- Eurorackの狭いパネルでノブとパッチケーブルのためのスペースを同時に減らすため、3.5mmジャックと磁気エンコーダを組み合わせたハイブリッド入力のプロトタイプを作成
- 中核となるのはAS5600磁気エンコーダがプラグ内の磁石の角度と磁場強度を読み取り、それをI2Cで取得してノブの回転と装着有無を判断する仕組み
- TRSプラグ先端には2mm × 1mmのネオジム磁石を入れ、TRSソケット下のPCBにはAS5600、CH32V003、LED表示回路を配置
- 磁石ノブを挿すと磁場強度は4095スケールで約2000と読まれ、通常のパッチケーブルは0または時々1なので区別できた
- すべてのコントロールに適用してこそ価値が大きくなる構造のため製品化は不確実だが、同軸TRSジャック付きの機械式ポテンショメータは既存回路の変更が少ない現実的な代替案として残る
ノブとパッチケーブルを統合する発想
- Eurorackでは小さなケースにより多くのモジュールを入れようとするため、ハードウェアの操作感という利点がパネルスペースの都合で犠牲になりやすい
- このプロトタイプは3.5mmジャックの前に磁気エンコーダチップを置き、プラグ内の小さな磁石を回転させてノブとパッチケーブルのハイブリッドのように動作させる
- 目標は、どのノブでも引き抜いてパッチケーブルとして使え、どのジャックにもノブを挿して固定値を設定できるシンセサイザー構成
磁石ノブの製作
- TRSプラグ先端をDremelの切断ディスクで削ってスロットを作り、その中に小さなネオジム磁石を貼り付ける
- 磁石のサイズは直径2mm、厚さ1mm
- 厚さ2mmの磁石も購入したが、より広いスロットが必要で、より精密な切断方法が必要だった
- 接着には中粘度のシアノアクリレート接着剤を使用し、硬化後に余分な接着剤はカミソリ刃で削り取る
- プラグのねじ山部分と金属タブを整えた後、3Dプリントしたフィラー部品を入れて後部をまっすぐな円筒形にし、ノブを取り付ける
- 3Dプリントのプラスチックがやや柔軟なため、セットスクリューが食い込んでしっかり固定される
AS5600ベースの回路設計
- 使用した磁気エンコーダはAS5600で、ブレークアウトボードが容易に入手でき、I2Cインターフェースがあるためプロトタイピングに適している
- AS5600はXY構成のホールセンサー2個とDSPにより角度と磁場強度を提供する
- チップにはPWM出力とDACもあるが、アナログ電圧を得るにはI2C設定が必要なようで、テストでは角度もI2Cで読んだ
- TRSソケットの下にAS5600を入れるためにボードを設計
- 一般的な垂直実装のTRSソケットは、プラグ先端とPCB平面の間の余裕がほとんどない
- スルーピンが十分長かったためソケットを基板から持ち上げることができ、1.6mmのFR4基板が高さ約1.47mmのAS5600用スペーサーのように機能した
- 2つ目のソケットフットプリントにはチップ用の切り欠きを入れた
- PCB外形は2mmエンドミルを念頭にKiCadで正確にモデリングし、基板メーカーが内部コーナーを恣意的に解釈しないようにした
表示と入力保護回路
- ボードにはCH32V003と複数のLEDを追加し、値を表示できるようにした
- 0–5V信号を0–3.3Vに下げるため、クランプダイオードと約100Kの入力インピーダンスを入れた
- エンコーダチップがソケット下に埋もれるため、必要時に各ピンをプロービングできるよう下側パッドも追加した
- 製作したPCBは中国に発注し、その後組み立てとテストを行った
組み立てと動作確認
- 組み立て時は、AS5600がパッド中央に正確に来るよう特に注意した
- ボードの下側部分を切り離してタブを整えた後、位置合わせピンの位置にワイヤをはんだ付けして上側ボードと結合した
- その上にTRSソケットをはんだ付けしてソケット下の磁気センサー構造を完成させた
- CH32V003のプログラミングは一般的な手順で進め、I2C、ADC、LEDグラフ表示を調整した
- AS5600の磁場強度値でノブの存在有無を検知できる
- 磁石ノブ接続時の強度は最大4095スケールで約2000
- 通常のパッチケーブルは0または時々1
- 通常のケーブルはおおむね非鉄金属で作られており、誤認はなかった
実製品化する際の限界
- プロトタイプの結果には満足しているが、この方式をさらに発展させる計画はない
- 実際のモジュラーシンセサイザーで使うには、すべてのコントロールに同じ原理を適用してこそ価値が大きくなり、そうすると他人のモジュールを使いにくくなる
- 既存モジュールは実際のポテンショメータを前提としていることが多く、電圧しか作れないエンコーダでは容易に移植しにくい
- 電圧制御ポテンショメータと組み合わせれば動作できるが、コストはさらに増える
- 特許は費用がかかり、進める意思もないため試していない
- 磁気方式の商業的可能性は不確実だが、同軸TRSジャック付きポテンショメータは既存回路図を変えずに済み、ハイブリッドノブを見た目で区別できるため、より現実的な機械式解法だと見ている
- プロジェクトのハードウェアとソフトウェアのソースは github と git.mitxela.com で公開されている
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
どんなノブでも外してパッチケーブルに替えられ、どんなジャックにもノブを挿して固定値を決められるシンセサイザー、という夢もいいですが、もっと良いのはノブ＋ジャック一体型です。
ケーブルが挿さっていればノブが入力のアッテネーターとして動作し、そうでなければ独立したノブとして動作する方式で、かなり一般的な設計だと理解しています。
アッテネーター内蔵のパッチケーブルも見たことがあります。
たいてい必要な入力にはアッテネーターがあり、そのアッテネーターは小さなスティック型ノブになっています。
一方、モジュールの中核機能にはより大きなノブを使っています。
例: https://intellijel.com/downloads/manuals/rubicon_manual.pdf
最も有用なのはジャック＋オフセット＋アッテネーターの組み合わせですが、ほとんどのモジュールはスペースの都合でどちらか一方だけを選びます。
プラグとノブ1つの組み合わせに、信じられないほど多くの機能を詰め込んでいます。
気に入っていますが、良いモジュールにはすでにあらゆるものにノブとジャックがあります。
ジャックに制御電圧が入ると、ノブはアッテネーターまたはアッテヌバーターとして動作します。
そのため、こうしたモジュールは総じて大きくなり、Make Noiseはたいていこのように設計しているので、他社よりモジュールが一貫して大きいです。
Mathsを見ると、スロープジェネレーターでありミキサーでもあって非常に大きいのですが、パッチでプログラム可能なので皆持っています。
Eurorackの問題は、パッチでプログラム可能にするよりも、小さなスペースに機能を詰め込みすぎようとするところにあります。
そのため複数のモードを持つモジュールが多く、ボタンやノブの意味が現在の「ページ」によって変わります。
そういうものは大嫌いで、そうしたモジュールを試すたびに、ほとんど結局は売ることになります。
Eurorackの本質はインターフェースだ、というのはその通りです。
何かを別の何かに挿すことがすべてです。
隠れた状態を持つモジュールは、今どんな状態なのか、ノブが何を意味するのかを忘れてしまい、結局避けるようになります。
ケーブルとノブがあれば、システム全体の状態が目で見えます。
スパゲッティにならないようケーブル管理は必要ですが、コードでもすでに似たようなことをしているので、大きく違いません。
何か見落としているのでなければ、単に3.5mm TSジャックの後ろの同軸上に可変抵抗を付ければいいのでは、と思います。
多くの3.5mmジャックは後ろが開いているので、ノブの軸を長くし、その軸が可変抵抗とかみ合うようにできます。
あるいはEurorackが制御電圧入力にTSジャックを使っているのなら、モジュールにTRSジャックを使えば余分なRピンができ、そこに着脱式の可変抵抗＋ノブを接続できます。
通常のTSケーブルもそのまま挿せます。
ただし、記事では「TRS」をゆるく使っていて実質的に「TS」を意味していますが、ここでは文字通りに区別して話しています。
大きな欠点であり利点でもあるのは、ノブを正しい向きに挿さないと軸の先端が可変抵抗のスロットに合わない点でしょう。
少し面倒かもしれませんが、逆にノブを抜いても可変抵抗は状態を保ち、ノブを挿すときにうっかり値を変えてしまうこともありません。
揚げ足取りに揚げ足を取り返すなら、ノブの軸は15mmより長くなければならないのでは、と思います。
「3.5mm」は小型T(R)Sジャックの長さではなく直径です。
興味深いアイデアで、実装も本当に賢いですが、症状ではなく原因を見るべきだと思います。
症状は、一部のジャックに対応するノブがないことです。原因は、モジュール設計者やユーザーが小型化にこだわりすぎていることにあります。
本来ノブがあるべきパラメーターなのに、小さくするために省いてしまったのなら設計者の責任ですし、ノブで設定したDC電圧を出力するモジュールを1つ入れるスペースすらないほどケースをぎゅうぎゅうに使おうとしているのならユーザーの責任です。
そうした機能を持つモジュールはたくさんあり、反転アッテネートまでできるものも多く、かなり小さいものもあります。
よく挙げる例はE-muの機材です。
70年代に大型モジュラーを作る会社として始まり、約10年間サンプラー／ROMpler分野を支配した後、ドットコム・ブームの時期に破綻してCreativeに吸収されました。
E-muシンセサイザーの良いところは、ほぼすべてが大きなモジュレーション・マトリクスを備えていた点ですが、ROMplerの2行LCDのせいでユーザーはしばしば不満を感じていました。
ところが、モジュレーション先から奇妙に抜けていたのがフィルター・レゾナンスでした。
後期のモジュールはフィルター種類が非常に多かったものの、計算効率のため、ノートが再生されている間にレゾナンスを調整できませんでした。
パネルで操作する場合は、たいていQよりカットオフを動かしたがるので大きな問題ではありませんでしたが、これをモジュレートできないことがフィルター設計の限界を偶然露呈していました。
機材を選ぶときは「全部モジュレートさせてほしい」派ですが、同時に柔軟性を抑え、良い音が出やすいポイントを最大化した個性の強いシンセサイザー設計もかなり尊重しています。
ときには音色の範囲が限られていても、その範囲内で非常に一貫して反応し、「悪い音を出しにくい」楽器のほうが良いこともあります。
確かに興味深いアイデアだけど、実際にノブを回したときの手触りがどうなのか気になる
抵抗がほとんどない、あるいはなさそうに見えるので、ライブ演奏のように素早く正確な動きが必要な状況ではかなり難しくなりそう
大きなボーナスになりそうなのは、ソフトウェアで設定できる抵抗感、つまり電気的な抵抗ではなく物理的な抵抗感だと思う
DIYモジュールを作りながら、ちょうどいいノブを探したり既存ノブの抵抗感を調整する方法を探したりするのにかなり時間を使ったけど、それをデジタル制御できるなら、まったく新しい楽しさが生まれそう
この方式はディスプレイや装飾要素を抜きにしても複雑度が高いので、コストのせいで頻繁に使われるのは難しいだろう
ただ、テンションの感触をソフトウェアで制御する必要性はあまり感じない
例えばRC航空機用の高級デュアルジョイスティック無線送信機をいくつか持っているけど、かなり高価なホール効果ジョイスティック機構を使っていて、良い製品は底面から軸ごとにテンションを調整できる
こういう送信機でも、アーケード筐体でも、高級コンソールゲームコントローラーでも、一度好みに合わせてテンションを設定したら、また変えたいとは思わない
だからEuroKnobにテンションがまったくないなら、グラグラするノブほどひどいものもなかなかないだろうけど、個人的には単純な摩擦ベースのドラッグ調整で十分だと思う
ここで止める理由があるのかと思う
実質的に1次元の回転式可変抵抗を作ったわけだから、ゲームコントローラーのアナログ親指スティックのように2次元を加えることもできる
ひねれる親指スティック付きのコントローラーがあるのかも気になる
他のコメントにあるように、これもジャックになり得るので、ジャック・ノブ・アナログスティックが可能だ
そこでなぜ止まる
リニア可変抵抗やスライダーの上に載せることもできる
そこでなぜ止まる、助けてくれ
差し込める回転式アナログスティックジャックのスタックをデイジーチェーンすることもできる
狂気が彼を飲み込んだ
Doepfer a-174-4やIntellijel Planarが思い浮かぶし、Doepferはノブをひねって第3の信号も作る
例えばKomplete Kontrol SシリーズMIDIコントローラーのメインノブ（[https://www.native-instruments.com/en/products/komplete/keyb...](https://www.native-instruments.com/en/products/komplete/keyboards/kontrol-s49-s61-s88/））は、ロータリーエンコーダー、4方向入力、押しボタン、LED表示リングを組み合わせている
S61を持っているけど、このノブの実装はとても直感的で反応がよく、実用的だ
正確に言うと、球状ベース上のジョイスティックにひねれるノブが付いている形ではなく、埋め込み型ノブを上下左右に少し押すと、それぞれの方向で気持ちのいいクリック感がある方式だ
まだ高級MIDIコントローラーキーボードを実際に触れるよう展示している楽器店があるなら、ぜひ試してみることを勧めたい
EuroKnobにも同じアイデアを提案しようと思って来た
4方向入力は基本的にゲームコントローラーでよく使われる方向パッドモジュールで、こうした回転ノブ＋方向入力の操作は非常に効果的だと思う
ただし重要な注意点が一つある
こういう操作系もひどく実装されることがあり、S61が優れているのと同じくらい、悪い実装を見た機器もあった
応答性と触覚フィードバックの良い組み合わせに仕上げるには、ある程度の工学的な繊細さが必要らしい
回転ノブとリニアスライダーを組み合わせたアイデアも実際に見たことはあるが、極めて珍しい
実際に触った立場から言うと、珍しい理由は単に悪いからではなく、特別に悪いからだと確認できる
それぞれ単体では非常にうまく機能する2つの操作系を1つに合体させると、予想外にひどいものになる
CubaseがまだAtari STでデモされていた頃、ずっと昔のNAMMショーの奥にあった小さなブースで、名前も知らない会社のカスタムミキサーを触ったことがあるが、ミキサーのスライダーの上に回転ノブが付いていた
2つのパラメーターを同時に調整しようとした瞬間、反射的に手を引っ込めて「うげっ！」みたいな声を出した気がする
普通、新しいインターフェースのアイデアを試すときは礼儀を保つものだけど、手首と肘という別々の関節で、精密だが方向性の違う2つの比例動作を同時に組み合わせようとすることには、人間にとって深く不自然な何かがある
あまりに妙に間違った感触で、人間工学の運動学者が「人間はこれを絶対にしないよう進化した」という受賞論文でも書いていそうだった
それでも、2つのアイデアのうち1つでも当たっていれば良い日だ
興味深くはあるけれど、Eurorack にはまだハマっていない
人々が本当にミキシングデスクの上にパッチケーブルだけでなく、ノブまで大量に置きたいのか気になる
Eurorack とモジュラーシンセサイザー全般は、ギターペダルのように少し不思議なものに思える
実際に演奏するより、いじっている時間のほうがずっと長い愛好家が多いように見える
YouTube で Rick Beato とゲストたちを見ていると、多くのミュージシャンはむしろシンプルさを求めているようだ
たとえば音の良いペダルをいくつか、理想的にはそれぞれノブが1つか2つだけ、という感じ
シンセサイザー愛好家はまったく別の考え方なのかもしれないが
逆に、一部のパッチ穴がノブになっていれば、実際にパッチを組まなくても回してみて、モジュレーションするかどうか評価できてよさそうだとも思った
こういうノブのアイデアは、基本的にパッチのプロトタイピングにとても役立つ可能性がある
コミュニティの大きな部分が、音楽作りというよりはいじることに近いというのは確かにその通り
ただプログラミングも同じで、コミュニティの大きな部分は問題解決よりもコーディングそのものにある
それでいい。動機は人それぞれだから
個人的に有益だったのは、モジュラーシンセサイザーをいじっているけれど実際の音楽を作ったり演奏したりしない人たちよりも、まずアーティストで、たまたまモジュラーシンセサイザーを使っている人たちとつながることだった
Eurorack にハマっていないとのことで何より
友人に1か月前この暗い深淵へ引きずり込まれたのだが、楽しいことも多いし、気が散ることも多い
私が住む Barcelona にはモジュラーシンセサイザーのコミュニティが活発にあって助かっている
ただ高価だし、VCVRack は同じ体験には近づけない
そうなると結局、音楽を演奏しているのかもしれない
録音してトラックを出さなければ「間違って」やっている、という考えは少しおかしい
ギターをつま弾いたり、ピアノでコードをいくつか弾いたりして録音しないことも、ずっと「普通にあり」の趣味だったし、「非音楽的」とは見なされなかった
シンセサイザーやシーケンサーで遊ぶのも変わらない
ミュージシャンはこのスペクトラム全体に分布している
両極端のどちらも非常によく見られるし、「本業」の音楽といじることを分けている人もかなり多い
成功しているミュージシャンの中にも、いじるのが好きで常に新しいインスピレーションを探している人は多かった
優れた職人のように自分の道具にある程度の誇りを持ち、電子工学の方面へどれほど技術的に深く入り込むのかを見て驚いたことも多い
有名ミュージシャンの Reverb オークションが出たとき、ポップパンクバンドのベーシストが奇妙なシンセサイザーを大量に持っていたと知るのはいつも面白い
シンプルな1〜2ノブのペダルも大きな領域ではあるが、非常に複雑なモデリング設定やさまざまな機材を持ってツアーするプロも非常に多い
ある地点に達すると、自分が欲しい音が何かを正確に理解するようになり、それに合わせられる能力が重要になる
バンド環境ではシンプルさに引かれるが、頭の中で聞こえている音に合わせるためにノブ10個のドライブペダルを欲しがる人も多く知っている
ある予告編で、モジュール制作者が「シンセサイザーで実際に音楽を作る人だけがモジュールを買うのなら、自分は破産するだろう」という趣旨のことを言っていた気がする
今はその予告編を見つけられなかったか、十分注意して見られていない
YouTube には複数の予告編がある
https://www.youtube.com/watch?v=rQSxqha62j0
愛好家が実際の演奏よりもいじることを多くしているというのは「サウンドデザイン」と呼ばれる
以前とは少しも同じではないノコギリ波ベースの音色がぴったり決まらないと、曲を始められない
「どのジャックにもノブを差し込んで固定値を設定できる」という部分を見て、ノブの中に小さな加速度計・MCU・バッテリーを入れ、重力に対するノブの向きに応じて通常のプラグから何らかの出力信号を作る方式から始めなかったのは少し意外だった
プラグの中に電子回路を入れるのは、ほとんど mitxela のトレードマークに近い
https://mitxela.com/projects/flash_synth
既存のソケットにそのまま挿せるなら買いそう
バッテリーで50〜100時間はいけそうだが、機械式時計のように巻いて使う方式も可能なのか気になる
そのうえノブ、ジャック、プラグがたくさん必要になる
ホール効果センサー1つでもコスト面で適正なポイントを外れる可能性がある
その考えが浮かんだとき、私もそう見た
「美しい夢だ。とても高価だが美しい夢だ」という言葉は正しいかもしれないが、私にとって高価なものが他の人には端金かもしれない
ところがどこにも価格が見当たらず、それを理解するのがとても難しかった
価格を尋ねなければならないなら私には高いのだろうが、フルオプションの MacPro を買えないとしても、少なくとも数字は見られる
本当にすっきりして見えるし、作るのも楽しいプロジェクトになりそう
ただ、これをあらゆるものに自然に合わせるのは難しいと思う
特定のコントロールに単にノブとジャックを置くより、確実に多くの労力と作業が必要になる
特に通常の慣例では、ノブが値を制御し、ジャックが挿さると同じノブがその信号のアッテネーターとして動作する
設計をきちんと理解できるよう、回路図の画像か PDF があればよかった
GitHub では見られるが、このコンピューターには KiCad がインストールされていない
特にノーマライズ動作が気になる
可変抵抗ではない信号がジャックに挿さったとき、その信号がそのまま通るのか、それともこのチップを経由しなければならないのか知りたい
これを動作させるには3V電源を供給しなければならない点も、一般的な Eurorack 回路で有用性を持たせるには追加要件になる
完全な欠格理由ではないが、設計に追加要件と部品を加えることになる
いずれにせよ本当に素晴らしいアイデアだ