JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
måndag 26 augusti 2019 VECKA 35

dgn-1Bygg egna
gitarreffekter
i en FPGA

En ljudprocessor för elgitarrer i en FPGA. Det är grunden för ett projekt från några Jönköpingsstudenter. Förhoppningen är att användarna själva ska utveckla programvaran som implementerar effekterna.
Projektet tar nu de första stegen mot kommersialisering. Den färdiga produkten blir dels en experimentverkstad för elektronikintresserade och dels en effektpedal av professionell kvalitet – med den unika egenskapen att ägaren kan tanka hem nya ljudeffekter från Internet.

Eko, överstyrning, tremolo, kompressor, frekvenshalvering och åttabitarskvantisering. Det är de ljudeffekter som studentgruppen hittills utvecklat för att demonstrera sin teknik.

Dagens konsumentprodukter för gitarreffekter är programmerbara endast i den meningen att vissa parametrar – som längden på ekot – kan regleras under bruk. I Jönköpingsprojektets produkt kan man skapa själva ljudeffekten.

Studenterna använder en FPGA som signalprocessor för gitarreffekter. Också detta är unikt på den kommersiella marknaden, enligt Tomasz Kaczmarczyk, en av studenterna i projektet.
 
– I en traditionell tillämpning är en FPGA både dyrare att tillverka och utveckla, och den erbjuder inga speciella fördelar över DSP:er.

Men studenternas tillämpning är inte traditionell. De vill ha professionell ljudkvalitet, men dessutom full programmerbarhet. Dessutom ska arkitekturen vara öppen. Då blir en FPGA en bra lösning.

Den färdiga produkten går preliminärt under namnet DGN-1. Hårdvaran är inte framtagen ännu. Istället sker utvecklingen på utvecklingssatsen Altera DE2. Den är byggd kring en Cyclone II på 50 MHz. Utöver ljudbehandlingen kör FPGA:n en mjuk processor, NIOS II, som hanterar användargränssnittet.

Med de sex effekterna påslagna samtidigt blir fördröjningen i 48 kHz under en samplingsperiod mellan in- och utsignal. Det är med god marginal omärkbart för musikanten.

– Just nu klarar systemet av all sin bearbetning på under 100 klockcykler, vilket dessutom ger mycket utrymme för framtida utveckling, även om vi skulle fortsätta att insistera på en sampels fördröjning, säger Tomasz Kaczmarczyk.

Funktioner över tidsdomänen – beräkningarna utförs direkt på samplingsvärdena – tar få klockcykler i anspråk och FPGA:n skulle utan problem kunna hantera ytterligare några dussin sådana effekter.

Funktioner över frekvensdomänen – som kräver fouriertransformeringar – skulle också kunna klämmas in på en tid som är omärklig för användaren. Det tror i alla fall studenterna, även om de ännu inte hunnit verifiera det. De tror att det skulle krävas en mycket komplex effekt för att ens öka fördröjningen – exempelvis en overdrive-effekt, som exakt modellerar en viss analog förstärkare med dussintals parametrar.

– Men inte ens då skulle fördröjningen bli möjlig att uppfatta, säger Tomasz Kaczmarczyk.

Hårdvaran sätter med andra ord ingen gräns. Gruppen kommer tvärtom troligen i nästa steg att portera programvaran till en billigare FPGA-plattform, för att kunna sänka priset.

Därefter vidtar arbetet med att konstruera en dedicerad hårdvara som ser ut och fungerar som en konventionell effektpedal.

Dessutom ska programvaran förfinas från sin nuvarande demonstratornivå.

Och så ska allmänheten släppas in i utvecklingen – vilket är en av grundidéerna.

– Vi hoppas kunna utveckla en sorts Wikipedia eller Sourceforge för effekter och dokumentation, berättar Tomasz Kaczmarczyk.

Hur kommer ni att kommersialisera detta?

– Vi har ganska mycket idéer kring hur produkten ska utvecklas i framtiden. Det behövs helt klart först en ordentlig marknadsanalys – alla vi pratat med hittills håller visserligen med om att det är att intressant projekt, men man kan inte grunda en ny produkt enbart på löst tyckande.

Han tror att den första gruppen intresserade är ingenjörer som är gitarrister.

– De vi har pratat med tänder direkt på idén med en multieffekt för gitarr som de själva kan modifiera och omprogrammera i ett riktigt branschstandardiserat programspråk. De säger sig också vara beredda att betala lite extra, trots att den har lite färre finesser än de produkter som finns för amatörmusiker idag.

Därefter hoppas man kunna gå vidare och intressera även vanliga amatörmusiker när aktiviteten på forumen tagit fart och alla vanliga standardeffekter har utvecklats.

– Och till sist, om intresset når en kritisk massa och det utvecklas en tillräcklig mängd högkvalitativa effekter, så kanske också proffsmusiker på jakt efter unika, ickestandardiserade effektlösningar kan bli intresserade, säger Tomasz Kaczmarczyk.


Har du en Altera DE2 kan du omgående hoppa in i projektet.
Vem som helst med en Altera DE2 kan ladda hem och leka med projektet. Dessutom planerar Altera University program att plocka upp projektet som ett konstruktionsexempel. Där blir det lättåtkomligt för vem som helst.

Hur ska ni kunna behålla kontrollen över projektet när allting är så öppet?

– Det är en av de stora osäkerheterna med projektet – hur vi ska kunna tjäna pengar samtidigt som vi släpper allt fritt, säger Tomasz Kaczmarczyk.

– Å andra sidan är detta en hela grunden för projektet – att använda öppen källkod och att lämna öppet för alla att delta. Utan ett aktivt användarforum med människor som deltar i utvecklingen av nya effekter, så kommer vårt projekt antagligen aldrig att hitta en marknad utanför gruppen av ingenjörer.

– Om vi å andra sidan klarar att ro detta i hamn, så sitter på en helt ny typ av produkt, potentiellt disruptiv eftersom den har funktioner och kvaliteter som inte marknaden sett förut.

Enligt studenterna är systemet enkelt att programmera. En ny effekt ska kunna tas fram snabbt.

Elektroniktidningen utmanar genom att mejla en specifikation på en effekt och starta klockan. Men Tomasz Kaczmarczyk tackar nej.

– Det skulle ta några timmar att implementera den. Du får lita på mitt ord!

Han berättar att gruppen redan diskuterat att inkludera just den effekt Elektroniktidningen föreslog. Men den visade sig efter en simulering vara alltför subtil och dessutom effektiv endast i hörlurar – inte tillräckligt imponerande för de säljande demonstrationer gruppen försöker göra just nu.

– Men effekten har trots allt sin tjusning och vi kommer säkert att addera den som en insticksmodul förr eller senare.

Studenterna deltar i Tekniska Mässans inbyggnadstävling Embedded Award, under namnet Team Overcrest.
MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)