音源とオーディオの電子工作（予定）: ArEG Arduinoを使ったEnvelope Generatorの構想

2021年12月5日日曜日

ArEG Arduinoを使ったEnvelope Generatorの構想

以前もArduinoを利用してEnvelope Generatorを製作しました。今回はその改良版を製作します。

ステート制御にGPIOを3ステートで利用

コンデンサへの充放電の制御にダイオードを使って電流の逆流を防止していましたが、AVRのGPIOはWriteモードの時H/L出力できるのに加えて、Readモードの時Hi-Zとなる3ステートバッファとなっています。Hi-Zを使えばダイオードを入れなくても電流が流れなくなります。

利点としては、555タイマーやロジックICを使った場合に比べ部品数を少なくできること、またダイオードを入れないのでダイオードの順方向電圧のため波形の底が0Vまで落ちない(0.6V程度になってしまう)問題が解消されます。

ADSR波形のステートについては「アナログ・エンベロープ・ジェネレーターをプログラムでシミュレートする」で少し書きました。

回路図

実験に使った回路のアナログ部分です。回路図のSWは実際にはAVRのGPIOです。

閾値の判定にコンパレーターを使う

Attackステートは出力波形がある電位(今回は3.3V)に達した時終了し、Decayステートに移行します。ADコンバーターを使って電位を測定することもできますが、処理に時間がかかるためAttackの立ち上がりが急峻な場合行き過ぎてしまいます。

コンパレーターを使って閾値を越えたかどうか判定し(閾値の前後でH/Lが切り替わる)コンパレーターの出力でAVRの割り込みを発生させる方法を取りました。

また、ヒステリシス付きコンパレーターでないとSustainレベルが高い場合に出力がバタついてしまいます。プログラムで回避する方法もあるのですが、ノイズ源になりそうなのでコンパレーターはヒステリシス付きにしました。

コンパレーター出力のバタ付く例

C1:ADSR出力 C2:Threshold

ヒステリシス付き反転入力コンパレーター部分のシミュレーション

定数はVh=3.3V Vl=3.0Vを目標に決めています。

実験したブレッドボード配線図

Arduinoのスケッチ

/*
 * ADSR Switch Test
 * 
 * スレッショルド割り込み: 負論理
 *
 * 2021.11.27
 *
 */

const int ThresholdPin = 2; // INT0

const int AttackPin = 5;
const int DecayPin = 6;
const int ReleasePin = 7;

volatile bool th = false; 

void threshold()
{
  th = true;
}

void setup()
{
  pinMode(AttackPin, INPUT);  // Hi-Z
  pinMode(DecayPin, INPUT);   // Hi-Z
  pinMode(ReleasePin, INPUT); // Hi-Z

  // 負論理
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ThresholdPin), threshold, FALLING);
  // 正論理
  //attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ThresholdPin), threshold, RISING);
    
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  th = false;
  
  // Attack
  pinMode(DecayPin, INPUT);   // Hi-Z
  pinMode(ReleasePin, INPUT); // Hi-Z
  pinMode(AttackPin, OUTPUT);
  digitalWrite(AttackPin, HIGH);

  while (th == false) // スレッショルド割り込みを待つ
    ;
  
  // Decay
  pinMode(AttackPin, INPUT); // Hi-Z
  pinMode(DecayPin, OUTPUT);
  digitalWrite(DecayPin, LOW);
  delay(80);
  
  // Release
  pinMode(ReleasePin, OUTPUT);
  digitalWrite(ReleasePin, LOW);
  delay(100);
}