Гитара-синтезатор: как это работает⁠⁠

Привет, Пикабу! Меня зовут Макс и я CTO/co-founder NoLi Music. Изначально у нас была идея воспроизвести кнопки как на Yamaha, но мы сразу упёрлись в несколько ограничений:

Во-первых, Yamaha обладала мембранной клавиатурой, как на пультах от телевизора или некоторых компьютерных, ощущения от игры получаются как от игры на пульте от телека - ты что-то зажимаешь и надеешься, что не наткнёшься на плохой канал. Тактильные ощущения совсем не те - есть “щелчок”, клавиши приходится зажимать сравнительно сильно, делать слайды неудобно.

Во-вторых, на клавишах невозможно делать некоторые гитарные приёмы, такие как вибрато - это когда ты зажимаешь струну, дёргаешь её и отклоняешь на грифе в стороны, создавая “вибрирующий” звук. Бенд - “эффект блюзмена” - тем более не выйдет. Для этого нужно потянуть струну ещё сильнее, сдвинув на половину грифа.

Сначала у нас родилась “гениальная” идея - мы решили сделать кнопки магнитными. Это когда на грифе прикреплён магнит, а над ним в маленьких тубусах левитируют магниты, удерживающие кнопки. Мы собрали прототип одной такой кнопки; он продемонстрировал отличное плавное нажатие без щелчка, а главное, что силу нажатия можно было легко регулировать, просто заменяя магниты. Так мы планировали подобрать идеальное усилие и даже думали выпускать несколько вариантов грифа, soft, medium, hard, благо гитара у нас модульная и гриф легко отсоединяется и заменяется на другой с универсальным коннектором.

Но эти кнопки всё ещё не могли дать того же опыта, что дают обычные струны. Многие музыканты, которые пробовали играть на прототипе, говорили, что всё круто, но кнопки ощущаются как-то не так. Будто бы ты играешь не на гитаре, а на пианино в виде гитары.

Было ясно, что нужно что-то другое.

И вот, в какой-то момент я просыпаюсь с простой, в общем-то, идеей: самый простой способ воспроизвести струны - это использовать струны.

Во время двухдневного брейншторма с нашим инженером мы придумали концепт, который может реализовать это. Мы думали о разных технологиях, вплоть до сенсорного экрана или датчика, но в результате выбрали и продумали концепт, о котором расскажем чуть позже.

Сейчас могу сказать только одно: в итоге у нас используются обычные струны, только зажать их можно лёгким прикосновением, так как звук из них извлекается не за счет акустических колебаний, а полностью электронно.

Словами не передать, как окрылённо мы себя чувствовали! Мы только что придумали, как сделать так, чтобы гитара была полностью аналогична обычной “электрухе”, только гораздо лучше. Конечно, впереди ещё очень большой путь, но мы сделали первый шаг, чтобы перевернуть мир музыки и сделать с обычными электрогитарами то же, что синтезаторы сделали с пианино: оставить их удёлом ценителей.

Мы сразу же бросили разработку грифа на кнопках, через 4 дня был готов proof-of-concept прототип, который демонстрировал работоспособность идеи “в металле” - наша штука весело мигала лампочками каждый раз, когда мы зажимали струну, и данные приходили в нужном формате.

Осталось всего-ничего – превратить это

в это

Конечно же, все думали, что процесс займет максимум пару недель. Спустя 2 месяца работы (инженер работал почти круглосуточно) и 3,5 прототипа мы, наконец, ЗАКАНЧИВАЕМ полноразмерный гриф.

Это было чертовски больно. В первую очередь потому, что мы обещали всем показать рабочий прототип ещё в январе. Вот они, прелести итеративной разработки, можно сказать, Elon Time.

В общем, теперь гитара представляет из себя вот такую штуку:

Есть дека, она же - корпус гитары.

В ней расположена вся основная начинка:

Центральная часть гитары - “мозги”. Сначала мы пробовали сделать всё на микроэлектронике, контроллеры, суровые 2кб оперативки, вот это всё. Но знаете что, Пикабу? Ну его. Мы выбрали Raspberry PI Zero. В нём чуть менее суровые 2гб оперативки, возможность писать на высокоуровневых языках, полноценная ОС (никогда не забуду лицо своего кота, когда он смотрел, как я выхожу в интернет, подключив гитару к телевизору по HDMI), а главное - Raspberry стоит всего около 1500 рублей даже в розницу, что получается дешевле плат от STM.

К “мозгам” подключается отдельная звуковая карта, цепь усиления и динамик. Динамик мы искали максимально качественный, но нашли какой нашли (если есть на примете хорошие динамики до 10см в диаметре - будем очень признательны увидеть советы в комментах). Питает всё это дело наша новая цепь питания, состоящая из акума, выключателей, стабилизатора и портов. Цепи разведены на два вольтажа - один для распберри, другой для динамика (он требует 10-12 вольт).

Сверху, прямо над малинкой, располагается модуль струн для ведущей руки, т.е. правой, если вы - правша. Струны различают силу удара по ним и выдают разный по мощности сигнал. Ещё они оснащены ёмкостным сопротивлением, которое позволяет нам чувствовать прикосновение к струне и, например, играть бой с глушением.

Из распберри есть выход на сенсорный экран, на котором происходит всё взаимодействие с устройством - выбор семплов, режимов игры, коннект с приложением и интерактивный обучающий режим. Пока тут рассказать особо нечего, так что закончим нашу экскурсию на коннекторе для грифа. Он представляет собой VGA-подобный разъем (пока что) и клипсы, которые мы печатаем сами на 3D-принтере. Гриф состоит из платы, корпуса, крышки и механики струн. О нём я рассказывал ранее.

Сейчас мы заканчиваем работу над грифом и занимаемся эргономикой и оптимизацией корпуса - хотим максимально продумать логистику проводов и уменьшить вес и размеры настолько, насколько это возможно.

Ах, да. Наш гриф, в отличие от грифа Ямахи, будет состоять из 17 (а не 12) полноценных ладов, и будет иметь возможность транспонирования (смещения) вверх или вниз по нотному стану. 17 ладов мы выбрали как разумный компромисс между размерами (22 всё же слишком много для компактного инструмента, да и стоить будет дороже) и желанием людей запиливать соляки выше 12 лада. По моему опыту, ладами после 17 пользуется уж очень мало людей, хотя и им, если что, мы дадим возможность реализовать своего маленького Джимми Хендрикса другим способом. Предлагайте, кстати, свои идеи. Самая оригинальная будет удостоена специальной премии “небанальный гитарист” - можем подарить вам укулеле с автографом :)

p.s. Рычажок, настраиваемый с сенсорного экрана, не предлагать, эту идею мы обдумываем и сами :)

Я мог бы рассказать ещё очень много, благо есть о чём: приложение, софт, серверная и девопс часть (обновление прошивки по интернету и CI/CD к железке - не самая скучная тема), но об этом потом, и так получилось довольно много текста.