Muscle MIDI Müzik Yapın!: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Sinir sisteminizin bir hareket yapması gerektiğinde, kaslarınızı kontrol etmek için nöronlar aracılığıyla küçük elektrik sinyalleri gönderir. Elektromiyografi (EMG) tekniği, bu elektrik sinyallerini büyütmemize ve ölçmemize olanak tanır. EMG kayıtları, farklı nörolojik bozuklukların teşhisinde faydalı bir klinik araç olmasının yanı sıra, son zamanlarda protez cihazları kontrol etmek için de kullanılmaktadır.

EMG amplifikasyonu ve kayıt tekniklerine daha aşina olma umuduyla, daha sonra farklı bir cihaz için kontrol sinyali olarak kullanabileceğim bir EMG amplifikatörü oluşturmanın eğlenceli olacağını düşündüm. Protez bir kolu kontrol etmek yerine, ilgi alanlarımı müzikle birleştirmeye karar verdim ve bir MIDI cihazını kontrol etmek için EMG sinyallerini kullandım. MIDI, Müzik Aleti Dijital Arayüzü anlamına gelir ve müzik sinyallerini elektronik olarak göndermek ve almak için standart protokoldür.

Arkaplan bilgisi

Bu Eğitilebilirlik, bir devreyi devre dışı bırakmayı, birkaç kabloyu lehimlemeyi, bir Arduino'yu programlamayı ve bir MIDI cihazıyla arayüz oluşturmayı içerir. Bu gerekli geçmişe sahip değilseniz, aşağıdaki sınıflardan/Öğreticilerden bazılarına göz atmanızı tavsiye ederim:

devreler

Arduino

MİDİ

Güvenlik Notu

Bu proje kendini bir elektrik devresine bağlamayı içeriyor. Gerekli tüm güvenlik önlemlerini alın. Delsys'in bu makalesinde elektrik güvenliği ile ilgili bir bölümün yanı sıra genel olarak EMG tekniklerinin faydalı bir açıklaması bulunmaktadır. Devremizi iki adet 9V pilden kapatacağız; hiçbir noktada devreniz (özellikle de ona bağlı olduğunuzda) duvardan AC gücüne bağlanmamalıdır.

Adım 1: Projeye Genel Bakış ve Parça Listesi

Projemiz üç ana bileşenden oluşmaktadır:

1.) EMG amplifikatörü, 2.) Arduino ve 3.) MIDI cihazı.

1. EMG amplifikatörünü bir breadboard üzerine kuracağız. EMG amplifikatörünün arkasındaki bilime daha derinlemesine bir bakış ve kendinizinkini nasıl oluşturacağınıza dair daha ayrıntılı adımlar ile ilgileniyorsanız, EMG ses amplifikatörü Instructable'ı inceleyin.
2. Arduino'ya EMG amfisine güç veren aynı 9V pillerden güç sağlayacağız. Arduino ile yapılan çalışmaların çoğu yazılım tarafında olacaktır.
3. MIDI cihazım olarak Garageband çalıştıran bir iPhone kullandım. Arduino, standart bir MIDI kablosu üzerinden standart MIDI sinyalleri gönderir, bu nedenle herhangi bir MIDI cihazı iPhone yerine çalışmalıdır.

Parçalar

• (2x) LT1167 (enstrümantasyon amplifikatörü)
• (2x) LT1112 (veya herhangi bir çift op-amp çipi)
• (1x) LM386N (ses yükseltici)
• (5x) Yüzey EMG elektrotları (kas başına iki ve referans için bir) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (veya herhangi bir MIDI cihazı)

  MIDI - iPhone adaptör kablosu (iPhone kullanılıyorsa) (Amazon)

• Çeşitli dirençler, kapasitörler ve atlama telleri
• Ekmek tahtası (Amazon)
• (2x) 9V pil

Aletler

• Havya (Amazon)
• Tel striptizci
• Isıyla daralan makaron
• Elektrik bandı

2. Adım: EMG Amplifikatörünü Birleştirin

EMG amplifikatörünün nasıl oluşturulacağı hakkında daha kapsamlı bir eğitim için, EMG ses amplifikatörü Instructable'ı inceleyin.

İki EMG kanalını güçlendirebilen bir EMG yükselticisi yapacağız. Kanal başına bir LT1167 enstrümantasyon amfisi kullanacağız. LT1167 veri sayfası, bu adımda izleyeceğimiz bir "Sinir Impulse Amplifier" şemasını faydalı bir şekilde içerir.

Devreyi birleştirin

Breadboard üzerinde, yukarıda gösterilen sinir impulsu yükselticisinin iki kopyasını bir araya getirin. Birleştirilmiş devremin resimleri, sizi nihai hedefe doğru yönlendirmeye yardımcı olacaktır. Gürültüyü azaltmaya yardımcı olmak için amplifikatörlerimin her birinin çıkışına pasif 1. dereceden düşük geçişli filtreler ekledim. Bunları devrenize eklemek isterseniz, yaklaşık 2.000 Hz'lik bir kesme frekansı için 0.047 μF kapasitörlü 1 kΩ direnç kullandım.

Güç

Devreyi iki 9V pilden kapatacağız. LT1167 +V ve -V'ye ihtiyaç duyar (çünkü EMG kaynak sinyalinin hem pozitif hem de negatif değerleri vardır), bu nedenle +V pilindeki eksi pimi -V pilindeki artı pime bağlayacağız. -V pilindeki eksi pin -V değeri olur. İki 9V pil kullanırken, +V ve -V sırasıyla +9 ve -9 volta eşit olur.

ElektrotlarBir sonraki adım, elektrot yerleşimini daha ayrıntılı olarak ele alır. Referans elektrot, enstrümantasyon amplifikatörlerinden birinin pim 1'ine takılır ve kas elektrot çiftleri, enstrümantasyon amplifikatörlerindeki pim 2 ve 3'e takılır. Elektrotların +/- yönü önemli değildir.

Not: Devreniz çalışmıyorsa, muhtemelen yanlış bir şey yaptınız! Bir devrede hata bulmak için iyi bir teknik, devre tahtanıza gerçekten kurduğunuz devrenin şemasını çizmek ve bunu orijinal şema ile karşılaştırmaktır. Bu süreçte bir hata bulabilirsiniz (birçok kez yaptığım gibi).

Adım 3: Elektrotları Hazırlayın

Yukarıda bahsettiğim gibi, bu proje için toplam beş elektrota ihtiyacımız olacak. EMG kayıtları bir diferansiyel yükseltici ile gerçekleştirilir, yani kas üzerindeki iki referans noktası arasındaki farkı yükseltiyoruz. Bu, kas başına iki elektrota ihtiyacımız olacağı anlamına gelir. Ek olarak, ilgili olarak ölçülecek kas aktivitesi için tek bir referansa ihtiyacımız var. İşte Amazon'da satılan bazı yüzey EMG elektrotlarına bir bağlantı. Tam elektrot tipi, amaçlarımız için çok önemli değil.

Yukarıdaki resimde gösterdiğim gibi, her bir önkolun iç kenarına, kasın uzunluğuna paralel ve yaklaşık 2 cm arayla iki elektrot yerleştirin. Referans elektrodu, dirseğinizin kemikli kısmına, kaslardaki elektrotlardan uzağa yerleştirin.

Bükülmüş tel çiftleri

Ayrıca elektrot çiftlerinizdeki telleri yukarıda gösterildiği gibi bükmek isteyeceksiniz. Bükümlü tel çiftleri, devrenizin etrafındaki pisliği temizlemeye ek olarak, elektrotlar tarafından alınan elektriksel gürültünün azaltılmasına yardımcı olur. Tellerin konumunu ileri geri değiştirerek, herhangi bir harici elektromanyetik girişim (örneğin şebekeden 60 Hz) telleri eşit miktarda etkileyecektir. Diferansiyel amplifikatör daha sonra bu ortak gürültü sinyalini kaldıracaktır.

4. Adım: Ses Yükseltici (isteğe bağlı)

Ham EMG sinyalini (herhangi bir MIDI olmadan) dinlemekle ilgileniyorsanız, EMG devrenize bir ses yükseltici ekleyebilirsiniz. Yukarıda gösterilen devreyi monte etmek için bir LM386N ses yükseltici çipi ve gerekli dirençleri ve kapasitörleri kullanın. Yukarıdaki video, ham (yani devrede bazı filtreler var, ancak çoğunlukla ham) EMG sinyalinin neye benzediğini gösteriyor.

MIDI sinyallerini tetiklemek için bu adım gerekli olmasa da, denemenizi öneririm. EMG sinyalini dinlemek, sisteminizde sorun giderme ve hata ayıklama için çok yararlı bir teknik olabilir. Örneğin, şebeke gücünden 60 Hz'lik güçlü bir parazit varsa, sinyali Arduino'nuzla örneklerken algılayabileceğinizden çok daha kolay duyabileceksiniz.

Videomdaki ses biraz kesiliyor, ancak temiz bir EMG sinyalinin nasıl olması gerektiğine dair oldukça iyi bir örnek.

Adım 5: MIDI Bileşenlerini Hazırlayın

Arduino'dan MIDI cihazına MIDI sinyali göndermek için dişi MIDI jaklarından birini lehimlememiz gerekiyor. Arduino'da MIDI kurulumu hakkında daha kapsamlı bir eğitim için ilk Eğitilebilir Dosyamı kontrol etmelisiniz.

İşte adımlar:

1. MIDI konektörünün 4 numaralı pinine 220 Ω direnç lehimleyin.
2. Arduino'daki Tx konektörüne dirençten 10 cm'lik bir kablo lehimleyin.
3. 10 cm uzunluğunda bir kabloyu pim 2'ye lehimleyin ve Arduino'daki toprağa bağlayın.
4. 10 cm uzunluğunda bir kabloyu pin 5'e lehimleyin ve Arduino'da 5V'a bağlayın.

EMG amplifikatörünü monte ettikten ve MIDI - iPhone kablosunu hazırladıktan sonra, enstrümantasyon amplifikatörlerinin çıkışlarını Arduino'daki A4 ve A5 pinlerine göndermek için iki atlama teli kullanın.

Adım 6: Arduino Kodunu Yazın

Arduino kodu için temel boru hattı aşağıdaki gibidir:

1. Her iki EMG kanalı için temel gürültü seviyesini ölçün
2. Her EMG kanalının voltajını ölçerek sürekli döngü yapın
3. Nota yoğunluğunu kontrol eden EMG kanalı eşiği geçerse, bir MIDI notu tetikleyin.
4. Nota perdesini modüle etmek için diğer EMG kanalından gelen sinyali kullanın

EMG sinyallerini işlemek için kendi Arduino kodunuzu yazmayı denemenizi tavsiye ederim. Bir araya getirdiğimden daha iyi bir kontrol şeması olduğundan eminim! Kodumla başlamak istiyorsanız, buradan indirmekten çekinmeyin. Proje üzerinde çalışırken kodumun çeşitli yinelemelerini görmek için GitHub depoma göz atabilirsiniz.

Adım 7: Hepsini Bir Araya Getirin

Her şey plana göre gittiyse, kendi kaslarınızdan gelen sinyali kullanarak MIDI cihazınızı kontrol edebilmeniz gerekir. Oldukça heyecan verici! Projeyi çalıştırdıktan sonra, farklı kontrol şemaları ile oynayabilir ve farklı MIDI seslerini keşfedebilirsiniz.

Kendi EMG kontrollü MIDI cihazlarınızdan birini yapmaya çalışırsanız bana haber verin! Nasıl gittiğini duymayı çok isterim ve yol boyunca ortaya çıkan herhangi bir soruya yardımcı olmaktan memnuniyet duyarım. İyi şanlar!

Sensörler Yarışması 2017'de İkincilik Ödülü