Eurorack – Midi/CV Interface Entwicklung

Eurorack Midi/CV Interface finished
Eurorack Midi/CV Interface finished

Midi / CV – Interface

Midi ist ja bekanntlich der Interfacestandard um elektronische Musikinstrumente miteinander kommunizieren und synchronisieren zu können. Um ein analoges Modulsystem nun musikalisch sinnvoll in eine Sequencer-Produktionumgebung einzubinden benötigt man früher oder später ein Interface, das digitale Mididaten (Taste gedrückt, welche Taste gedrückt, Controller-Wertänderungen, Tempo, Start/Stop …) in analoge Spannungen umzuwandelt. Hier geht es um ein solches Interface das ich nach meinen Wünschen entwickelt habe. Das ist nichts irre spannend neues. Es gibt viele solcher Interfaces von verschiedenen Herstellern. Mir war bei meiner Entwicklung wichtig, daß es die für mich wichtigsten Eigenschaften in einem Modul vereint (Glide, Midiclock, einfache Bedienung). Es hat nun folgende Features:

  • Möglichst kompakt bei einfacher, klarer Funktion
  • Ausgänge für Midiclock-Ticks und Start/Stop
  • Gate-Ausgang (Voltage-Trigger) mit ca. 10 Volt
  • CV-Ausgang mit 12 bit DAC
  • 3 weitere, geglättete Ausgangsspannungen für Velocity, Controller (Modwheel) und Controller 2 (Breath)
  • Anstatt Controller 2 kann auch jede andere Controllernummer angelernt werden
  • Single Trigger (neue Note erzeugt kein neues Gate wenn noch eine alte Note gehalten ist) oder Multiple Trigger (jede neue Note erzeugt ein neues Gatesignal)
  • Midichannel, Controllernummer für zweiten Controller und Triggerverhalten (Single Trigger, Multiple Trigger) können angelernt werden und bleiben im EEprom beim Ausschalten erhalten
  • Drehregler für Glidetime
  • Switch um nur gehaltene Noten zu gliden (Legato, 303artig) oder alle Tonhöhenänderungen
  • gelbe LED zeigt an, wenn Noten geglidet werden
  • 2 grüne LEDs zeigen über ihre Helligkeit die beiden Controllerwerte an
Eurorack Midi/CV Interface - the board must be cut in two parts for 2 rows of jacks, eurorack format is quite flat
Eurorack Midi/CV Interface – the board must be cut in two parts for 2 rows of jacks, eurorack format is quite flat

Doppelboard

Die Eurorack-Front ist mit 3 HE recht flach, ich musste das Board teilen und 2 Reihen mit Buchsen/Schaltern/Poti anlegen.

Eurorack Midi/CV Interface - just the mainboard with processor, Midi optocoupler, 4066-analogue switch for clock/reset and 2 DACs with 12 bit for CV, Velo and two controllers.
Eurorack Midi/CV Interface – just the mainboard with processor, Midi optocoupler, 4066-analogue switch for clock/reset and 2 DACs with 12 bit for CV, Velo and two controllers.

12bit DAC (Digital to Analog Converter)

Das Herz des Interface ist (natürlich neben dem Hauptprozessor) der Konverter, der einen digitalen Wert (aus den Mididaten) in eine analoge Spannung wandelt, der sogenannte Digital to Analog Converter, kurz DAC. Das Heikle an einem Midi-CV-Interface ist nun, daß die sog. „CV“, also die Control Voltage für die Tonhöhe EXAKT eine Oktave so einteilt, dass jede Taste 1/12tel Volt mehr hat als die Taste davor. Anders formuliert, jede Oktave umfasst ein Volt. Das Ohr ist normalerweise sehr empfindlich wenn hier etwas nicht stimmt. Um diese Spannungslinie über alle 5 Oktaven möglichst ohne große digitale Rasterungen zu erreichen, ist es ratsam mindestens zu einem 12 bit DAC greifen. Man sollte meinen 8bit seien genug, aber: der angestrebte 5-Oktavumfang entspricht 60 Tasten, ein 8bit DAC kann 256 verschiedene Abstufungen einer Referenzspannung (z.B. 5 Volt) darstellen. Rein rechnerisch also ein Umfang von 4.2666 Werten pro Taste. Da die Konvertierungskennlinie eines DAC erfahrungsgemäß nicht so perfekt linear wie man sich das wünscht ist das viel zu ungenau. Da liegen bei 8bit schonmal ein paar Töne leicht daneben.

Eurorack Midi/CV Interface - the top side
Eurorack Midi/CV Interface – the top side

LM317

Nächstes Problem ist die Sauberkeit der Okavierung, daß der 12bit Dac also bei seinem vollen digitalen Wert von 4096 auch tatsächlich saubere 5 Volt ausgibt und nicht etwa 4.93 oder 5.04 Volt. Bei meinem ersten Interface habe ich das noch klassisch mit einer sehr fein justierbaren Referenzspannung gelöst die man dem DAC zuführt. Schlauer und einfacher ist aber, die komplette Spannungsversorgung für das ganze System, mit einem regelbaren Spannungsregler zu realisieren. Ich muss allerdings zugeben: darauf bin ich nicht selber gekommen, das habe ich mir bei einem Lowcost-Midiinterface-Projekt aus dem deutschen Sequencer-Forum abgeschaut.

Eurorack Midi/CV Interface - bottom of prototype. The flying wires are because the board has only one copperlayer.
Eurorack Midi/CV Interface – bottom of prototype. The flying wires are because the board has only one copperlayer.

Prototyping

Selber geätzte Platinen sind meist einseitig (d.h. es gibt nur eine Seite mit Leiterbahnen) denn es ist recht schwierig 2 seitige Platinen selber zu machen. Daher haben die Protoypen meist einige fliegende Kabel. Ein weiterer Grund für von Hand gezogene Kabel sind Fehler im ersten Layout die ich hier leider auch drin hatte. Dafür baut man ja Protoypen.

Eurorack Midi/CV Interface - finished module. In the front is the eurorack standard power-connector to the cabinets bus
Eurorack Midi/CV Interface – finished module. In the front is the eurorack standard power-connector to the cabinets bus
Empty Frontplate ER_MidiCV
Frontplate fitting to the prototypeboard – no label yet

Frontplatte

Die Frontplatte ist bei DIY-Projekten immer ein kleines Problem. Löcher für Buchsen und Potis müssen angepasst werden, vieles kann sich kurzfristig ändern, die Beschriftung soll haltbar sein, das Ganze so billig wie möglich. Natürlich kann man sich so eine Platte herstellen lassen oder man ist in der glücklichen Lage eine CNC-Fräse zu besitzen. Nachdem ich jahrelang mit aufgeklebten Tintenstrahlausdrucken gearbeitet habe versuche ich es bei den Eurorack Modulen einmal mit dem Tonertransfer Verfahren. Meistens wird es genutzt um Kupfer-Platinen für das Ätzen zu kaschieren und sich den Belichtung/Entwicklungsprozess zu sparen. Man kann aber auch sehr gut Alu-Frontplatten damit bedrucken. Wie das geht habe ich in einem eigenen Tutorial zusammengefasst.

Eurorack Midi/CV Interface - protoype board panel with eoner transfer method on aluminiem front. not perfect but cheap, readable and quite resistant to scratching
Eurorack Midi/CV Interface – protoype board panel with eoner transfer method on aluminium front. not perfect but cheap, readable and quite resistant to scratching

Demo Video