Creați muzică MIDI musculară: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Ori de câte ori sistemul nervos trebuie să facă o mișcare, acesta trimite semnale electrice mici prin neuroni pentru a vă controla mușchii. Tehnica electromiografiei (EMG) ne permite să amplificăm și să măsurăm aceste semnale electrice. În plus față de a fi un instrument clinic util pentru diagnosticarea diferitelor tulburări neurologice, înregistrările EMG au fost utilizate mai recent pentru controlul dispozitivelor protetice.

În speranța de a mă familiariza cu tehnicile de amplificare și înregistrare EMG, m-am gândit că ar fi distractiv să construiesc un amplificator EMG pe care să îl pot folosi apoi ca semnal de control pentru un alt dispozitiv. În loc să controlez un braț protetic, am decis să încorporez interesele mele în muzică și am folosit semnalele EMG pentru a controla un dispozitiv MIDI. MIDI înseamnă Music Instrument Digital Interface și este protocolul standard pentru trimiterea și primirea de semnale muzicale pe cale electronică.

Cunoștințe de bază

Acest instructabil include plăcerea unui circuit, lipirea câtorva fire, programarea unui Arduino și interfața cu un dispozitiv MIDI. Dacă nu aveți o parte din acest fundal necesar, vă recomand să consultați câteva dintre clasele / Instrucțiunile de mai jos:

Circuite

Arduino

MIDI

Notă de siguranță

Acest proiect implică conectarea la un circuit electric. Luați toate măsurile de siguranță necesare. Această lucrare de la Delsys are o secțiune despre siguranța electrică, precum și o descriere utilă a tehnicilor EMG în general. Vom scoate circuitul din două baterii de 9V; în niciun moment circuitul dvs. (mai ales atunci când sunteți conectat la acesta) nu ar trebui să fie conectat la curent alternativ de la perete.

Pasul 1: Prezentare generală a proiectului și lista pieselor

Proiectul nostru este compus din trei componente principale:

1.) Amplificatorul EMG, 2.) Arduino și 3.) dispozitivul MIDI.

1. Vom construi amplificatorul EMG pe o placă de calcul. Dacă sunteți interesat de o privire mai aprofundată asupra științei din spatele amplificatorului EMG și pași mai detaliați despre cum să vă construiți propriul, consultați amplificatorul audio EMG Instructable.
2. Vom alimenta Arduino din aceleași baterii de 9V care alimentează amplificatorul EMG. Cea mai mare parte a lucrului cu Arduino va fi din partea software-ului.
3. Am folosit un iPhone care rulează Garageband ca dispozitiv MIDI. Arduino va trimite semnale MIDI standard printr-un cablu MIDI standard, astfel încât orice dispozitiv MIDI ar trebui să funcționeze în locul iPhone-ului.

Părți

• (2x) LT1167 (amplificator de instrumentație)
• (2x) LT1112 (sau orice cip dual op-amp)
• (1x) LM386N (amplificator audio)
• (5x) Electrozi EMG de suprafață (doi pe mușchi și unul pentru referință) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (sau orice dispozitiv MIDI)

  Cablu adaptor MIDI-iPhone (dacă utilizați un iPhone) (Amazon)

• Diferite rezistențe, condensatori și fire jumper
• Breadboard (Amazon)
• (2x) baterie de 9V

Instrumente

• Fier de lipit (Amazon)
• Decapanti de sârmă
• Tuburi termocontractabile
• Bandă electrică

Pasul 2: Asamblați amplificatorul EMG

Pentru un tutorial mai detaliat despre cum să construiți amplificatorul EMG, consultați amplificatorul audio EMG Instructable.

Vom construi un amplificator EMG capabil să amplifice două canale EMG. Vom folosi un amplificator de instrumentare LT1167 pe canal. Foaia de date LT1167 conține în mod util o schemă pentru un „Amplificator de impuls nervos”, pe care îl vom urma în acest pas.

Asamblați circuitul

Pe panou, asamblați două copii ale amplificatorului de impuls nervos prezentat mai sus. Imaginile circuitului meu asamblat ar trebui să vă ajute să vă îndrumați spre obiectivul final. Am adăugat filtre pasive de ordinul 1, low-pass la ieșirea fiecărui amplificator pentru a reduce zgomotul. Dacă doriți să le adăugați la circuitul dvs., am folosit un rezistor de 1 kΩ cu un condensator de 0,047 μF pentru o frecvență de întrerupere de aproximativ 2, 000 Hz.

Putere

Vom opri circuitul a două baterii de 9V. LT1167 are nevoie de + V și -V (deoarece semnalul sursă EMG are atât valori pozitive, cât și negative), așa că vom conecta pinul minus al bateriei + V la pinul plus al bateriei -V. Pinul minus al bateriei -V devine valoarea -V. Când utilizați două baterii de 9V, veți termina cu + V și -V fiind egale cu +9 și respectiv -9 volți.

Pasul următor acoperă amplasarea electrozilor mai detaliat. Electrodul de referință se conectează la pinul 1 al unuia dintre amplificatorii de instrumentație, iar perechile de electrod muscular se conectează la pinii 2 și 3 de pe amplificatorii de instrumentație. Orientarea +/- a electrozilor nu contează.

Notă: Dacă circuitul dvs. nu funcționează, probabil că ați făcut ceva greșit! O tehnică bună pentru a găsi o greșeală într-un circuit este să extrageți schema circuitului pe care l-ați asamblat efectiv pe placa dvs. și să o comparați cu schema originală. În acest proces este posibil să găsiți o eroare (așa cum am făcut-o de multe ori).

Pasul 3: Pregătiți electrozii

După cum am menționat mai sus, vom avea nevoie de un total de cinci electrozi pentru acest proiect. Înregistrările EMG sunt efectuate cu un amplificator diferențial, ceea ce înseamnă că amplificăm diferența dintre două puncte de referință pe mușchi. Aceasta înseamnă că vom avea nevoie de doi electrozi per mușchi. În plus, avem nevoie de o singură referință pentru activitatea musculară care trebuie măsurată în raport cu. Iată un link către niște electrozi EMG de suprafață vânduți pe Amazon. Tipul exact de electrod nu este prea important pentru scopurile noastre.

Așa cum am arătat în imaginea de mai sus, așezați doi electrozi pe marginea interioară a fiecărui antebraț, paralel cu lungimea mușchiului și separați cu aproximativ 2 cm. Așezați electrodul de referință pe partea osoasă a unuia dintre coate, departe de electrozii de pe mușchi.

Perechi de sârmă răsucite

De asemenea, veți dori să răsuciți firele de pe perechile dvs. de electrozi, așa cum se arată mai sus. În plus față de curățarea mizeria din jurul circuitului, perechile de fire răsucite ajută la reducerea zgomotului electric preluat de electrozi. Prin alternarea poziției firelor înainte și înapoi, orice interferență electromagnetică externă (de ex. 60 Hz de la rețea) va afecta firele o cantitate egală. Amplificatorul diferențial va elimina apoi acest semnal comun de zgomot.

Pasul 4: Amplificator audio (opțional)

Dacă sunteți interesat să ascultați semnalul EMG brut (fără MIDI), puteți adăuga un amplificator audio la circuitul dvs. EMG. Utilizați un cip amplificator audio LM386N și rezistențele și condensatoarele necesare pentru a asambla circuitul prezentat mai sus. Videoclipul de mai sus demonstrează cum sună un semnal EMG brut (bine, există câteva filtre în circuit, dar este în mare parte brut).

Deși acest pas nu este necesar pentru declanșarea semnalelor MIDI, vă sugerez să încercați. Ascultarea semnalului EMG poate fi o tehnică foarte utilă pentru depanarea și depanarea sistemului. De exemplu, dacă există o interferență puternică de 60 Hz de la rețeaua de alimentare, o veți putea auzi mult mai ușor decât ați putea să o detectați atunci când eșantionați semnalul cu Arduino.

Audio-ul din videoclipul meu se taie puțin, dar este un exemplu destul de decent despre cum ar trebui să sune un semnal EMG curat.

Pasul 5: Pregătiți componentele MIDI

Pentru a trimite semnal MIDI de la Arduino la dispozitivul MIDI, trebuie să lipim una dintre mufele MIDI feminine. Ar trebui să consultați primul meu instructabil pentru un tutorial mai amănunțit despre configurarea MIDI pe Arduino.

Iată pașii:

1. Lipiți un rezistor de 220 Ω la pinul 4 al conectorului MIDI.
2. Lipiți un fir de 10 cm de la rezistor la conectorul Tx de pe Arduino.
3. Lipiți un fir lung de 10 cm la pinul 2 și conectați-l la masă pe Arduino.
4. Lipiți un fir lung de 10 cm la pinul 5 și conectați-l la 5V pe Arduino.

Odată ce ați asamblat amplificatorul EMG și ați pregătit cablul MIDI-iPhone, utilizați două fire jumper pentru a trimite ieșirile amplificatoarelor de instrumentație la pinii A4 și A5 de pe Arduino.

Pasul 6: Scrieți codul Arduino

Conducta de bază pentru codul Arduino este după cum urmează:

1. Măsurați nivelul de zgomot de bază pentru ambele canale EMG
2. Buclați continuu, măsurând tensiunea fiecărui canal EMG
3. Dacă canalul EMG care controlează intensitatea notei trece pragul, declanșează o notă MIDI activată
4. Utilizați semnalul de pe celălalt canal EMG pentru a modula tonul notei

Vă încurajez să încercați să scrieți propriul cod Arduino pentru a procesa semnalele EMG. Știu sigur că există o schemă de control mai bună acolo decât ceea ce am îmbrăcat împreună! Dacă doriți să începeți cu codul meu, nu ezitați să îl descărcați aici. Puteți verifica depozitul meu GitHub pentru a vedea diversele iterații ale codului meu în timp ce lucram la proiect.

Pasul 7: Puneți totul împreună

Dacă totul a decurs conform planului, ar trebui să puteți controla dispozitivul MIDI utilizând semnalul de la propriii mușchi. Destul de incitant! Odată ce proiectul funcționează, puteți juca cu diferite scheme de control și puteți explora diferite sunete MIDI.

Spuneți-mi dacă încercați să creați unul dintre propriile dispozitive MIDI controlate de EMG! Mi-ar plăcea să aud cum merge și aș fi bucuros să vă ajut cu orice întrebări care apar pe parcurs. Noroc!

Premiul II la Concursul de senzori 2017