J'ai une batterie conçue pour le jeu vidéo "Guitar Hero 3 World Tour" (version Wii) . qui n'a pas été utilisée depuis quelques années (entres autre choses par manque d'intérêt, mais aussi parce que sa pédale a été égarée).
Malgré l'absence de la pédale, l'appareil comporte 3 tambours et 2 cymbales, chacun étant muni d'un capteur piézoélectrique...pourquoi ne pas en profiter pour transformer ce jouet en véritable instrument de musique?
Cerise sur le gâteau: on trouve, à l'arrière de l'appareil, une mystérieuse entrée MIDI IN, que je transformerai en sortie MIDI OUT: en branchant la batterie à la prise MIDI IN de mon clavier MIDI, je pourrai produire des sons de mon choix en frappant sur les tambours.
Quelques mises en garde, avant d'aller plus loin:
- Il ne s'agira pas d'un instrument autonome: pour que la batterie génère des sons, elle devra être branchée à un synthétiseur MIDI (clavier MIDI, logiciel MIDI sur un ordinateur...).
- Puisque je n'ai plus la pédale de cette batterie, mon projet ne comportera pas de pédale.
- Puisque le clavier MIDI que j'utilise pour générer les sons ne tient pas compte du paramètre "vélocité" des notes MIDI pour les sons de percussion, mon instrument génèrera des notes MIDI de vélocité égale, peu importe que le tambour ait été frappé doucement ou brusquement.
- Je vais utiliser une carte Arduino. Les premiers tests seront effectués sur un Arduino Uno, mais dans le produit fini il sera remplacé par un vieux Arduino Nano qui traînait dans le fond d'un de mes tiroirs.
Exploration de la batterie, avant sa modification
La photo ci-dessous montre l'intérieur de la batterie, vue d'en-dessous. On peut voir un petit disque piézoélectrique collé au centre de chacun des trois tambours.
Chaque cymbale comporte aussi un disque piézoélectrique.
Je ne conserverai pas ce circuit imprimé, qui sert d'intermédiaire entre les 5 capteurs piézoélectriques et la "Wiimote" (que je n'ai aucune intention d'utiliser non plus). Vous pouvez distinguer sur la photo les 5 connecteurs blancs qui proviennent des capteurs piézoélectriques (la couleur des fils correspond à la couleur des tambours ou cymbales: ça aide à s'y retrouver).
Les disques piézoélectriques
On utilise souvent les piézos pour produire un son: le piézo transforme une oscillation électrique en oscillation mécanique.
Mais dans une batterie électronique, nous utilisons l'effet inverse: lorsqu'on frappe le piézo, il génère une tension électrique qui peut être détectée par un microcontrôleur.
La méthode généralement recommandée pour brancher un disque piézo à un Arduino consiste à brancher l'électrode centrale à une entrée analogique, brancher l'autre électrode du piézo à la masse (GND), et d'ajouter une résistance de 1 MΩ (un million de ohms) en parallèle avec le piézo. C'est, par exemple, ce qui est décrit dans l'exemple "Knock" fourni avec l'IDE Arduino.
J'ai fait ce circuit pour chacun des 5 piézos, ce qui m'a donné la carte ci-dessous (les 5 piézos se branchent aux connecteurs du bas, alors que les 6 connecteurs du haut se branchent à l'Arduino (GND, A0, A1, A2, A3 et A4).
J'ai branché les piézos à l'Arduino de la façon suivante:
- tambour rouge: entrée A0
- tambour bleu: entrée A1
- tambour vert: entrée A2
- cymbale jaune: entrée A3
- cymbale orange: entrée A4
Le connecteur MIDI
Pour utiliser le port MIDI déjà présent à l'arrière de la batterie, il faut le transformer en sortie MIDI. Heureusement, le circuit pour une sortie MIDI n'est pas compliqué. Seules les broches 5, 2 et 4 ont besoin d'être connectées.
Sur la photo ci-dessous, on peut voir où j'ai soudé les trois fils. Le fil vert est branché à une résistance de 220 Ω qui est elle-même branchée à la sortie UART TX (broche 1) de l'Arduino, le fil noir est branché au GND de l'Arduino, et le fil rouge est branché à une résistance de 220 Ω, qui est elle-même reliée à la sortie 5 V de l'Arduino.
Cette photographie montre l'intérieur de la batterie après le recâblage des piézos et du connecteur MIDI. On ne voit pas l'Arduino qui est situé à l'extérieur de la batterie (pour faciliter les améliorations ultérieures).
Le sketch
Puisque je n'ai pas à évaluer la force de frappe, le sketch de l'Arduino est relativement simple: il s'agit de surveiller la tension à chacune des 5 entrées analogiques. Lorsqu'une tension dépasse une valeur seuil pré-définie, on en déduit que le tambour correspondant a été frappé. La valeur seuil est déterminée empiriquement; on la veut la plus basse possible pour que toutes les frappes, même légères, soient prises en compte. Mais si la valeur est trop basse, on détecte des frappes fantômes comme, par exemple, la vibration causée par un choc sur un autre tambour). De plus, le seuil peut être légèrement différent d'un tambour à l'autre (les cymbales, par exemples, ont tendance à être moins sensibles que les tambours).
La tension électrique générée par une frappe sur le piézo dure un certain temps: pour cette raison, on s'abstient de prendre d'autres mesures pendant environ 20 millisecondes, pour éviter de détecter plusieurs frappes alors qu'il n'y en a eu qu'une seule.
Et bien sûr, suite à la détection d'une frappe, on envoie un message MIDI "note on", immédiatement suivi d'un message "note off" (qui est en fait un "note on" avec une vélocité nulle sur le canal MIDI numéro 10 qui est, par convention, réservé aux percussions.
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Et ensuite?
J'ai volontairement laissé l'Arduino à l'extérieur de la batterie afin de pouvoir plus facilement apporter des améliorations à l'instrument. Par exemple, ce serait chouette de pouvoir modifier l'instrument associé à chaque tambour sans être obligé de reprogrammer l'Arduino. On pourrait aussi ajouter un mode "séquenceur" qui permettrait à l'utilisateur de programmer un motif rythmique qui serait ensuite reproduit en boucle avec le tempo désiré.
Yves Pelletier
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