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レーザーハープを自作する。(Part 1 : 準備編)

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Arduino

楽しいArduino Lifeを送っていますでしょうか。
今回、僕はArduinoをMIDIコントローラーとして使ったレーザーハープを作ります!

この記事は、ArduinoをMIDIコントローラーとして使う方法や、レーザー光を遮ったことを検出する方法等について考え、レーザーハープを実現するための指針を決める「準備編」です!


【2020年 新シリーズ始動】レーザーハープの製作

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【2020年 新シリーズ始動】レーザーハープの製作 - Part 1 : システムの概要
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平沢進氏のレーザーハープを目指して

突然ですが、皆様は「平沢進」氏をご存知でしょうか。
僕は平沢氏の大ファンで、氏の曲をよく聴いております。特に好きな曲は「LOTUS」です!

平沢進公式サイト , http://noroom.susumuhirasawa.com/

さて、平沢氏のライブ映像で必ずと言っていいほど見かけるのが「レーザーハープ」です。
(参考: ノモノスとイミューム ライブ&機材レポート )

レーザーハープは、レーザーポインターのレーザー光を弦に見立て、そのレーザー光を手で弾く(遮る)ことによって、音源を鳴らします。平沢氏のレーザーハープはどうやらMIDI信号のトリガーとしての役割をもち、音はパソコン内のソフトウェアの音源を鳴らしているようです。

平沢氏はレーザーハープの他に、チューブラヘルツやグラヴィトン等の自作楽器を使ったライブパフォーマンスをされております。
いつか、自分もこれらの楽器を再現したいなぁと思っていました。

そして、最近Arduinoを勉強し始めたことで、Arduinoを使ったらいいんじゃないかと考えるようになりました。ということで色々調べたところ、世の中にはArduinoをMIDIコントローラーにする便利なプログラム等を用意してくださっている方々がいまして、この度多くの先人の知恵をお借りしました。
この場を借りて感謝申し上げますm(_ _)m

Arduinoはネットで簡単に手に入れられるので、ぜひ試してみてください!

下記のスイッチサイエンス取り扱いのArduinoは永久保証が適用されるそうで、通常使用で壊れたArduinoは交換していただけるそうです。

Arduinoをはじめようキット
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オライリージャパン刊行「Arduinoをはじめよう 第2版」に掲載の実験ができるキットです。

レーザーハープ製作の指針を考える

それでは、実際にどのようにレーザーハープ実現するか、その指針を考えてみます。

1. ArduinoをMIDIコントローラーとして利用する

これがレーザーハープを成立させる上で心臓部と言えるでしょう。音を出す上で一番大切な部分ですね。音源を鳴らすためには、Arduinoからパソコンに対して「MIDI信号」という信号を送ります。
(参考: Wikipedia – MIDI , http://ja.wikipedia.org/wiki/MIDI )

MIDI信号は、iPod等のイヤホンから流れる様な「音」そのものではなく、音階や音量といったデータの信号です。よって、例えばArduinoから「ド」の音を鳴らす命令(MIDI信号)をパソコンに送ると、パソコン側のDAWソフト(音楽作成ソフト)の方で信号をキャッチし、ソフト上で「ド」の音を「ピアノ」や「ギター」といった音色を付けて鳴らします。

ArduinoからMIDI信号を送るには以下の2つの方法を考えました。

  • DINケーブルを使用して、パソコン(オーディオインターフェイス)に接続する
  • USBケーブルを使用して、パソコンに接続する

DINケーブルを使用した場合、ArduinoからパソコンにMIDI信号を送るには、電子回路を使用して、Arduinoのデジタル出力ピンから信号を送ります。
USBケーブルを使用した場合、Arduinoとパソコンを接続したUSBケーブルを使用して、信号を送ります。

当初ArduinoでMIDIを使用する方法を調べていたとき、Arduino用MIDIシールドがあることがわかりました。
(参考: SWITCH SCIENCE – MIDIシールド , https://www.switch-science.com/catalog/387/ )
しかし、これではDINケーブルやオーディオインターフェイスを揃えることが自分にとっては少し大変だと思いました。

そして、もう一つの方法であるUSBを使ったMIDI通信について調べていたところ素晴らしいものを見つけました!
それが、「Moco」です!
(参考: morecat_lab – Midi Firmware for Arduino Uno (Moco) , http://morecatlab.akiba.coocan.jp/lab/index.php/aruino/midi-firmware-for-arduino-uno-moco/ )

Mocoを使用することにより、パソコンに対しUSB接続でArduino UNOをMIDIデバイスとして認識させることができ、MIDIのプログラムを書けばMIDI信号を送ることができます。
なんと素晴らしいことでしょう!開発者様に心より感謝申し上げます。

ということで、ArduinoをMIDIコントローラーにするために「Moco」を使用することに決めました。

2. レーザーを弦として使う

次にレーザーを弦として使う方法を考えます。

レーザーを弦として使うには、レーザーが手によって遮られたことを検出する必要があります。

そこでまず思いついたのが光センサーです。

光センサーにも種類がありますが、代表的なものが「CdSセル」です。

CdSセル
CdSセルとはこんな感じ↑

CdSセルは、表面に光が当たると、その抵抗値が減少する性質があります。電子回路内で電圧かけたCdSセルに光を当て明るくしたり、逆に暗くしたりすると、CdSセルにかかる電圧が変わります。

つまり、CdSセルにレーザーを当てるとCdSセルの抵抗値が減るため電圧は下がり、レーザーを遮ると抵抗値が増えるため電圧は上がります。

この電圧の変動をArduinoによって検出すれば、レーザーを遮ったかどうかがわかる仕組みです。

Arduino UNOにはアナログ入力のピンがあるので、CdSの電圧値を検出することができます!

ということで、レーザーを弦として使うために、CdSセルを使用することにしました。

レーザーハープ製作の指針が見えた!

ここまでで、とりあえずはレーザーハープ製作の指針が見えてきたのではないでしょうか。

ポイントは、

  • Mocoを使用してArduino UNOをMIDIコントローラーにする
  • CdSセルを使用してレーザーを遮ったことを検出する

ということでした。

次回は、ArduinoにCdSセルを接続する「回路編」を書きたいと思います。

どうぞよろしくお願いしますm(_ _)m


[次回の記事はこちら]

レーザーハープを自作する。(Part 2 : 回路編)
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