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Touchable Harmony

Touchable Harmony

Touchable Harmony ist ein MIDI-Controller, der es auch Laien erlaubt, elektronische Musik zu spielen.

Problemstellung

Menschen nutzen seit tausenden von Jahren Musikinstrumente. Im klassischen Sinne zählen hierzu analoge Instrumente. Mit ihnen wird durch Saiten (etwa Gitarre und Klavier), einen Luftstrom (Trompete und Akkordeon, ein Fell bzw. eine Membran (Trommel) oder durch das gesamte Instrument (Glocke) ein Ton erzeugt (vgl. Wikipedia: Musikinstrument).

Seit der Entwicklung der Digitaltechnik wird Musik auch auf elektronische Weise erzeugt. In der heutigen Zeit ist das Instrument häufig eine Kombination aus einem Computer mit einer passenden Software und einem Controller, der besser als Tastatur und Maus zur Musikerstellung geeignet ist. Für die Kommunikation zwischen Computer und Controller hat sich das MIDI-Protokoll als Quasi-Standart etabliert, weshalb man auch von MIDI-Controllern spricht.

Die Bedienung vieler analoger Musikinstrumente ist für Menschen intuitiv erlernbar. Häufig besteht eine direkte visuelle Verbindung zwischen der Bedienung des Instrumentes und dem daraus resultierenden Klang. So verhält sich die Tonhöhe eines Klaviers entsprechend zur Position der Taste auf der Klaviatur.
Diese Verknüpfung ist bei vielen elektronischen Instrumenten nicht gegeben. Die Bedienelemente sind hier häufig technisch-funktional inspiriert, oft handelt es sich um Systeme für Experten, Laien werden in der Konstruktion selten berücksichtigt.

Idee

Die Idee meines Projektes ist es, das elektronische Musizieren für Laien so einfach wie möglich zu gestalten. Jeder soll intuitiv in der Lage sein, Musik zu entdeckerisch gestalten.

Wichtig ist mir dabei eine visuelle Verknüpfung zwischen der Bedienung des Instruments und der Tonhöhe.
Deshalb nehme ich den Begriff „Tonhöhe“ wörtlich. Mein Entwurf besteht aus Stäben, die aus einem Kasten herausgezogen werden können. Je höher der Stab dabei gezogen wird, desto höher ist auch der resultierende Ton.

Insgesamt enthält der Korpus 18 Stäbe. Diese verteilen sich auf zwei Spuren mit je acht Taktschritten. Diese acht Schritte werden automatisch abgespielt. Dieser Vorgang wird ständig wiederholt. Diese Wiederholung nennt man „Loopen“.

Pro Spur existiert ein zusätzlicher Stab, der „Oktav-Stab“. Mit ihm kann eine Oktave für die Spur festgelegt werden. Mit den einzelnen Taktstäben können dann nur Töne aus der gewählten Oktave abgespielt werden. So entsteht ein harmonisches Klangbild. Das Abspielen unpassender Töne ist ausgeschlossen.

Zwischen den beiden Spuren scheinen acht LEDs durch das Plexiglas. Jeweils eine der LEDs leuchtet und zeigt an, welcher Taktstab gerade abgespielt wird.

Funktionsskizze

Vorgehen

Touchable Harmony entstand in mehreren Interationsschritten. Die technische Realisierbarkeit der Idee testete ich durch einen Prototypen aus Drehpotentiometern.

Der finale Controller besteht aus einem Körper aus schwarz lackierten MDF-Platten. Die Abdeckung ist aus milchigem Plexiglas gelasert, die Bedienstäbe bestehen aus schwarz lackiertem Holz.

Die Erfassung der Position eines Stabes erfolgt durch Schiebepotentiometer (Slider), die am Korpus befestigt und mit den Stäben verbunden sind.

Die Funktionsweise des Controllers verdeutlicht das folgende Video.

Technische Umsetzung

Schaltung

Herzstück der Elektronik ist ein Teensy-Mikrocontroller, der die Steuerung des Gerätes übernimmt. Insgesamt müssen 26 analoge Bauteile (18 Schiebepotentiometer und 8 LEDs) angesprochen werden. Da das Teensy nicht über so viele analoge Pins verfügt wird es mittels zwei 16-zu-4-Multiplexern (4067) erweitert.

Fritzing Schaltplan

Code

Der Programmcode für das Projekt wurde in der Arduino-Entwicklungsumgebung entwickelt. Er ist vollständig auf GitHub dokumentiert.

Die Grundidee des Codes lässt sich wie folgt umreißen:
Der Computer sendet ein Taktsignal („MIDI-Clock“) an den Controller. mit jedem neuen Takt rückt der Controller zum nächsten Stab-Paar vor und liest die Stellung dieser Stäbe aus. Zugleich werden beide Oktav-Stäbe ausgelesen.

Für jede Spur wird nun aus der Stellung des Oktav-Stabes und des aktuellen Stabes eine Note ermittelt, die der Controller an den Computer sendet. Dieser spielt dann die Note mit dem in der Software gewählten Instrument ab.

Als Software nutzte ich Ableton Live.

Fazit

Die Arbeit am MIDI-Controller hat mir viele neue Aspekte näher gebracht. Hierzu zählen insbesondere die folgenden Inhalte:

  • Umgang mit Microcontrollern
  • Prototyping mit physischen Prototypen, handwerkliche Fähigkeiten
  • Designentstehung in der Schnittmenge von Interface- und Produktdesign
  • elektronische Musikproduktion und musizieren im Allgemeinen
  • Produktfotografie und Videodokumentation
Dank gilt Stefan Hermann für die kompetente Betreuung und den anderen Teilnehmern für hilfreiche Anregungen, Diskussionen und Feedback.

Ein Projekt von

Art des Projekts

Studienarbeit im Grundstudium

Betreuung

Stefan Hermann

Zugehöriger Workspace

Musical Interfaces 2014

Entstehungszeitraum

Wintersemester 2014/2015

Keywords