Piano Hat & Rosegarden
2020.02.13 / 2021.03.26更新
YouTubeでポイントを説明しています。画像をクリックすると再生できます。
今回は、Pimoroni Piano Hat を DAWソフトウェア Rosegarden の音符入力に利用します。
Pimoroni Piano HAT FramboiseDorf for Raspberry Pi
Piano Hat は、MIDI経由でソフトウェア／ハードウェアシンセサイザーの制御が可能な、Raspberry Piの拡張基板です。
【特徴】
・タッチセンサボタン：16個（各ボタンの機能はPythonで割り当て可能）
・ピアノ鍵盤：13個（フルオクターブ）
・オクターブ アップ／ダウンボタン
・楽器選択タッチパッド：シンセサイザーと高相性
・白色LED：16個（自動点滅、Pythonで制御可能）
・Microchip CAP1188静電容量式タッチドライバチップを二つ搭載
・MIDI経由でソフトウェア/ハードウェアシンセの制御が可能
・Raspberry Pi 3、2、B+、A+、およびZeroで利用可能
・ピンソケット実装済み
・Pythonライブラリあり
Rosegarden
RosegardenはLinuxで動作するMIDIシーケンス機能を備えた、DAW(Digital Audio Workstation)ソフトです。GPLライセンスでリリースされています。
■Piano Hat と Raspberry Pi の結線
Ref.https://pinout.xyz/pinout/piano_hat
普通はラズパイに被せてしまうので、意識する必要はありませんが、一応結線を確認しておきます。
Piano HatとラズパイはI2C接続(BCM2,3)ピンの他に、BCM4,17,27,22のGPIOピンを使用しています。
また、3.3V(Pin:17と5V(Pin:2)およびPin:30,34のGroudを使用しているようです。
Piano Hat に限らず、拡張基盤(Hat)を被せてしまうと、他のGPIOピンが使えなくなってしまいます。
Raspberry Pi と Hat の間に GPIOアダプタ を挟むことで、他のデバイスも利用できます。
WINOGNEER ラズベリーパイ3モデルB、モデルB、A +、B +、Zero Transfer GPIO用の未組み立てのダブルGPIOアダプタ
私の愛用しているガス式のコードレスはんだコテなので使いやすいです。コテ先の加熱も早いです。
goot ガス式はんだこてセット GP-510SET
ガシガシ、はんだ付けをすると、こうなります。
L字型ヘッダピン、次に普通のヘッダーソケットの順番で取り付けないと、はんだ付けに苦労します。
これをRaspberry Pi 2 Model BのGPIOに被せてみました。ラズパイ２にはネットワーク接続用にUSB WiFiアダプタが取り付けられています。
その上に、Piano Hat を被せると、こうなります。
ここからは、SSH接続でパソコンから操作します。ラズパイのOSは Raspberry Pi OS です。
■Piano Hat サンプルコードおよび実行環境のインストール
Ref.https://github.com/pimoroni/Piano-HAT/blob/master/README.md
$ curl -sS https://get.pimoroni.com/pianohat | bash
This script will install everything needed to use
Piano HAT
Always be careful when running scripts and commands copied
from the internet. Ensure they are from a trusted source.
If you want to see what this script does before running it,
you should run: 'curl https://get.pimoroni.com/pianohat'
Note: Piano HAT requires I2C communication
Do you wish to continue? [y/N] y
Checking environment...
Updating apt indexes...
..................
Checking hardware requirements...
Checking for packages required for GPIO control...
...raspi-gpio is already installed
.....................RPi.GPIO installed and up-to-date
I2C must be enabled for Piano HAT to work
I2C is now enabled
Checking packages required by I2C interface...
Python 2 smbus installed and up-to-date
Python 3 smbus installed and up-to-date
Piano HAT comes with examples and documentation that you may wish to install.
Performing a full install will ensure those resources are installed,
along with all required dependencies. It may however take a while!
Do you wish to perform a full install? [y/N] y
Checking for dependencies...
python-cap1xxx is already installed
python3-cap1xxx is already installed
Installing python-pianohat...
install ok installed
Installing python3-pianohat...
install ok installed
Checking for additional software...
python-numpy is already installed
python3-numpy is already installed
python-pygame is already installed
python3-pygame is already installed
Downloading examples and documentation...
Resources for your Piano HAT were copied to
/home/pi/Pimoroni/pianohat
All done. Enjoy your Piano HAT!
インストールが完了すると、/boot/config.txt が
dtparam=i2c_arm=off
↓
dtparam=i2c_arm=on
に書き換わっています。
$ cd ~/Pimoroni/pianohat/examples
$ ./simple-piano.py
初期状態では、ドレミの鍵盤を押すと、ドラムの音が鳴ります。
「INSTRUMENT」ボタンを押すと、ピアノの音色に変わり、すべての鍵盤を使用できます。
コードを編集する際には下記を参考にしてください。
セットアップガイド（英文）
■Python MIDI インストール
Piano Hat をMIDI入力機器として利用します。
Ref.https://github.com/pimoroni/Piano-HAT/tree/master/examples
$ sudo apt-get install python-dev libasound2-dev swig
$ cd ~/Pimoroni/pianohat
$ git clone https://github.com/vishnubob/python-midi
$ cd python-midi && sudo ./setup.py install
copying build/scripts-2.7/mididumphw.py -> /usr/local/bin
copying build/scripts-2.7/mididump.py -> /usr/local/bin
copying build/scripts-2.7/midiplay.py -> /usr/local/bin
changing mode of /usr/local/bin/mididumphw.py to 755
changing mode of /usr/local/bin/mididump.py to 755
changing mode of /usr/local/bin/midiplay.py to 755
If it installs properly, you should get a handy new tool `mididumphw.py` which will tell you
what MIDI-compatible synths you've got running and what Client/Port IDs you'll need to connect to to use them.
### Using `midi-piano.py`
You'll find the MIDI Piano example in the examples folder of this repository, or in `~/Pimoroni/piano-hat`
if you used our installer script. By default it supports SunVox and yoshimi:
Run either of these synths first,
and then run
$ sudo ./midi-piano.py
and start playing. For best results, you should use a Pi 2- especially
with Yoshimi which can be a bit taxing on the older models.
■Rosegarden インストール
Ref.https://www.rosegardenmusic.com/
$ apt-cache search rosegarden | grep rosegarden
rosegarden - music editor and MIDI/audio sequencer
$ sudo apt-get install rosegarden
Rosegarden を実際に使用する際には、ラズパイにモニター、キーボード、マウスを接続しますが、
環境設定ですので、ノートパソコンからVNC接続して、Rosegarden を起動します。
デバイスリストを表示して確認します。
$ cd ~/Pimoroni/pianohat/python-midi/scripts
$ mididumphw.py
] client(128) "rosegarden"
] port(2) [r, w, sender, receiver] "external controller"
] port(1) [r, sender] "sync out"
] port(3) [r, sender] "out 1 - General MIDI Device"
] port(0) [w, receiver] "record in"
] client(129) "__sequencer__"
] client(14) "Midi Through"
] port(0) [r, w, sender, receiver] "Midi Through Port-0"
] client(0) "System"
] port(1) [r, sender] "Announce"
] port(0) [r, w, sender] "Timer"
一旦、Rosegardenを終了します。
midi-piano.py に 'rosegarden' を追記します。
$ cd ~/Pimoroni/pianohat/examples
$ vi ./midi-piano.py
......
supported = ['yoshimi','SunVox','rosegarden']
......
jackd の起動
Rosegardenは、同じコンピューター上の他のJACKアプリケーションとトランスポートを同期するためのJACKトランスポートメカニズムをサポートしています。
jackd をバックグランドで起動します。
$ jackd -dalsa -n4 -r44100 -p512 &
再度、rosegarden を起動します。
Piano Hat のサンプルコード midi-piano.py を起動します。
$ ./midi-piano.py
Rosegarden のスタジオ(S)→MIDIデバイスの管理(D)を開きます。
MIDI入力の有効な入力にある、130.0 __sequencer__:__port__(read)が Piano Hat です。
Piano Hat のラの鍵盤を押して、Rosegardenトランスポート（表示されていない場合は、表示→トランスポートの表示）画面をみてみると
IN に「A3 100」と表示され、ラ(A)の音が押されたのがわかります。
メイン画面でトラックを選択して右クリック→[マトリクスエディタを開く]で画面が開いたら、[ステップ録音]ボタンを押します。
Piano Hat の鍵盤を押すと、マトリクス上に音が追加されます。
音符を入力して、[巻き戻し]→[再生]を実行しても音は鳴りません。MIDI音源が必要です。
プラグイン音源の利用
Rosegardenではハードウェア/ソフトウェアMIDI音源の他に，DSSIのプラグイン音源を利用することができます。
一旦、rosegarden を終了します。
DSSI（Disposable Soft Synth Interface）は，LADSPAを利用して作られたプラグイン音源です。
このLADSPA（Linux Audio Developers Simple Plugin API）はLinuxにおけるサウンド合成のためのフレームワークです。
ここでは、fluidsynth-dssi を利用します。fluidsynth-dssiはサウンドフォントを利用するタイプのシンセサイザーです。
$ apt-cache search fluidsynth-dssi | grep fluidsynth-dssi
fluidsynth-dssi - DSSI wrapper for the FluidSynth SoundFont-playing synthesizer
$ sudo apt-get install fluidsynth-dssi
DSSIによるプラグイン音源をトラックに適用するには，トラックを選択して，
メイン画面左の「特別パラメータ」中段の「トラックパラメータ」で，
「再生パラメータ」の「デバイス」を「シンセサイザープラグイン」にします。
その下の「楽器」では1番から16番のチャンネルからひとつを指定します。
プラグイン音源の割り当ては「特別パラメータ」下段の「インストゥルメントパラメータ」で行います。
「シンセサイザー無し」と表示されているボタンをクリックすると，プラグインを指定するウィンドウが開きますので、
プラグインに「FluidSynth DSSI plugin」を指定します。
次に、fluid-soundfont をインストールします。
$ sudo apt-get install freepats fluid-soundfont-gm fluid-soundfont-gs
パッケージリストを読み込んでいます... 完了
依存関係ツリーを作成しています
状態情報を読み取っています... 完了
以下のパッケージが自動でインストールされましたが、もう必要とされていません:
libportaudiocpp0 uuid-dev
これを削除するには 'sudo apt autoremove' を利用してください。
提案パッケージ:
fluidsynth timidity
以下のパッケージが新たにインストールされます:
fluid-soundfont-gm fluid-soundfont-gs freepats
$ sudo apt autoremove
以下のパッケージは「削除」されます:
libportaudiocpp0 uuid-dev
サウンドフォントの読込みは，
「インストゥルメントパラメータ」の「エディタ」をクリック、「Load SoundFont...」をクリックして、
ファイル「/usr/share/sounds/sf2/FluidR3_GM.sf2」を指定します。
サウンドフォントがロードされるとウィンドウにサンプリングされたインストルメントの一覧が表示されます。
音色を選択して「Send Test Note」ボタンを押すと、音がでます。
マトリックスエディタで音符を打ち込んだ状態で[最初に戻す]→[再生]またはメイン画面の[表示]→[最初まで巻き戻し]→[再生/一時停止]で再生してみてください。
また、ひとつのプラグインチャンネルにはひとつのプラグイン音源を割り当てることができるため，全部で16のプラグインを同時に使うことができます。
JACK Audio Connection kit
イヤホンジャックからではなく、外部のDACなどから音を鳴らしたい場合には設定が必要です。
設定ファイルを直接操作するにはかなりの知識が必要になりますので、Jack Audio Connection Kit を使うと便利です。
Raspbian Stretch では標準でインストールされているようです。必要な場合はインストールしてください。
$ sudo apt-get install qjackctl
一応、ログインユーザを audio グループに追加しておきます。
$ sudo gpasswd -a pi audio
LXTerminal を開きます。
$ /usr/bin/qjackctl
[設定]→[Advanced]
「出力デバイス」は通常 (default) になっています。GPIOアダプタなどを使って、I2SでDACなどが接続されていると、それを選択することができます。
例) hw:sendrpihifiberry,0 (hw:1,0)
設定完了後、次回の手順で利用できます。
1. $ jackd -dalsa -n4 -r44100 -p512 &
2. rosegarden を起動
3. $ cd ~/Pimoroni/pianohat/examples
$ ./midi-piano.py
MIDI音源の利用
MIDI音源を利用するには、メイン画面の「スタジオ」→「MIDIデバイスの管理」をクリックして，MIDIポートを設定します。
ここでは、バックグランドで、ttymidi を動かしています。
$ ttymidi -s /dev/ttyUSB0 -b 38400 &
MIDI出力に、「ttymidi」が現れます。
USBでMIDI対応機器につなぐと利用できると思います。
ttymidi に関しては、「MIDI再生：FM音源YMF825+Arduino編」をご覧ください。
また、Piano Hat の鍵盤を押すと同時にイヤホンジャックから音を出したいときは、
Piano Hat のサンプルコード simple-piano.py と midi-piano.py をうまく合体させると実現できます。
【補足】
fluidsynth-dssiインストール後に、~/Pimoroni/pianohat/examples/simple-piano.py を実行してみると、音が汚れます。
下記のように、simple-piano.py を変更すると元に戻りました。
$ vi simple-piano.py
pygame.mixer.pre_init(44100, -16, 1, 512)
↓変更
pygame.mixer.pre_init(44100)
【参考資料】
・pimoroni/Piano-HAT
・第176回 Rosegardenで作曲する
・Rosegarden Wiki
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【深層学習関連】
【画像処理関連】
【音楽関連】
【WEBサイト構築関連】
【開発環境関連】
【SNS関連】
【周辺機器関連】
【その他】
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ATmega328搭載/
動作電圧: 5V/
入力電源電圧(推奨):7～12V/
デジタル入出力ピン: 14本/
PWMチャンネル: 6本/
アナログ入力チャンネル: 8本/
直流電流(1ピン当り最大): 40 mA/
直流電流(3.3Vピン、1ピン当り最大): 50 mA/
Flashメモリ: 32 KB (ATmega328) 内2KBはブートローダーで使用/
SRAM: 2 KB (ATmega328)/
EEPROM: 1 KB (ATmega328)/
Clock Speed: 16 MHz
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