“Canta-Cart是一件觸摸式樂器/合成器。它僅有標(biāo)準(zhǔn) ID-1 卡片大?。?5.6 × 53.98 mm），是一個可以隨身攜帶的小樂器，能成為任何人手里的小玩具，亦能在熟練玩家的手中大顯神通。”

Canta-Cart是一件觸摸式樂器/合成器。它僅有標(biāo)準(zhǔn) ID-1 卡片大小（85.6 × 53.98 mm），是一個可以隨身攜帶的小樂器，能成為任何人手里的小玩具，亦能在熟練玩家的手中大顯神通。它即插即用，一個小小的 USB-C 電源可以帶著它的聲音走遍世界。材料清單的總成本為人民幣 5 元（折合約 0.7 美元）。

演示樂曲：

• 《人生的旋轉(zhuǎn)木馬》（Merry-Go-Round of Life）——電影《哈爾的移動城堡》插曲；久石讓作曲

• 《短途旅行》（A Short Hike）——電子游戲配樂旋律主題；Mark Sparling 作曲

• 《白鴿與少年》（ハトと少年）——電影《天空之城》插曲；久石讓作曲

https://ayu.land/canta-cart/play

操作

卡片上有 12 個觸摸按鍵（10 個用于發(fā)聲，2 個用于轉(zhuǎn)調(diào)）。發(fā)聲按鍵對應(yīng)自然大調(diào)音階中的樂音，跨越十度音程。

轉(zhuǎn)調(diào)按鈕提供了多種擴展方法。操作方式如下：

• 按一次：沿音階移動。
• 按住的同時演奏一個音符：臨時升降半音。
• 按住其一的同時按下另一個：整體移調(diào)。

其背后的原理是，大多數(shù)旋律（在與西方調(diào)性理論相兼容的音樂文化中）在短時間內(nèi)通?？缭酱蠹s十度以內(nèi)的音域，這是由于人聲的音域范圍以及樂器和作曲往往模仿和喚起人聲的方式所決定的。因此，十個音鍵通常足以重現(xiàn)大多數(shù)旋律。在需要的情況下，移調(diào)按鈕可以通向十音大調(diào)音階之外的音高，覆蓋其余情況，并為和聲、音樂織體等創(chuàng)造豐富的機會，從而使細(xì)膩的音樂表達成為可能。

內(nèi)部原理

詳情請參考固件源程序：

https://github.com/ayuusweetfish/Canta-Cart/blob/master/fw/src/main.c

電容傳感

觸摸感應(yīng)是利用 RC 網(wǎng)絡(luò)的階躍響應(yīng)實現(xiàn)的。

電路由一個與感應(yīng)電極串聯(lián)的大電阻器（約 1 MΩ）組成。后者可被視為電路接地（不一定是接地，電池負(fù)極也可以）的電容器，其值會隨著人體部位的接近而增加。驅(qū)動引腳為網(wǎng)絡(luò)提供階躍信號（即將其驅(qū)動為高電平），并監(jiān)測電阻上的電壓變化，等待傳感引腳變?yōu)椤斑壿嫺唠娖健薄Ｓ捎谠摼W(wǎng)絡(luò)的階躍響應(yīng)是一個指數(shù)函數(shù)（其推導(dǎo)過程在任何基礎(chǔ)電子學(xué)教科書中都有解釋），因此感應(yīng)點的電壓要上升到邏輯高電平閾值VIH=k?VCC以上（典型值k=0.7），所需的時間為?ln?(1?k)?RC?ln(1?k)?RC，與感應(yīng)電容CC成線性關(guān)系。

音頻合成

合成器是一個基礎(chǔ)的波表三角波合成器，結(jié)合了一個attack/release包絡(luò)。所有計算均采用 32 位整數(shù)，從而最大限度地減少了合成時間，并將整體延遲時間降至 1 毫秒以下。

音頻輸出

音頻通過由字選擇 (WS)、位時鐘 (BCK) 和串行數(shù)據(jù) (DATA) 三個信號組成的數(shù)字總線發(fā)送到 DAC。電路中的 DAC IC 接收的式 LSBJ 格式，這與標(biāo)準(zhǔn) I2S 格式非常相似。我們的微控制器沒有直接適配此類格式的外設(shè)，但在限制之內(nèi)也有可行方案：BCK 和 DATA 可由 SPI 輸出覆蓋，WS 可由細(xì)心作好同步的 PWM 定時器通道提供。DMA 提供一個“半完成”（half-complete）中斷，簡化了雙緩沖的實現(xiàn)。

為什么會出現(xiàn)這些奇怪的限制？當(dāng)然是為了節(jié)衣縮食！這就引出了……

The Muntz Wildcard

性價比是本次設(shè)計中的首要考量。這導(dǎo)致了一些看似奇怪的選擇，但整件裝置最終拼湊起來的那一刻，便實現(xiàn)了每件 5 元的超低原料成本。如今不少廠家都為這種尺寸的電路板提供免費的打樣服務(wù)，因此上述即設(shè)備的最終制造成本。（所有元件都可以用熱風(fēng)槍或烙鐵手工焊接；我并非經(jīng)驗豐富的制作者，電子制作僅是我在設(shè)計學(xué)之外的副業(yè)，但我只用焊膏和熱風(fēng)槍就完成了所有工作，沒有使用鋼網(wǎng)、放大鏡或助焊劑。當(dāng)然每個人的情況也會不同啦。）

微控制器是裝置的核心部件，通常也占據(jù)物料成本中的很大比例。在本設(shè)計中，我選擇了 PY32，這是半導(dǎo)體公司普冉（Puya）推出的 Arm Cortex-M 微控制器系列。入門產(chǎn)品線 PY32F002/3 的定價令人印象深刻，低至 1 元以內(nèi)。PY32F003 型號的運行頻率為 32 MHz，外設(shè)包括定時器、SPI 和 DMA，非常適合我們的連續(xù)數(shù)字音頻輸出使用場景。音頻 DAC 和放大器 IC 也是低成本型號，但足以滿足我們的應(yīng)用需求。

我在中國，從淘寶上的一家大型經(jīng)銷商處購買元件的總成本為每臺 4 元（小批量對應(yīng)的階梯價格）。知名的在線分銷商在訂購數(shù)量較少的情況下可能價格會略高，但數(shù)字相差不大，最高即為前述的約 5 元。

音樂從來不是誰的專屬話語。全世界音樂夢想家，聯(lián)合起來！

名片……？

名片離不開個人化的交流；我已經(jīng)開始將這些送給周圍的朋友。背面印有個人網(wǎng)站和一個小圖標(biāo)。這個圖標(biāo)隱晦地拼出一個音樂片段，我稱其為 “sweetfish旋律動機”。我想給首位正確解讀它的人贈送一張卡片。如果你能看明白，請給我發(fā)信息 (^ -)☆

原理圖 & PCB

倉庫 & 下載

可以在Github中獲取開源倉庫：

https://github.com/ayuusweetfish/Canta-Cart

https://ayu.land/canta-cart