Piwi’s Midi DIY Wind controller / Breath controller Flute First Prototypes

DIY Wind Controller Midi Recorder/Flute. The first Test-Prototype.

–  expand picture gallery with RC1 and prototype 2 pictures. Expand Text.

First pic of the release Candidat 1, of my  Wind/Breath controller.

The flute is round about 40 cm long and has a weight of ~ 380 gram.

DigiFluteRC1_klein

Both Prototype 2 and the new RC1 will be build as a kit.

New Prototype 2:

New_MidiFlute_Front

I’am working on a kit with all the parts you need to build your own Midi Flute/Recorder. Most of the work is done. At the moment, i tested the quality of the printed parts. I evaluate different Mouthpieces and different Adapters, maybe to add a Bagpipe-bag instead a Mouthpiece, so it works like a Midi-Bagpipe :).

My wifes wooden Prototype 2 (painted in orange 🙂 ) This flute is much easier to build, cause you have room and an open case where you can install all the parts very easy. My wife has small hands, so she decided to have the sensorbuttons on the wide side of the flute. For me, i like it, to have the sensorbuttons on the smaller side of the Recorder. Size of the case is round about 4 x 4,6 cm at 50 cm length. This case has much room for a good accu-solution. You can insert a recharger-accu for mobiles for cheap rd. 5 Euro.

wooden_proto2

Prototype 1:

DIY midi wind controller

English

First impression:

The new prototype of the wind controller is now ready to play and works very well.

Pressure control is very smooth and very fast.

The added end 🙂 of the flute will be removed in the finished version. The mouth piece will be removed and a docking part will be added, where i can mount a mouthpiece that the musician prefers. My wife uses a more Alto recorder mouthpiece. I am happy with this constructed one.

Most all parts (except the electronics) are from a DIY store or self made.

Electronic is a  pressure sensor, a  cap sensor and a arduino pro mini compatible cpu board.

I tested the combination with a teensy 3.1 arm board instead of a arduino board, but this was not fast enough! ?!? I have to check it out later, cause i killed the board with a soldering action :(. The check will be done not with usb-midi, but with a hardware midi connector. May be, that this will be faster then.

The black box holds the accu and the midi connector. Both will be implemented in the finished version of the flute.

The pressure sensor is a i2c mini breakout board. To use it, you must wrappe the sensor with a case and connect the tube into the case. (Tube and connectors – Y-Connector / single connectors can be found in a pet shop or other shops selling Aquarium accessories). To avoid problems with moisture, it is better to cover the sensor (Breakout board) with a piece of goretex. The sensor has a build in temperature measurement, so it has temperature compensation on the pressure side. The board is very sensitive, so you must find a good balance at what level the action 🙂 begins.

The Cap Sensor is a i2c breakout board too, so you need only one set of cable (+2 cables, if you use interrupts) and cpu pins for both sensors.

All the boards are 3,3 V types, the midi connector must be adapted with 56 Ohm resistors instead 220 Ohm.

First i experimented with the normal usb-serial on the board and used hairless-midiserial, but this was not a real successfully thing. In some cases, the software strikes and cancelled the activity. (I will investigate that later). So i decided to use a standard midi connector instead. Thats better, cause many synths don’t have a usb-midi input for the flute. I use a Roland Sonic Cell synth, with excellent Breath controller patches from patchmanmusic. First i experimented with Software instruments from Garritan and the Aira player, but the reaction of the player was so slow, that i close down that activity. Also the instruments themselves do not meet my expectations. Test are running with Kontakt 5. First I will check the reaction time, later the quality of the instruments. I’ve checked the flute with Iphone/Player and the tablet versions of the synths and this worked very well. At the moment i do checks with Android tablets, but the software i found is not so finished/polished as the fruit software :). In many cases the usb-midi interface integration seems to be very slow.

As flute/recorder case, i use pvc water pipes. They are lightway and match perfect in size. For the finished version i must buy a band saw first, to cut the pipes accurate in half.

Don’t use to unflexible wires to solder the sensor buttons onto the electronic environment. If you do that, you must add a separat chamber to the flute holding the electronic ! (as you can see 🙂 ).

Features:

  • Direct access of 3 (5 Octaves Proto2) Octaves (Triplet (5/10 Proto2) from 10 octaves). Octaves can be moved up or down in the octave ranges. Start is on Midi 48 C3. So the standard octaves are from C2 to C4 (Proto1).
  • Transpose button / function.
  • German or Baroque flute fingering (one halftone button sep.).
  • Normal midi out interface.
  • Breath controller (with calibration function / auto calibration).
  • Midi : Switchable between Breath controller output (cc2), output with volume control (cc7) instead of Breath control,  General Midi 2 (Aftertouch) and General Midi with fixed volume (for study).
  • Capacitive sensor buttons (possible auto calibration, but works very well with the standard parameters.

To do :

  • Implementation of vibrato and pitchbend. (done)
  • Wifi connection
  • Some finetunings on the wind controller and GM-Midi parameters (done)
  • Add a save function and a reset to orginal function (done)
  • Print some Mouthpieces on my 3D printer (done)
  • Add a thumb holder for the right hand. (not needed)
  • Add some LED’S 🙂 and some switches (Setup/On/Off 🙂 ) and eventually a Display.. (switch done, LED/Display we will see at the end of the project)
  • May be move some buttons a little bit to another positions (will be checked on training) (done)
  • Paint brush the cases

If this project is finished, i will work on a Midi Trumpet and a Midi Trombone.

For the midi flute i am working on a demonstration video and some good audio samples.

Here are some soundchecks. There are some interferences on the recording, coming from my pc or the thousand cables laying around :).

Some words: My Software and my 3D-Models are not open-source. If you have questions i try to help you, but i give not away my software or stl-files etc…

Deutsch

Erster Eindruck:

Der neue Prototype des Blaswandlers (Wind Controller) ist nun spielbereit. Er funktioniert hervorragend.
Die Druckkontrolle des Pressure Sensors funktioniert sehr schnell und fein differenziert.

Das am unteren Ende der Flöte 🙂 angebaute Zusatzstück wird es in der fertigen Version nicht mehr geben. Das Mundstück wird so, wie es im Moment ist durch einen Adapter ersetzt, auf den die unterschiedlichsten Mundstücke aufgesetzt werden können, je nachdem was für ein Mundstück der Musizierende bevorzugt.

Meine Frau bevorzugt eher eine Art Flötenmundstück, ich bin eigentlich mit dem selbstgefertigten Mundstück ganz zufrieden.

Fast alle Teile (außer der Elektronik) sind vom Baumarkt oder diversen anderen Geschäften vor Ort bzw. selbst gefertigt.

Als Elektronik kommt ein Druck Sensor, ein Cap Sensor und ein, zu dem Arduino pro Mini,  kompatibles Board zum Einsatz.

Ich habe diese Kombination auch mit dem Teensy 3.1 ARM CPU-Board getestet, aber ich hatte ordentliche Geschwindigkeitsprobleme! Ich weiß noch nicht warum, das muss ich später austesten. Leider habe ich das Board bei einer Lötaktion eliminiert :(. Die Überprüfung werde ich ohne USB-Midi durchführen, eventuell ist das schneller.

Die auf den Bilder zu sehende schwarze Box beinhaltet nur den Akku und den Midi-Anschluss. Beides wird in der endgültigen Version der Flöte am Boden der Flöte integriert sein.

Der Druck Sensor ist ein i2c mini breakout Board. Um ihn vernünftig nutzen zu können, muss das Board in ein Gehäuse eingebaut werden, in welches dann der Schlauch für die Luft zugeführt wird (Schlauch und Y-Weichen etc.. fand ich in der Zubehörabteilung für Aquarien im Zoohandel/Zubehörhandel. Um Probleme mit Feuchtigkeit und Nässe zu vermeiden, ist es gut den Sensor mit einem Stück Goretex abzudecken. Das lässt die Luft herein, aber die Feuchtigkeit draußen.

Der Sensor hat Funktionen für Temperatur/Barometer/Höhenmesser. Er ist sehr empfindlich. Das Einstellen der Schwellwerte muss akkurat durchgeführt werden, um einerseits ein feines Spiel zu ermöglichen, andererseits aber die Datenmenge die an den Synth gesendet wird in Zaum zu halten.

Auch das CapSensor Modul, ist ein i2c Breakout Board. Das ermöglicht den Einsatz der Boards mit nur einem Kabelsatz (+ zwei Kabel, wenn Interuptsteuerung verwendet wird) an der CPU.

Alle Boards sind 3,3 V Typen. Dadurch ist es nötig, die Midi-Schnittstelle nicht wie üblich mit 220 Ohm, sonder mit 56 Ohm zu bestücken.

Ich habe zuerst mit der normalen USB-Seriellen und der Hairless-Midiserial Software experimentiert, aber das war nicht immer so wirklich von Erfolg gekrönt. In einigen Fällen streikte die Hairless Software und stellte ihre Aktivitäten ein (muss ich noch genauer untersuchen). So entschied ich mich dafür einen Standard Midi-Anschluss einzusetzen. Das ist besser, da ja viele Synthesizer keinen USB-Midi Hostanschluss für ein Instrument wie mein Flötchen 🙂 besitzen. Ich benutze zum Test den Roland Sonic Cell Synth mit excellenten Patches von patchmanmusic.com.

Ich habe mit den Softwareinstrumenten von Garritan experimentiert, war aber weder von der Geschwindigkeit des verwendeten Aria Players noch von dem Klang der Softwareinstrumente überzeugt. Da der Player so langsam auf das Instrument reagiert, habe ich die Aktivitäten mit Garritan eingestellt.

Im Moment teste ich die Geschwindigkeit von Kontakt 5, welches deutlich besser auf die Midi-Daten des Blaswandlers anspricht. Dann werde ich mir die Instrumente genauer anschauen. Patchmanmusic bietet für Kontakt 5 auch ausgewählte Instrumente an.

Ich habe die Flöte mit IPhone/IPod und IPad getestet. Es lief erstaunlich gut.

Die Tests mit Android Tablets und auch Win 8.1 Tablets sind nicht so erfolgreich gelaufen. Teilweise ist die Software bei weitem nicht so ausgereift wie bei der Früchtchen 🙂 Hardware und auch die Tablet-Hardware scheint nicht wirklich den Anforderungen zu genügen. Mir erscheint in vielen Modellen der zur Verfügung gestellte USB-Host Modus des Gerätes, sagen wir mal, noch nicht sehr ausgereift und ziemlich langsam (Trotz Monsterhardware – schnelle QuadCPU mit 2 GB Hauptspeicher, 64 GB Flash). Getestet habe ich die Androidversionen auf ca. 20 verschiedenen Tablets und Smartphones und Win 8.1 Tablets 2 Tablets und 2 Smartphones.

Als Gehäuse für die Flöte verwende ich im Moment PVC Abflußrohre (32 mm). Sie sind sehr leicht und passen perfekt in der Größe und Handhabung. Die Endversion der Flöte werde ich in zwei Varianten bauen. Einmal mit dieser Kunststoffhülle und einmal aus einem Rundholz, aber dafür muss ich erst noch eine Bandsäge besorgen um ordentlich gerade sägen zu können.

Wenn man zu steifes Kabel für die Sensoren verwendet, kann man die Electronik nicht in der Flöte verbauen, sondern muss ein extra Gehäuse für die Elektronik anflanschen. (Wie man bei meiner Flöte sehen kann *g 🙂 ).

Funktionen :

  • Direkter Zugriff auf 3 Oktaven Prototype1 / 5 Oktaven Prototype 2 (in einer Range von 10 Oktaven). Diese können als Dreifach- / Fünffachgruppe innerhalb der 10 Oktaven nach oben und unten geschoben werden. Start ist bei Midi 48 C3. Somit sind die drei standardmäßig zu erreichenden Oktaven von C2 bis C4 (Proto1).
  • Im Moment ist der Deutsche und der Barocke Fingersatz (plus ein HalbtonSensor) integriert. Weitere Fingersätze sind noch möglich.
  • Standard Midi-Out Schnittstelle.
  • Blaswandler mit Kalibrierungsfunktion und Autokalibrierung
  • Midioutput : Wechselbar zwischen Breath Controller Ausgabe auf cc2, Ausgabe als Volumecontrol anstatt  Breathcontrol auf cc7, General Midi2 (Aftertouch) und zum üben, General Midi mit einer fixen Lautstärke.
  • Kapazitive Sensorbuttons (mögliche Autokalibrierung, funktioniert aber hervorragend mit den Standardparametern).

Was ist noch zu tun:

  • Implementierung von Vibrato und Pitchbend (erledigt)
  • Wifi Anbindung
  • Einige Feineinstellungen des Blaswandlers und der GM-Midi Parameter (erledigt)
  • Einbau eine Speicherfunktion sowie einem Reset zum Originalzustand (erledigt)
  • 3D-Druck einiger unterschiedlicher Mundstücke (erledigt)
  • Anbringen eines Daumenhalters für die rechte Hand (nicht benötigt)
  • Anbau einiger Funktions LED’S und eine Schalter wie AN/AUS oder Setup. Eventuell Anschluss eines Displays. (Schalter erledigt, LEDs/Display wird sich am Ende des Projektes zeigen)
  • Eventuell müssen noch ein paar Sensorbuttons verschoben werden bzw. verschiebbar gemacht werden (wird sich beim Training zeigen / erledigt).
  • Produktion und Lackierung der Gehäuse (Test von Holz und Kunststoff)

Wenn das Projekt abgeschlossen ist und genug Instrumente für unsere Band hergestellt sind, werde ich mit dem Midi-Trompeten und Midi-Posaunenprojekten beginnen.

Hier sind noch ein paar Soundchecks. Diese haben aber ein paar Störungen in der Aufnahme, welche von meinem PC und 1000 herumliegenden Kabeln kommen :).

Der Schluckauf 🙂 in den Aufnahmen ist gewollt. Damit wollte ich untersuchen, wie der Blaswandler und das Mundstück auf meine gespielten Tii anspricht.

In eigener Sache: Meine Software und meine 3D-Modelle sind nicht Open Source. Wenn Sie Fragen haben versuche ich gerne zu helfen oder diskutiere gerne über Lösungsansätze, aber ich gebe nicht meine Software oder STL-Files heraus.

As embedded player

EnglishHorn:

Flute:

As normal links

EnglishHorn

FluteDemo

6 Responses to Piwi’s Midi DIY Wind controller / Breath controller Flute First Prototypes

  1. breuni says:

    Hallo Peter,

    ein wirklich tolles Projekt. Bin zufällig draufgestoßen auf der Suche nach Softwaresynths für mein Yamaha WX11. Ich hab die gleichen Erfahrungen wie du mit den IOS Synths gemacht. Nach Android-Synths suche ich aufgrund deiner Erfahrungen nicht mehr weiter.
    Cools Projekt.
    Es wäre wirklich toll, wenn du mit deinem Projekt am Ziel ankommst und ein Wind-Controller Kit anbieten kannst.
    Weiter so, bin gespannt,
    Gruß, Martin

    • admin says:

      Hallo Martin,

      das Kit wird es definitiv geben. Es gibt noch ein paar Dinge abzuklären, aber dann :). Die Entwicklung ist bis auf ein paar Kleinigkeiten abgeschlossen. Hauptsächlich bemühe ich mich im Moment darum, dass der Zusammenbau des Kits flüssig und ohne Probleme funktioniert. Ein bißchen Tüfteln ist eher noch bei den unterschiedlichen Gehäusen angesagt, die Produktion eines solchen dauert noch zu lang und Zeit ist Geld *g. Aber Lösungen sind schon in Sichtweite :).
      LG
      Peter

  2. Alexander says:

    Hello. I’ve made my own controller three years ago and now I’m making a better one. Would you mind sending me stl files of your case and, maybe, discuss some ideas? Write me an email, please. Thanks in advance.

  3. Erik Ellingsen says:

    Very impressive! Looking at doing something similar but in a retrofitted querflöte setup, may I ask what software you used to map touch sensor input to midi? Have you written a mapper yourself or did you find some package to adapt?

    • admin says:

      Hi Erik,
      I developed and implemented the software and mapping all by myself. It’s not only the mapping of a touch sensor to midi. You have to map and handle the breath, the octaves, emulations, vibration, pitch bend etc. too. I need round about 4 month to get the software running in a way, that I was satisfied with it. So, querflöte (transverse flute) is a little bit harder to manage. What is with the positions of the flaps? You need a good water proofed pressure sensor too, cause you may have no physical way, to let the incoming water dripple down. If you have questions, feel free to contact me. Peter

  4. Gordon Good says:

    The 3d printed instrument is just beautiful – congratulations on the wonderful craftsmanship, Peter!

    I’m surprised the Teensy gave you problems. I suspect there was some problem with the i2c bus, but if what you have works and sounds good, bravo!

    -Gordon

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