#vra8

■シンセカイリアルSP2でArduinoシンセの音出し

2/23（金・祝）に、プラムソニックのYasushi.Kさん主催の「シンセカイリアルSP2」が、池袋LIVE INN ROSAで開催されました。

前回はラズパイPicoシンセ「PRA32-U」を持っていきましたが、今回はPRA32-UのベースになったArduino Unoシンセ「VRA8-U type-16」の音を出しました。

コントロール番号を修正した特別版ファームウェアhttps://github.com/risgk/digital-synth-vra8-u/tree/special/for-s-1 を使用して、ローランドS-1でパラメータ調整や演奏を行いました。暗いところでも操作しやすいように、S-1のノブは白塗りにしました。

VRA8-U type-16はPWMでオーディオ出力しているので、ライブハウスのスピーカーの出音がとても不安でしたが……結果的にキレイに音が出て良かったです（一応、PRA32-Uも準備していました）。

私のパフォーマンスは、derpippoさんが動画をあげてくださっています。 https://twitter.com/derpism/status/1761380524734787921

今回も本当に楽しかったです！　ありがとうございました。6/14（金）開催予定のシンセカイリアルSP3にもぜひ参加したいです。

■浜松でサウンドプロダクト集団fffのワークショップを開催

2/24（土）に、GLOBAL WORK イオンモール浜松市野で、私が所属するサウンドプロダクト集団fff（ふふふ）のワークショップを開催しました。

fffサウンドラボ～音の探検隊、音で遊ぼう！～ https://kamoeartcenter.org/events/20240224-fff/

鴨江アートセンターのmoving branch企画のひとつで、2019年の「サウンドデザインファクトリー」で展示した楽器「Sound Pond（サウンドポンド）」を使ったワークショップでした。

ワークショップの中で、私も色々な音を発見できました。参加者の皆様、関係者の皆様、ありがとうございました。

■Kariya Micro Maker Faire 2024を見学

3/2（土）に、「Kariya Micro Maker Faire 2024」を見学してきました。出展者ではないので、久しぶりにゆっくり見ることができたMaker Faireでしたが、ステージイベントも面白くて時間が足りなくなり、残念ながら全部のブースをまわれませんでした。来年も参加したいです。

■Maker Faire Kyoto 2024にラズパイPicoシンセを出展

4/26（土）～27（日）に開催された「Maker Faire Kyoto 2024」に、「ISGK Instruments」名義で、ラズパイPico用フリーシンセサイザー「PRA32-U」を出展しました。

とても多くの方にブースにお越しいただき、ありがとうございました。出展者の方とも交流でき、とても楽しい2日間でした。

説明資料：https://risgk.github.io/digital-synth-pra32-u/MFKyoto2024_PRA32-U.pdf

メインの展示は「PRA32-U」のPWMオーディオ出力版で、ラズパイPicoといくつかの部品だけでシンセサイザーが作れることに驚きの声も多く、嬉しかったです。

また、単体で音色編集や簡易演奏できる「PRA32-U with Panel」のプロトタイプも展示しました。こちらの方が、ノブを回すことで音が変わることを理解しやすかったかも知れません。

現在、PRA32-Uの最新バージョンは2.3.1です。「PRA32-U with Panel」第1プロトタイプのオプション対応、ミュートピン非対応のDACを使った場合でもパラメーターのフラッシュ保存に対応、などの機能が加わっています。

ラズパイPico用フリーシンセPRA32-U

バージョンアップを続けています。最新はv2.2.2です。色々と変更していますが、代表的な新機能をあげてみます。

■PWMオーディオ出力オプションを正式サポート：PMICのモード変更や誤差拡散法の導入でノイズを低減できたので、正式サポート扱いにしました。これで、オーディオ用DAC（I2S DAC）基板がなくてもPRA32-Uを作れます（DACよりもノイズは多めです）。なお、LとRそれぞれでPWMを2チャンネルずつ使う「デュアルPWM」への対応も検討しましたが、いい感じに音質改善できなかったので諦めました。

■オシレーター1でサイン波の位相変調をサポート：要するに、簡易FM音源（2OP）の音を出せます。

■プログラム#8-15とフラッシュにパラメーターを保存する機能を追加：アプリ「PRA32-U CTRL」などでエディットしたパラメーターを本体のフラッシュメモリに保存できます。少しだけ、PCレスで運用しやすくなりました。ただし、フラッシュへの書き込み中にノイズが出てしまうので、ミュートピン非対応のDACやPWMオーディオの使用時はこの機能は使えません（対策を検討中）。Pimoroni「Pico Audio Pack」は大丈夫です。

■PRA32-Uの作り方：https://fabble.cc/risgk/digital-synth-pra32-u

リリースはしばらく先になりそうですが、OLEDディスプレイ・可変抵抗・タクトスイッチを使って、PRA32-U単独で全パラメーターをエディットできるようにする機能の設計を検討しています。他にも色々と追加したい機能があります。

Arduino Uno用フリーシンセVRA8-U (type-16)

久しぶりにバージョンアップしました。最新はv2.2.8です。

■コントロールチェンジのコントロール番号を改造しやすく：PRA32-Uで対応済みの内容の反映です。正式リリースではありませんが、以下のブランチはローランドS-1でVRA8-Uをコントロールしやすくしたものです：https://github.com/risgk/digital-synth-vra8-u/tree/special/for-s-1

Digital Synth PRA32-Uの紹介文：Raspberry Pi Picoとオーディオ用DAC基板（Pico Audio Packなど）を使った、誰でも作れるシンセサイザー（MIDI音源）です。ソースコードはフリーで、Arduino IDEを使って改造できます。最初のバージョンはArduino UNO R3用シンセサイザー「Digital Synth VRA8-U」を移植したもので、これをベースに改善や機能追加を進めています。

約1月前の前回投稿の直後に、Earle F. Philhower, IIIさんによるArduino-Pico、Adafruit TinyUSB、Arduino MIDI Libraryのおかげで、USB MIDIにも簡単に対応できました（オーディオへの影響も避けられています）。そこで、「PRA32-U」v0.1を公開しました（最新版はv0.1.1）。音はプロトタイプのデモ動画と同様で、シリアルMIDI制御にも対応しています。

https://github.com/risgk/digital-synth-pra32-u/releases/tag/v0.1.1

v0.1系は“「VRA8-U」によく似た音を出す”（ベタ移植）バージョンとして、最低限のメンテナンスを続けようと考えています。

その後、以下のような実装を行ってきました。まだまだ、やること／やりたいことがありますが、今年の10月にはv1をリリースしたいです。

オシレーターの線形補間精度を改善

波形テーブルのサンプル数、ビット数を増加

フィルターの計算精度を改善（ただし、乗算は32ビット×16ビットまでに留めている）

カットオフ周波数の変化幅を5オクターブから8オクターブに（滑らかさは要調整）

フィルター係数値のビット数を増加

アンプの計算精度を改善

ノイズジェネレーターを改善（特にLFOのS/H波形が改善された。ホワイトノイズは元々そこそこ優秀だった）

オシレーターから、ノイズジェネレーター、LFO、コーラスFxを分離

各モジュールを静的変数でなくする（処理性能には影響しない。「VRA8」シリーズもこうすれば良かった気がする）

CPU負荷を安定させるために、特に信号処理関数内の条件分岐を減らす（継続中）

低レート処理用の関数を独立（整理中）

Arduino UNO R3用シンセ「VRA8-U type-16」を「Maker Faire Kyoto 2023」に出展

4/29(土)～30(日) に開催された「Maker Faire Kyoto 2023」に、「ISGK Instruments」名義で、Arduino UNO R3用フリーシンセサイザー「VRA8-U type-16」を出展しました。『ラズベリー・パイPico/Pico W攻略本』で製作したRaspberry Pi Pico用シンセサイザー「pico_synth 2023 Edition」も展示しました。

https://makezine.jp/event/makers-mfk2023/m0011/

https://risgk.github.io/#pico_synth_2023

https://interface.cqpub.co.jp/magazine/2023pico/

【追記】『ラズベリー・パイPico/Pico W攻略本』は、この本を知らなかった方に興味を持って頂けたようで、何名かからは「買ってみる」とお聞きしました。嬉しいです！

本当に多くの方にブースにお越しいただき、ありがとうございました。来場者や出展者の方と交流できて、とても楽しかったです。運営スタッフの皆さまにも感謝します。

「VRA8-U type-16」の紹介チラシは、すべて配り切りました。チラシを作るのは数年ぶりでした。はがきサイズにしてみましたが、文字が小さくてすみません。

「Maker Faire Kyoto 2023」後に、「VRA8-U (type-16)」のv2.2.2をリリースしました。（v2.2.0とv2.2.1は、作業ミスのため廃番）

https://github.com/risgk/digital-synth-vra8-u/releases/tag/v2.2.2

変更点 - Voice Mode Lgt（レガート）をLgt（レガート）とLP（レガートポルタメント）に分離 - Voice Modeの値32をMon（モノフォニック）モードに修正

Raspberry Pi Pico用シンセ「PRA32-U」開発開始

「VRA8-U type-16」が（一応）完成してから、Arduino UNO R3用ドラムシンセサイザー「VRA8-D」の設計を進めていたのですが……方針転換します。今年の後半は、ISGK Instruments・第11弾として、Raspberry Pi Pico用シンセサイザー「PRA32-U」を作ります。

展示会で「VRA8」シリーズに対して頂いてきた「Arduinoでこんな音が出るんだ。スゴイ！」「限界に挑戦（笑）」「ロマンを感じる」といった声を聞けないのは残念なのですが……「誰でも作れて、改造できるシンセサイザー」を実現するためには、Raspberry Pi Picoは向いていると思います（Raspberry Pi Pico Hで約900円と安価なのもいいです）。 ドラムシンセサイザーは、いつか続きを作ります。 また、いつの日か、「VRA8」シリーズの新作（第9弾）を作る時も来るかもしれません。

「PRA32-U」の最初のバージョンは「VRA8-U」をベタ移植したものにして、それをベースに改善や機能追加を進めていくつもりです。（ 『ラズベリー・パイPico/Pico W攻略本』記事を参考にした改善も）

オーディオ出力はPWMでも良いのですが、Picoの場合はPimoroni「Pico Audio Pack」（約2700円）などのI2S DACボードが簡単に手に入るので、これを基本にするつもりです。

https://shop.pimoroni.com/products/pico-audio-pack

PWMオーディオは、USB通信すると結構なノイズがのるのですが（「VRA8-U」での経験のように、電源をUSB以外にしても、私の感覚ではダメでした）、この問題の対策にもなります。

PCアプリ「Hairless MIDI<->Serial Bridge」や木下研究所「MIDI-UARTインターフェースさん」を使えばシリアル通信できるので、MIDI（シリアルMIDI）にも対応するつもりです。（Arduino UNOでは、「MIDIシールド（ブレークアウト）」が簡単に手に入るのがありがたいです）

https://www.switch-science.com/products/8117/

今回は、『ラズベリー・パイPico/Pico W攻略本』の記事で使ったRaspberry Pi Pico C/C++ SDKではなく、Arduino IDEとI2S DACサポートするEarle F. Philhower, IIIさん公開のRaspberry Pi Pico/RP2040コア（Arduino-Pico）を使用します。（なお、名前が「PRP32」でなく「PRA32」になったのは、Arduino IDEの影響です。たぶん）

https://github.com/earlephilhower/arduino-pico

まだ、USB MIDIには対応できていません（オーディオへの影響が心配）が、以下のデモ動画のように、DACから音を出すことができました。「VRA8-U」はPC版のエミュレーターも動いていたくらいなので、32ビットCPUへの移植は簡単なのでした。オーディオ出力は16ビットですが、「VRA8-U type-16」では実現できなかったステレオ2相コーラスを有効にできています。MIDI通信していないときのCPUコア使用率は、想定通り約16%でした（ただし、CPUは120 MHz動作）。

『ラズベリー・パイPico/Pico W攻略本』に寄稿

3/15(水) にCQ出版社から発売された『ラズベリー・パイPico/Pico W攻略本』に、記事を執筆させて頂きました。よろしくお願いします。

https://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/44/44771.html

第6部第2章「リアルタイム処理のために軽量化！シンセサイザの製作」

に、続編

第6部第3章「音の時間変化に対応したシンセサイザ作り」

を加えて、よりシンセサイザらしい音を出します。具体的には、LFOやEGを使ったモジュレーションに対応します。

これらのプログラムは、読者の方は自由に利用していただいて構いません。

https://interface.cqpub.co.jp/2023pico

「リアルタイム処理のために軽量化！シンセサイザの製作」には、初出の『Interface 2021年8月号』の「訂正と修正」（p.142 ～ p.153）を反映済みです。

https://interface.cqpub.co.jp/correction/

Arduino Uno用のプロトシールド（ユニバーサル基板）を使って、16ビットのオーディオ出力に対応したArduino Uno用シンセ「VRA8-U type-16」を製作してみました（通常版の「VRA8-U」もこの基板で動きます）。

Proto Shield Rev3 (Uno Size) https://store.arduino.cc/products/proto-shield-rev3-uno-size

ハンダ付けは2年ぶりくらい、ユニバーサル基板を使ったのは初めてでした（ブレッドボードが大好きな自分にしては頑張りました）。

今のところ、うまく動いています。展示会で、Arduinoシンセを2種類並べたりしやすくなりそうです。ライブでも使いやすくなったでしょうか（私はステージで演奏したことはありませんが）。

前回の投稿に書いたように、「VRA8-U type-16」のオーディオ出力は「シリーズ最高音質」と言って良いかと思います。多くの方に作って、動かしてみて頂けたら嬉しいです。

ただし、 コーラスエフェクトが一部制限されることに加えて、8ビット出力の量子化ノイズで誤魔化されていた問題が目立つようになったところもあります。

特に波形が矩形波の場合、高周波でコーラス遅延成分のノイズが顕著です。これはディレイバッファからの取り出し時に線形補間を行っていないことが原因と思われ、「VRA8-U type-16」では（CPUパワー的に）対策困難です。ノイズが目立つ音色や音域を使わないか、コーラスをオフ／バイパスする（外部エフェクターも使用可能）対応をお願いします。

「VRA8-U type-16」の作り方 https://fabble.cc/risgk/digital-synth-vra8-u

16ビットのオーディオ出力に対応したArduino Uno用シンセ「VRA8-U type-16」をリリースしました。「VRA8-U」v2.0の新機能（VRA8-Uの特別版）という位置付けになります。 https://github.com/risgk/digital-synth-vra8-u/releases/tag/v2.0.0

以下の回路図のように、L/RチャンネルそれぞれでPWM出力ピンを2個ずつ使って、上位8ビットと下位8ビットのPWM出力を抵抗で重み付けしてミックスしています。下位8ビットには、RCフィルタ（LPF）が効き過ぎますが、私の感覚では特に気にならず、量子化ノイズは大きく減ります。減衰系の音色でも、量子化ノイズが気になりません。オーディオ出力については、「シリーズ最高音質」と言って良いかと思います。

製作には、VRA8-Uの推奨部品に加えて、56kオームの抵抗が2個必要になります。なお、SparkFun MIDI Shield（DEV-12898）を使う場合は、S4（D3）とLED2 GREEN（D6）をハンダ付けしないようにしてください。

「VRA8-U type-16」 では、コーラスエフェクトが一部制限されます： ・Chorus Mode "Mono Chorus" と "Stereo 2-phase Chorus" が使えません（CPUパワー不足のため） ・Chorus DepthとChorus Delay Timeの効果が半分になります（RAM不足のため） そのため、プリセットのChorus Modeは "Pseudo-Stereo Chorus" に変更しています。このコーラスは、左右チャンネルを加算するとディレイ成分が消えてしまうタイプなのでご注意ください。ステレオ2相コーラスなどを使いたい場合は、Chorus Bypassを “On” にして外部エフェクターを使用してください。

16ビット出力については昨年も検討したのですが、CPU/RAM的にVRA8-Uの全機能を実現できないことがわかったので、導入を見合わせました。しかし最近、「特別版」ならある程度の制約を設けても良いのではないかと考え直しました。これから作るArduino用シンセは、16ビット出力を基本にしたいです。

Fabble（作り方）のページはまだ直していませんが、後で更新します（追記：更新しました）： https://fabble.cc/risgk/digital-synth-vra8-u

追記：「VRA8-U type-16」デモ動画 https://youtu.be/AWK2iY3-0eI

Ogaki Mini Maker Faire 2022にVRA8-U v1.4を出展しました

https://www.iamas.ac.jp/ommf2022/maker/isgk-instruments/

多くの方にISGK Instrumentsブースにお越しいただき、ありがとうございました。運営スタッフの皆さまにも感謝します。

前回のOgaki Mini Maker Faire 2020では、「オンライン会場」で前作「VRA8-Q」の演奏（いま見ると、ライブとしては厳しいデキ……） https://youtu.be/FMGsQYp5eVQ?t=11610 を行いましたが、大垣市を訪れたのは4年ぶりでした。物理会場では3度目の出展です。

イベントの準備時間には（少しですが）他のブースを見学、Makerの方と交流することができました。今回は特に「けしのみ工房」さんのシンセサイザー（MIDI音源）「CureSynth」の設計についてお話しできたことが印象的でした。ソースコードの公開を楽しみにしています。 https://www.iamas.ac.jp/ommf2022/maker/keshinomi-kobo/

また、ISGK Instrumentsのブースで、Ogaki Mini Maker Faire「総合ディレクター」の小林茂先生に（初めて）ご挨拶できたことも嬉しかったです。

初日はウッカリ、VRA8-U本体（Arduino Uno）にACアダプターを接続するのを忘れていました。2日目にはこれに気付いて接続してみたのですが、なぜか電源が入らず。当日はACアダプターの不調と判断しましたが、実際は電源タップ側の問題だったようです。というワケで、今回の出音にはUSB起因のノイズが多めに入っていたのでした……。

VRA8-UでPWMリード音色（モノ）を演奏していると「Super Sawですね」と言われることがありました。「ただのPWMですよ」とお返事していたのですが、オシレーター2とステレオ2相コーラスの効果を考えると、ノコギリ波は9個分。確かに、「Super Sawのような音色」と言って良いかも知れません。

当日の機材リスト

ISGK Instruments VRA8-U v1.4.0

MiDiPLUS X2 mini（MIDIキーボード）

BOSE SoundLink Mini II（スピーカー）

Roland J-6（MIDIシーケンサー）：アルペジオで演奏すれば、モノ音色にも使えますね

Dell Inspiron 14

VRA8-U v1.4.0をリリースしました

https://github.com/risgk/digital-synth-vra8-u/releases/tag/v1.4.0

v1.4.0での変更点

パラメータ "Chorus Bypass [Off|On]" を追加

ChorusエフェクトをBypassすると、出力波形の振幅がChorus Mode: Off時の1.4倍くらいになります。特に外部エフェクターを使用する場合は、8ビット出力のために目立つ量子化ノイズを減らす有効な手段になるのではないかと。Ogakiでは、この機能をシンセベース音色で使っていました。

今後の制作予定

まず、VRA8-Uの「16ビット出力版」について（再）検討します。

その次の作品は、VRA8-S（サンプリング音源、PCMシンセ）になりそうです。

ドラム（リズム、パーカッション）シンセサイザーについても研究していましたが、こちらは制作未定です。

Raspberry Pi Picoを使ったシンセサイザーについても、何かあるかも知れません。