Steirische Harmonika mit MIDI selber bauen (ohne Stimmzungen)

[JuergM]

Ich möchte gerne eine Steirische Harmonika mit MIDI selber bauen. Die Harmonika soll leicht sein. Der MIDI-Datenaustausch soll über Bluetooth erfolgen mit einem ESP32 (ist eine kleine Platine mit Bluetooth, kostet etwa 10 €). Für die Diskant- wie auch die Bassseite sollen auf je einer Platine Druckschalter aufgelötet werden.

Ich wäre für Tipps dankbar, z.B. für geeignete Druckschalter mit den passenden Knöpfen oder zum Gehäuse. An Stelle des Balgs könnte ich auch eine Feder mit Drucksensor einsetzen.

 

[Helikon]

Soweit ich weiß, arbeitet man bei Miditastaturen heute nicht mehr mit Schaltern, sondern Magneten mit zugehörigem Sensor. Dann hat man keinen mechanischen Verschleiß, kann den Ansprechpunkt jeder Taste einzeln justieren und sogar eine Anschlagdynamik realisieren, wenn man z. B. Klavier- oder Gitarrensounds spielen will.

 

[Boris_Z]

Es werden hauptsächlich HAL Sensoren verwendet sowohl auf der Diskant als auch auf der Bass Seite, keine Schalter.
Für die Balgdynamik (optional) wird ein Luftdrucksensor verwendet. Es ist kein so einfaches Unterfangen. Der ESP32 hat zu wenig Eingänge(GPIO), man kommt nicht um eine Registerschaltung (GPIO Erweiterung) herum.
Bei den Bässen ist es unnötig jede einzelne Taste abzugreifen, statt dessen werden die Klappen "angezapft" und daraus wird dann der Ton berechnet.

Es gibt fertige Bibliotheken für eine MIDI Implementierung. Ich bin bisher aus Zeitmangel nicht weiter gekommen als zum testen eine Diskanttaste mit einem Hal-Sensor auszustatten, es hat funktioniert, aber damit alles ordentlich und mit möglichst wenig Kabelsalat von statten geht, kommt man nicht drumherum sich Platinen drucken zu lassen.

 

[JuergM]

Das Schwyzerörgeli von Gwerder verwendet Taster, und zwar sowohl auf der Diskant- wie auch auf der Bassseite (siehe Anhang). Für die Balgdynamik wird der Drucksensor MPXV7007 verwendet, den man bei Mouser.com kaufen kann. Zum Detektieren der Signale muss man Multiplexer verwenden. Damit reichen die Ein- und Ausgänge des ESP32 aus.

Platinen drucken zu lassen stellt für mich kein Hindernis dar. Mein grösstes Problem ist es, geeignete Taster zu finden.

 

[lil]

Was du nicht vergessen solltest, ist die Balgrichtung abzugreifen!

 

[Boris_Z]

Nur aus Neugier, wozu ist das nötig? Für den Bellow Shake?

 

[lil]

ne, weil die Steirische ein wechseltöniges Instrument ist, also auf Zug und Druck pro Knopf unterschiedliche Töne klingen

 

[JuergM]

Beim Gwerder-Örgeli wird der Balgdruck mit dem MPXV7007 ermittelt. Es wäre aber auch denkbar, den Balg mit Federn zu simulieren (oben zwei Federn und unten ein Scharnier).

 

[Boris_Z]

ne, weil die Steirische ein wechseltöniges Instrument ist, also auf Zug und Druck pro Knopf unterschiedliche Töne klingen

Ach ja, stimmt

 

[JuergM]

Ich bin einen Schritt weiter. Eine kleine Startone (made in China) wird mir als Gehäuse dienen.
https://www.thomannmusic.ch/startone_kids_accordion_red_mkii.htm

Ohne Tasten steht mir ein Raum von 26 x 13 x 3 cm zur Verfügung. Da passt eine Steirische Diskant-Tastatur hinein. Die Stimmzungen kann ich nicht entfernen. Es ist alles verleimt, aber ich kann sie überkleben.
Jetzt bin ich am Zeichnen des Schaltplans. Ich verwende CiKad, damit ich danach auch die Leiterplatte auslegen kann. Bei den Tasten scheint Cherry, Deutschland, führend zu sein, deshalb werde ich diese einsetzen.

 

[B-Greifer]

Bei den Tasten scheint Cherry, Deutschland, führend zu sein, deshalb werde ich diese einsetzen.

Meinst du PC-Keyboard-Tasten? Da gibt's ja verschiedene Modelle (Farben). Bei der MX-Serie (Cherry Bestseller) ist der Tastenhub mE recht groß, einfach mal im Elektronikmarkt eine Gamer-Tastatur (mit MX red) testen, ob's gefällt.

Beim Entwurf dran denken, N-Key-Rollover zu realisieren (bspw. eine Diode für jede Tasten, falls Matrix-Abfrage u.a.), sonst gibt's später Stress beim gleichzeitigen Drücken mehrerer Tasten.

 

[JuergM]

Danke, B-Greifer! Ich werde verschiedene Tasten ausprobieren. Das mit den Dioden verstehe ich nicht. Kannst du mir das erklären. Die Matrix habe ich eingegeben (siehe Anhang). Damit können beliebig viele Tasten gleichzeitig gedrückt werden.
Nun bin ich am Layout und dem Austesten der Software.

Für Verbesserungen und Anmerkungen bin ich dankbar.
LG Jürg

 

[B-Greifer]

@JuergM:

Software hab ich nur überflogen und fühlte mich leidvoll ans Entprellen von Tastern erinnert.

Wenn du bei der Schaltung SW11, SW21 und SW12 gleichzeitig drückst, kann nicht mehr festgestellt werden, ob auch SW22 gedrückt wird oder nicht (Ghosting).

Beim normalen PC-Schreiben ist das nicht so das Problem, aber bei einem Instrument, werden ja gerne mal viele Tasten auf einmal gedrückt.
Hab auf einem Cherry MX Board 3.0 (MX Brown, nicht ideal für 'Instrumente' da taktil) schon mit 6key-Rollover Probleme, wenn ich von einem Vierklang in einen anderen sliden will, also u.U. 8 Tasten gedrückt sind. (Da ist allerdings das USB-Protokoll das Problem.)


Schau dir mal das folgende Video an.

Das Problem (Ghosting) wird bei ab 3:34 gezeigt, die Dioden-Lösung ab 5:37 (bis 7:55).

Hab's nicht ganz weiter geschaut, nur noch überflogen und gesehen, dass er noch zeigt, dass auch das USB-Protokoll noch Einschränkung (6-Key-Rollover vs N-Key-Rollover) bringen kann.




Bei dem Gerät, das du oben gepostet hast, sieht es für mich so aus, als würden jeweils 8 Taster (sehen wie Cherry MX aus) auf einen 8bit-Chip gehen. Also 1 Chip-Pin für jeden Taster, da braucht es natürlich keine Matrix und damit keine Dioden.

 

[JuergM]

Die Cherry Taste MX1A-51NA scheint geeignet zu sein:
- die Prellzeit ist unter 1 ms und
- der Vorlaufweg liegt bei 1.2 mm, der Betätigungsweg bei 3.4 mm

 

[JuergM]

Hier meine Diskant-Leiterplatte:

 

[B-Greifer]

Da fehlen die Entkoppeldioden (pro Schalter eine, seriell).

(LEDs und damit die extra Anschlüsse, Leiterbahnen und die Vorwiderstände brauchst du ja nicht.)


Falls du es ohne Dioden versuchen willst (wovon ich abrate), schlag ich vor, erstmal* nur die 3 im unteren Bild grün gefärbten Taster anzulöten und zu testen was passiert, wenn du diese 3 gleichzeitig drückst:
Der rote wird als gedrückt erkannt werden, auch wenn er nicht mal angelötet ist. Ghosting eben.

* Spart ggf. Löt- und Entlötarbeit.

 

[JuergM]

Ich danke dir, dass du dir Sorgen machst. Der 74HC138 ist ein Multiplexer. Auf der Lötseite sind die meisten Ausgänge am Mux weggeführt. Z.B. verbindet es in deinem Bild zwei grün markierte und rot/grün markierte Tasten. Aber nur eine von den beiden Verbindungen ist auf Null gesetzt. Alle anderen Verbindungen werden auf Vcc mit Widerständen gezogen. Ich bin ganz sicher, dass das so funktioniert, aber danke.

Die Loop-Zeit im ESP32 habe ich auf 50 us gesetzt, d.h. ich taste die ganze Tastatur in 0.4 ms ab. Das sollte reichen.

Viele Grüsse
Jürg

 

[B-Greifer]

Ich danke dir, dass du dir Sorgen machst.

Ich bin ganz sicher, dass das so funktioniert, aber danke.

Dachte ich mir - auch die Begründung.

Letzter Versuch, dann geb ich auch schon Ruhe:

Natürlich kann ich falsch liegen. Die vorsichtige Vorgehensweise (erst mal mit besagten 3 Tastern testen) schadet m.E. nicht, wenn du richtig liegst, erspart dir aber Arbeit, falls nicht. Aber liegt natürlich bei dir.

Viel Erfolg.

 

[JuergM]

Du hast leider recht, danke!

 

[B-Greifer]

Leider, sonst gäbe es das Problem an preiswerten Tastaturen nicht.

Für den neuen Entwurf möchte ich noch folgende Fragen in den Raum werfen:

Klar brauchst du die Verbindung zu den +3,3V über die Pullup-Rs auf der Inputseite für ein definiertes Niveau an diesen Pins.

Aber wofür auf der Outputseite?
Sind diese Pins nicht hochohmig, falls inaktiv, und niederohmig zu GND, falls aktiv?