modulari.

Applicazioni

Le possibilità di utilizzo di CVBoard sono differenti e tutte ancora da sperimentare. Si ha intenzione di usare questa scheda per pilotare dispositivi hardware attraverso un computer connesso ad Arduino. In tal modo Arduino può diventare un’interfaccia che consente di comunicare, attraverso il Control Voltage, tra il computer e il mondo degli strumenti hardware capaci di rispondere a questa tipologia di segnale analogico. Ritorna, quindi, interessante un approccio di controllo digitale di dispositivi “analogici” già ampiamente percorso e sperimentato negli anni ’60 e ’70 nelle prime fasi di avvio della ricerca sulla Computer Music.

Una seconda possibilità risiede nel programmare Arduino per eseguire programmi di composizione algoritmica e dunque operare senza computer per realizzare dei sequencer o degli strumenti di generazione di segnali control voltage realizzati attraverso precise ipotesi compositive. Infine, è molto affascinante anche la possibilità di sperimentare l’utilizzo e l’integrazione di sensori e sistemi tipici del Physical Computing nel campo dei sintetizzatori modulari.

Questo video mostra un primo test che abbiamo realizzato per controllare un synth modulare utilizzando un sensore di distanza ad ultrasuoni collegato ad Arduino. CVBoard e Arduino permettono di trasformare la distanza misurata dal sensore in un segnale capace di modificare il suono prodotto dal synth modulare.

Per curiosità, pareri e suggerimenti non esitare a contattarci.

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