Elektronische Teslaspulen sind in der Lage, Töne zu erzeugen. Dafür benötigt man ein periodisches Steuersignal, welches die Teslaspule mit der gewünschten Tonfrequenz ein- und ausschaltet. Nur während der sog. on-time kann die Teslaspule ungehindert schwingen. In der restlichen Zeit (off-time) steht die Teslaspule still. Die damit erzielte Tonfrequenz ergibt sich dann zu fTon = 1 / (ton + toff). Beträgt etwa die on-time 100 µs und die off-time 900 µs, was einem Tastgrad von 10% entspricht, so nimmt man einen Ton mit f = 1 kHz wahr.
Ein MIDI-Interrupter erhält am Eingang MIDI-Signale, welche zum Beispiel von einem MIDI-Keyboard kommen. Im MIDI-Signal steckt die zu spielende Note. Das Arduino-Programm kennt von jeder Note deren Frequenz f. Mit dieser Frequenz f wird nun am Ausgang des MIDI-Interrupters ein PWM-Signal an die Elektronik der Teslaspule gesandt, welche dann genau mit dieser Frequenz f die Teslaspule periodisch ein- und ausschaltet.
Damit die Schwingungen bzw. Ströme im Primärkreis der Teslaspule nicht zu groß werden und Schaden anrichten, wird vom Arduinoprogramm überprüft, ob die Frequenz der gewünschten Note nicht zu hoch ist. Denn steigt die Frequenz der zu spielenden Note bei gleichbleibender on-time, so steigt natürlich auch der Tastgrad an.
Man muss also seitens der Software darauf achten, dass die zu spielende Frequenz nicht zu hoch ist. Weiters darf die on-time nicht beliebig wachsen, da auch dadurch die Schwingungen/Ströme im Primärkreis der Teslaspule zu stark ansteigen würden. Mittels zweier Potentiometer kann man bei meinem MIDI-Interrupter sowohl die maximal zu spielende Frequenz (von 500 – 1250 Hz), als auch die maximale on-time (0 – 150 µs) einstellen. So bleibt man immer bei einem Tastgrad von maximal ca. 10%.
Hier einige Bilder vom Oszilloskop bei unterschiedlichen Parametern:
#include <MIDI.h>
MIDI_CREATE_DEFAULT_INSTANCE();
unsigned int midiperiod[128]; // Array to store midi note periods
const int analogInPin_Periodendauer_min = A4; // Analog input pin für Periodendauer_min-Potentiometer
const int analogInPin_ontime = A5; // Analog input pin für On-time-Potentiometer
int outputPsuB = 10; // Ausgabe-Pin für das PWM-Signal
int Periodendauer_min; // minimale Periodendauer des PWM-Signals in µs
int Periodendauer_min_Intervall_unten; // untere Grenze für die minimal erlaubte Periodendauer
int Periodendauer_min_Intervall_oben; // obere Grenze für die minimal erlaubte Periodendauer
int ontime; // Variable für die On-time des PWM-Signals
int ontime_max; // maximale On-time des PWM-Signals in µs
// =================================================
// ================== SETUP ====================
// =================================================
void setup()
{
Serial.begin(31250); // andere baudrate funktioniert NICHT!!
pinMode(13, OUTPUT);
pinMode(outputPsuB, OUTPUT); // select Pin_PWM as output
// Festlegen der ontime bzw. der Grenzwerte des Periodendauer-Minimums
// ===================================================================
ontime_max = 150; // maximale ontime = 150 µs
Periodendauer_min_Intervall_oben = 2000; // Periodendauer_min_Intervall_oben = 2.0 ms, f_max_unten = 500 Hz
Periodendauer_min_Intervall_unten = 800; // Periodendauer_min_Intervall_unten = 0.8 ms, f_max_oben = 1250 Hz
// ==========================
// Timer festsetzen
// ==========================
TCCR1A = B00100001; // PWM, Phase and frequency correct - change at OCR1A
TCCR1B = B10010; // prescaling by 8 the system clock
// Der Wert 1 enstpricht 1 µs!
// ===========================
OCR1A = midiperiod[68]; // Ausgabe der eigentlich unwichtigen Start-Periodendauer des PWM-Signals
// OCR1A = 2500; // Start-Periodendauer tau = z.B. 2500 µs = 2.5 ms == 400 Hz
OCR1B = 0; // Start-ON-Time = 0 µs, d.h. zu Beginn wird noch kein Ton gespielt!
// Connect the handleNoteOn function to the library,
// so it is called upon reception of a NoteOn.
MIDI.setHandleNoteOn(handleNoteOn); // Put only the name of the function
MIDI.setHandleNoteOff(handleNoteOff); // Do the same for NoteOffs
MIDI.begin(MIDI_CHANNEL_OMNI); // Initiate MIDI communications, listen to all channels
// Periodendauer der Midi-Noten
// ============================
midiperiod[0] = 122312;
midiperiod[1] = 115447;
midiperiod[2] = 108968;
midiperiod[3] = 102852;
midiperiod[4] = 97079;
midiperiod[5] = 91631;
midiperiod[6] = 86488;
midiperiod[7] = 81634;
midiperiod[8] = 77052;
midiperiod[9] = 72727;
midiperiod[10] = 68645;
midiperiod[11] = 64793;
midiperiod[12] = 61156;
midiperiod[13] = 57724;
midiperiod[14] = 54484;
midiperiod[15] = 51426;
midiperiod[16] = 48540;
midiperiod[17] = 45815;
midiperiod[18] = 43244;
midiperiod[19] = 40817;
midiperiod[20] = 38526;
midiperiod[21] = 36364;
midiperiod[22] = 34323;
midiperiod[23] = 32396;
midiperiod[24] = 30578;
midiperiod[25] = 28862;
midiperiod[26] = 27242;
midiperiod[27] = 25713;
midiperiod[28] = 24270;
midiperiod[29] = 22908;
midiperiod[30] = 21622;
midiperiod[31] = 20408;
midiperiod[32] = 19263;
midiperiod[33] = 18182;
midiperiod[34] = 17161;
midiperiod[35] = 16198;
midiperiod[36] = 15289;
midiperiod[37] = 14431;
midiperiod[38] = 13621;
midiperiod[39] = 12856;
midiperiod[40] = 12135;
midiperiod[41] = 11454;
midiperiod[42] = 10811;
midiperiod[43] = 10204;
midiperiod[44] = 9631;
midiperiod[45] = 9091;
midiperiod[46] = 8581;
midiperiod[47] = 8099;
midiperiod[48] = 7645;
midiperiod[49] = 7215;
midiperiod[50] = 6810;
midiperiod[51] = 6428;
midiperiod[52] = 6067;
midiperiod[53] = 5727;
midiperiod[54] = 5405;
midiperiod[55] = 5102;
midiperiod[56] = 4816;
midiperiod[57] = 4545;
midiperiod[58] = 4290;
midiperiod[59] = 4050;
midiperiod[60] = 3822;
midiperiod[61] = 3608;
midiperiod[62] = 3405;
midiperiod[63] = 3214;
midiperiod[64] = 3034;
midiperiod[65] = 2863;
midiperiod[66] = 2703;
midiperiod[67] = 2551;
midiperiod[68] = 2408;
midiperiod[69] = 2273;
midiperiod[70] = 2145;
midiperiod[71] = 2025;
midiperiod[72] = 1911;
midiperiod[73] = 1804;
midiperiod[74] = 1703;
midiperiod[75] = 1607;
midiperiod[76] = 1517;
midiperiod[77] = 1432;
midiperiod[78] = 1351;
midiperiod[79] = 1276;
midiperiod[80] = 1204;
midiperiod[81] = 1136;
midiperiod[82] = 1073;
midiperiod[83] = 1012;
midiperiod[84] = 956;
midiperiod[85] = 902;
midiperiod[86] = 851;
midiperiod[87] = 804;
midiperiod[88] = 758;
midiperiod[89] = 716;
midiperiod[90] = 676;
midiperiod[91] = 638;
midiperiod[92] = 602;
midiperiod[93] = 568;
midiperiod[94] = 536;
midiperiod[95] = 506;
midiperiod[96] = 478;
midiperiod[97] = 451;
midiperiod[98] = 426;
midiperiod[99] = 402;
midiperiod[100] = 379;
midiperiod[101] = 358;
midiperiod[102] = 338;
midiperiod[103] = 319;
midiperiod[104] = 301;
midiperiod[105] = 284;
midiperiod[106] = 268;
midiperiod[107] = 253;
midiperiod[108] = 239;
midiperiod[109] = 225;
midiperiod[110] = 213;
midiperiod[111] = 201;
midiperiod[112] = 190;
midiperiod[113] = 179;
midiperiod[114] = 169;
midiperiod[115] = 159;
midiperiod[116] = 150;
midiperiod[117] = 142;
midiperiod[118] = 134;
midiperiod[119] = 127;
midiperiod[120] = 119;
midiperiod[121] = 113;
midiperiod[122] = 106;
midiperiod[123] = 100;
midiperiod[124] = 95;
midiperiod[125] = 89;
midiperiod[126] = 84;
midiperiod[127] = 80;
}
// =========================================================
// ================== HAUPTSCHLEIFE ====================
// =========================================================
void loop()
{
// Einlesen der mit dem Potentiometer eingestellten ontime
ontime = analogRead(analogInPin_ontime);
// Übertragen der ontime ins Intervall [0,ontime_max] µs
ontime = map(ontime, 0, 1023, 0, ontime_max);
// Einlesen der mit dem Potentiometer eingestellten Periodendauer-Minimums
Periodendauer_min = analogRead(analogInPin_Periodendauer_min);
// Übertragen des Periodendauer-Minimums ins Intervall [Periodendauer_min_Intervall_unten,Periodendauer_min_Intervall_oben] µs
Periodendauer_min = map(Periodendauer_min, 0, 1023, Periodendauer_min_Intervall_unten, Periodendauer_min_Intervall_oben);
MIDI.read(); // Call MIDI.read the fastest you can for real-time performance.
}
// ========================
// MIDI-Note wird gespielt:
// ========================
void handleNoteOn(byte channel, byte pitch, byte velocity)
{
// Do whatever you want when a note is pressed.
// Try to keep your callbacks short (no delays ect)
// otherwise it would slow down the loop() and have a bad impact
// on real-time performance.
// Ausgabe des PWM-Signals mit der Periodendauer der gespielten Note
// =================================================================
// Abfrage, ob die gespielte Periodendauer wohl über dem Periodendauer_Minimum liegt, um zu hohe Frequenzen zu vermeiden!
// ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
if (midiperiod[pitch] > Periodendauer_min)
{
OCR1A = midiperiod[pitch]; // Ausgabe der Periodendauer des PWM-Signals
OCR1B = ontime; // Ausgabe der ontime des PWM-Signals
}
/*
if (pitch == 60)
{
digitalWrite(13, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(2000); // wait for a second
digitalWrite(13, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
}
if (pitch == 62)
{
digitalWrite(13, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(4000); // wait for a second
digitalWrite(13, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
}
*/
/*
Serial.println("Note gespielt:");
Serial.println(channel);
Serial.println(pitch);
Serial.println(velocity);
*/
}
// ===================================
// MIDI-Note wird nicht mehr gespielt:
// ===================================
void handleNoteOff(byte channel, byte pitch, byte velocity)
{
// Do something when the note is released.
// Note that NoteOn messages with 0 velocity are interpreted as NoteOffs.
// Beenden des PWM-Signals
// =======================
// OCR1A = midiperiod[pitch];
OCR1B = 0; // keine Ausgabe durch ontime = 0
}
