ArduinoUno 簡易FM音源

ArduinoUnoで２オペレータのFM音源を実現するライブラリと入力ポートにタクトスイッチを接続して作った簡易キーボードのスケッチ例

仕様

Timer1を使いサンプル数64の波形データを2オペレータのFM音源の直列アルゴリズムとして合成しTimer0かTimer2を使ったPWMから出力します
発音数や出力ポート等の各種設定はfmtone_def.hで定義しています。

FM音源

2オペレータ直列アルゴリズムのみ
FeedBackは処理時間の関係で断念しました
代わりに基本波形を6種類選べます。

Sin波 -三角波 -鋸波 -矩形波 -クリップされたSin波 -全波整流Sin波

出力可能PIN

pint No	Timer	出力レジスタ
PIN3	Timer2	OCR2B
PIN5	Timer0	OCR0B
PIN6	Timer0	OCR0A
PIN11	Timer2	OCR2A

Timer0を使用するとdelay()等の時間管理が使えなくなります

サンプリング周波数、最大発音数

サンプリング周波数と最大発音数はfmtone_def.hで
MAX_MIDITONEとPWM_KHZで指定します下は発音数に対する最大サンプリング周波数です。

発音数 MAX_MIDITONE	最大サンプリング周波数 PWM_KHZ
2	51
3	38
4	30
5	24
6	21
7	18
8	16

あくまで発音可能な最大周波数なので、-1ぐらいの値にしておいた方が無難です

エンベロープ

attack,
Decey,
Sutain level,
Sustain,
Release 
        sustain level  0 to 31  
        other          0 to 15

インターフェイス

FMTONE.setup_hardware()

タイマ等ハードウェアの設定

FMTONE.set_midistate(miditype)

miditype:  
        MIDI_POLY  MIDIチャンネル1 4音ポリフォニックモード
        MIDI_MONO  MIDIチャンネル1～4 モノフォニックモード

FMTONE.midi_pg_chg(program_no)

program_no
  0 シンセトランペット
  1 トランペット
  2 Bell
  3
  4 シンセリード
  5
  6

FMTONE.midi_set_tone(tone)

ユーザ定義音色を全チャンネルすべてに設定
uint8_t tone[17]=
FeedBack        0-7
OP1
  Attack Rate   0-15
  Decey Rate    0-15
  Sustain level 0-15
  Sustain Rate  0-15
  Release Rate  0-15
  Total level   0-31
  wavetype      0-4

OP2   
Attack Rate   0-15
Decey Rate    0-15
Sustain level 0-15
Sustain Rate  0-15
Release Rate  0-15
Total level   0-31
wavetype      0-5    

:wavetype
0- Sin波
1-クリップされたSin波
2-三角波
3-鋸波
4-矩形波
5-全波整流Sin波    

enum wavetype {SIN, CLIP_SIN, TRI, SAW, RECT, ABS_SIN};  

波形データはFMTONE.cppでcharの64byteの配列に置いていますので
適当なデータに置き換えて鳴らせます。

FMTONE.set_tone(uint8_t ch , uint8_t tone[16])

MIDIチャンネル指定音色設定、パラメータはチャンネル以外は
FMTONE.midi_set_tone(tone)と同じ

FMTONE.midi_command(com, dat1, dat2, dat3)

MIDIコマンド送信
0x80 NOTE OFF
0x90 NOTE ON
0xCO プログラムチェンジ(0～5)

 のみ実装

あとがき

Arduino Uno を使ったガジェット等でTONE()の音色じゃ物足りないと波形メモリ音源をつくったのですが、出力を次のチャンネルの読み出しポイントに加算すればFM音源になるのではと思い作って見ました、結構重い処理をしているのでアプリケーションにどれぐらい回せるのか問題ですが結構良い音がなっています、ただPWMの周波数とサンプリング周波数が低いので澄んだ音色はなかなか出ません。
出力にCRのローパスフィルタを入れると音質がマイルドになります

スケッチ例のキーボードは、ブレッドボードにタクトスイッチを挿して ArduinoUnoの入力をPULL_UPに設定して押した時にGNDへ落ちる様にして配列に登録したキーをスキャンして対応する音を鳴らしています。 A13PINはコマンドキーで、一度押した後に左列からプログラムチェンジ、オクターブシフトに割り当てています。

shigosenCCneko / ArduinoUnoFMsynsynthesizer