UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR .

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRIDESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍAY SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓNPROYECTO FIN DE CARRERADISPARADOR MIDI PARA BATERÍAAutorTutorManuel Antonio Ballesteros CarballoEduardo Nogueira DíazJULIO 20141

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A mi novia Aida, por su cariño ycomprensión.A mi familia, por permitirme estudiar lo que siempre he deseado.A mis amigos y compañeros, porcompartir conmigo esta senda, quees mi vida, y sus momentos inolvidables.3

“Sin música, la vida no tendría sentido” Friedrich Nietzsche“La ciencia será siempreuna búsqueda, jamás un descubrimiento real. Es un viaje, nunca una llegada” Karl Popper4

RESUMENLa batería acústica es un instrumento de percusión muy complejo que requiere altasdosis de coordinación, interdependencia y musicalidad.Los músicos necesitan nuevas formas de desarrollarse y expresarse. Buscando caminosque mejoren su comprensión. Así también los aprendices requieren herramientas parapoder disfrutar del instrumento musical.Construir un disparador MIDI mejora esas prestaciones. Aumenta la cantidad de sonidos, es adaptable a la forma de tocar y simplifica los conceptos evitando problemas a losprincipiantes.Actualmente existen escasos disparadores MIDI en el mercado. En su lugar se presentan módulos electrónicos con altas características, complejos de utilizar y con alto coste.El proyecto a implementar consiste en un disparador MIDI, un equipo cuyo fin es captar los impactos que efectúa un músico; un percusionista.En el proyecto se estudian y analizan las problemáticas a las que se enfrenta este tipode dispositivo, se propondrá distintas soluciones de concepto y, finalmente se construirádicho sistema que será probado en un ordenador personal. Con un ideal en mente, emularuna batería acústica y ser un proyecto abierto en el sentido de ser modulable y ampliable.5

ABSTRACTDrum set is a very complex percussion instrument that requires a lot of coordination,interdependence and musicality.Musicians need new ways to develop and express themselves, as well as learners require tools to enjoy the musical instrument.Build a MIDI drum trigger improves these benefits. It increases the amount of sounds,is customizable and simplifies problems for drummer beginners.There are currently a few MIDI triggers on the market. Instead, electronic moduleswith high features, complex to use and they are sold at high cost.The aim of the project is to implement a MIDI drum trigger, a kit to capture the impactthat percussionist makes. The project studies and analyzes the problems which this type ofdevice. Different solutions concept will be proposed and finally the system will be built.With an ideal in mind, emulate an acoustic drum.6

INDICE1INTRODUCCIÓN . 17Propósito de la memoria .191.11.1.1Consideraciones del autor .201.1.2Objetivos . 211.1.3Organización del libro . 221.1.4Herramientas utilizadas . 231.2Introducción al mundo de la batería. 241.2.1Un principio; el sonido . 241.2.2La batería acústica . 271.2.2.1Sonido y componentes .281.2.2.2 ¿Cómo se toca la batería? .301.2.3Las Baterías Electrónicas . 321.2.3.1Funcionamiento y componentes . 331.2.3.2 Ventajas . 351.2.3.3Limitaciones . 351.2.3.4 Estudio de mercado . 371.2.4Sintetizador . 421.2.4.1Particularidades . 421.2.4.2 Modalidades de síntesis . 431.2.4.3 Software de batería basado en tabla de ondas . 442ANÁLISIS TEÓRICO .512.1Protocolo comunicaciones. 532.1.1Introducción a MIDI . 532.1.1.12.1.2¿Por qué nació MIDI? Ventajas y breve historia . 53Interfaz física . 552.1.2.1Conexionado . 552.1.2.2 Aparatos . 572.1.2.32.1.3Interconexión entre aparatos. 57Formato de los mensajes MIDI . 592.1.3.1Canales MIDI . 592.1.3.2 Modos MIDI .602.1.3.3Mensajes MIDI . 612.1.4General MIDI . 642.1.5MIDI over USB . 667

2.1.62.22.1.5.1Fundamentos USB . 662.1.5.2Conversor USB-MIDI . 66Ejemplo práctico MIDI . 69Sensores .722.2.1Sensores de presión .722.2.2 Sensores piezoeléctricos .732.2.2.1 Ventajas .732.2.2.2 Limitaciones .742.2.2.3 Comportamiento eléctrico de los materiales piezoeléctricos. .742.2.2.4 Elección del piezoeléctrico .792.3El microcontrolador .812.3.1Plataformas de Desarrollo . 812.3.2El Atmega328p . 852.3.2.1Nucleo AVR de Atmel . 852.3.2.2 Puertos de entrada/salida . 872.3.2.3 Periféricos usados . 872.4El lenguaje Arduino . 902.4.1Lenguaje C . 902.4.1.1Ventajas de lenguaje C sobre Ensamblador . 912.4.2 Bootloader . 922.4.3Instalación entorno Arduino . 932.4.4 Librerias utilizadas de Arduino . 943DESARROLLO DEL PROYECTO .97Disparador MIDI . 993.13.1.1Descripción . 993.1.2Especificaciones .102Estructura Mecánica .1033.23.2.1Definición de pad .1033.2.2Análisis de Pads Comerciales .1043.2.2.1Pads Yamaha ep-75 .1043.2.2.2 Pad Yamaha PCY65 .1063.2.3Diseño y construcción de Pads .1093.2.3.1Compra de materiales .1093.2.3.2 Modificación pad de prácticas. 1103.2.3.3 Construcción de pad con Goma EVA . 1123.2.3.4 Construcción de pad con contrachapado . 1138

3.2.3.5 Construcción de pad de plato . 1153.2.43.3Análisis del equipamiento completo . 117Análisis de la respuesta de los sensores del kit DD-508 . 1193.3.1Caracterizar piezoeléctrico .1193.3.1.1Análisis osciloscopio . 1203.3.2Pad de caja . 1223.3.3Pad de plato. 1243.3.4Pad de bombo . 1263.4Diseño Acondicionador . 1293.4.1Solución 1: Acondicionador Pasivo . 1293.4.1.1Introducción . 1293.4.1.2 Estructura . 1303.4.1.3Simulación .1313.4.2 Solución 2: Acondicionador Activo. 1333.4.2.1 Introducción . 1333.4.2.2 Estructura . 1333.4.2.3 Elección del Amplificador Operacional . 1343.4.2.4 Simulación . 1363.4.3Calculo de τ . 1373.4.4Construcción PCB . 1383.4.4.1 EAGLE. 1383.4.4.2 Modelo 3D . 1403.4.4.3 Envío de PCB a la fábrica .1413.5Software y algoritmia . 1433.5.1Código y diferentes versiones . 1433.5.1.1Versión 0.1 . 1433.5.1.2Versión 0.5 . 1433.5.1.3Versión 1.0 . 1433.5.1.4Versión 1.1 . 1443.5.1.5Version 1.2. 1453.5.1.6Versión 1.3. 1453.5.1.7Versión 1.4 . 1453.5.1.8 Versión 2.0 . 1453.5.2Problemática sensibilidad . 1463.5.2.1Solución 1: Truncamiento con desplazamiento. . 1463.5.2.2 Solución 2: Aproximar el valor por la pendiente. . 1473.5.2.3 Conclusión . 1489

3.5.3Parámetros Roland/DD508 . 1503.5.3.13.5.4Tipos de parámetros . 150El problema de la latencia . 1533.5.4.1Latencia mínima tolerable por el oído humano . 1533.5.4.2 ASIO. 153Interfaz gráfica, controles de teclado . 1563.63.6.1Interfaz gráfica . 1563.6.1.1Hitachi HD44780 . 1573.6.1.2 Conexión . 1583.6.2 Controladores de teclado . 1593.6.2.1 Encoder . 1593.6.2.2 Programación mediante interrupción . 1613.6.3Menú de usuario . 1633.6.4Memoria de parámetros . 1643.6.5Carcasa protectora . 1653.7Controlador del charles . 1673.7.13.7.2Solución 1: Pedal DD508 .1683.7.1.1Proceso de análisis .1683.7.1.2Esquema eléctrico . 1703.7.1.3Algoritmo. 170Solución 2: Pulsador . 1723.7.2.1Tiempo entre transiciones . 1723.7.2.2 Algoritmo. 1733.7.3Solución 3: Sensor FSR . 1743.7.3.1Introducción . 1743.7.3.2 Espuma resistiva . 1753.7.3.3 Funcionamiento . 1763.7.44Conclusión . 177ELABORACION DE ENSAYOS Y RESULTADOS . 1794.1Resultado final . 1814.1.14.2Manual de usuario . 181Testeo del funcionamiento del prototipo . 1834.2.1Test eléctrico y lógico . 1834.2.1.1Entrada y salida del acondicionador. 1834.2.1.2 Salida del transmisor .1844.2.1.3 Salida del acondicionador y salida del transmisor.18410

4.2.1.4 USBPcap y Wireshark . 1854.2.2 Verificación con sampleador .

1 . universidad politÉcnica de madrid . escuela tÉcnica superior de ingenierÍa . y sistemas de telecomunicaciÓn . proyecto fin de carrera . disparador midi para baterÍa