martedì 12 luglio 2016

GUIDA COMPLETA AL CIRCUIT BENDING (WORKSHOP)

Durante il Path Festival 2015 a Verona, ho tenuto un workshop sul circuit bending presso Interzona.

A sostegno del corso ho prodotto una piccola dispensa da usare come scaletta durante la giornata e ora ho deciso di rieditarla per il blog e pubblicarla. Per la traccia ho preso spunto dalla semplice introduzione al circuit bending che avevo già scritto qui e ne ho esteso i contenuti in modo da comprendere tutti i concetti che caratterizzano questo tipo di pratica

Non farò riferimento a nozioni teoriche specifiche e non è richiesta nessuna conoscenza di elettronica per avvicinarsi alla tecnica che andrò ad esporre. Chiamerò comunque i componenti elettronici e i circuiti con il loro nome, perché è giusto  iniziare ad abituarsi ad una certa terminologia e sapere il nome degli oggetti  che fanno parte delle nostre sperimentazioni nel caso si volesse approffondire.  Io stesso su questo blog cercherò di pubblicare guide e progetti a supporto di chi avesse voglia di muovere i primi passi nell'ambito dell'elettronica pratica.


Ecco il testo della dispesa, buona lettura.

Introduzione

In breve il circuit bending (in seguito CB) è l'attività con la quale si creano strumenti musicali sperimentali (in genere lo-fi, noise) alterando e causando avarie a circuiti elettronici di dispositivi generalmente nati per altri scopi. Questa tecnica vuole incentivare la creatività, l'esplorazione e la sperimentazione, tralasciando nozioni avanzate di elettronica a favore di una manipolazione diretta dei circuiti, istintiva e spontanea.
Il CB è comunque un'ottima palestra e punto di partenza per chiunque volesse espandere la propria esperienza verso un vero e proprio fai da te elettronico.
La pratica del circuit bending si è sviluppata anche come filosofia orientata al riuso e riciclo di apparecchiature elettroniche obsolete e inutilizzate (in genere giocattoli, radio, mangianastri, console), dandogli così una seconda vita in un  contesto creativo.



Regole di Sicurezza

La libertà operativa che caratterizza il circuit bending non deve però farci credere che non esistano regole. Esistono poche regole importantissime che non si devono mai trascurare perché riguardano la nostra incolumità mentre manipoliamo circuiti elettrici, con cui spesso veniamo anche in diretto contatto, e di cui ignoriamo il funzionamento. Senza degli accorgimenti fondamentali si mette seriamente in pericolo la propria incolumità.
La regola principale del CB è quella di utilizzare sempre apparecchi alimentati a batterie. Questa è una regola fondamentale, perché la corrente elettrica in gioco può essere un pericolo mortale. In genere essa non è un problema perché i dispositivi elettrici sono progettati per lavorare in sicurezza, ma noi andando a smontare e manomettere i circuiti ci esponiamo completamente a rischi di scosse elettriche.
Si devono evitare anche gli alimentatori esterni in quanto non garantiscono mai un isolamento al 100% dalla rete elettrica: possono essere a loro volta guasti o difettosi perché vecchi o sovraccaricati dai corto circuiti che involontariamente applichiamo ai circuiti durante la nostra indagine. Se lavoriamo all'aperto o durante un concerto live l'alimentatore potrebbe bagnarsi e compromettere l'isolamento elettrico.
Per gli stessi motivi si deve fare attenzione, o meglio evitare almeno in fase di esplorazione dei circuiti, a collegare il giocattolo o l'apparecchio che stiamo manipolando ad un impianto di amplificazione o mixer alimentato con la tensione di rete.
Una seconda regola di sicurezza ci impone di non permettere mai alla corrente elettrica di passare attraverso organi vitali, soprattutto il cuore, anche se sto lavorando con le basse tensioni delle batterie. Spesso nel CB si esplora un circuito toccandolo direttamente con le dita, infatti molte volte è sufficiente la resistenza della nostra pelle per alterare in modo interessante i parametri elettrici del circuito. Facendo questo dobbiamo evitare di usare entrambe le mani, impendendo così che il circuito si chiuda attraverso il nostro corpo, passando ad esempio attraverso il cuore. Sicuramente le correnti in gioco non sono mortali o scorrono principalmente sulla superficie della pelle, però posso causare in alcuni casi piccoli stress ai nostri tessuti che è meglio evitare.  



Materiale

Three alligator clipsDovendo smontare piccoli apparecchi elettrici serve un set di cacciaviti adeguati, magari anche per viti Torx che sono sempre più diffuse. Sono anche essenziali dei morsetti a coccodrillo per fare le prime prove con collegamenti volanti.
Poi  sarà necessario fare anche delle saldature, quindi è meglio procurarsi un saldatore a stilo, occhiali di protezione, stagno, una pinzetta e una forbice spelafili da elettricisti. Infine si deve mettere in preventivo il materiale elettrico necessario per finalizzare le modifiche che vorremo fare: interuttori, pulsanti, potenziometri, prese jack, contatti elettrici. 



Cosa Scegliere

Fermo restando che vale la pena provare un pò con tutto quello che riusciamo a recuperare, ci sono delle considerazioni che ci aiutano a capire già in principio che cosa possiamo aspettarci di ottenere da un circuito o fino a che punto possiamo riuscire a intervenire su di esso.
Un elemento fondamentale è il periodo in cui è costruito il giocattolo o lo strumento che abbiamo tra le mani. Una tecnologia degli anni 80 o 90 è l'ideale perché non vi è una miniaturizzazione e un'integrazione tali da rendere difficile l'accesso e la manipolazione dei circuiti. Anche in presenza di circuiti digitali, non si trovano configurazioni sofisticate che possono anche reagire ai nostri interventi cercando di correggerli o anche resettando o mandando in blocco il circuito. Si riesce in questi casi oltre che a intervenire sul pitch dei suoni anche a creare delle anomalie nella memoria dello strumento provocando i classici glitch. Per contro spesso questi circuiti col passare del tempo acquistano sempre più un valore collezionistico perché vintage o proprio perché ricercati in ambito sperimentale per sottoporli a circuit bending.
Io essendo molto appassionato di retrocomputing ed elettronica cerco di evitare di modificare giocattoli che stanno diventando rari, o almeno evito interventi invasivi e irreversibili. Ma è una scelta mia personale, che non intendo imporre a nessuno.


Un altro fattore è la fascia di prezzo: giocattoli economici, specie quelli moderni, sono realizzati con circuiti semplici, costituiti da un solo chip 'all in one' (COB), di solito fuso e sigillato sullo stesso circuito stampato e difficilmente accessibile a parte qualche componente passivo esterno. Solitamente il massimo che riusciamo ad ottenere è una variazione di pitch o una distorsione dell'uscita audio. Però possono andare molto bene per le prime prove, dato che nel caso danneggiassimo in modo irrimediabile in circuito, non ci avremo perso molto.
Il CB si può applicare anche a circuiti video, fermo restando che devono essere alimentati a batterie. Altri tipi di circuiti più complessi, come computer, console di videogiochi, strumenti elettronici professionali, richiedono spesso un'attrezzatura e un'esperienza che ci porta inevitabilmente da un contesto di CB a uno più tecnico e pianificato che prende il nome di modding.
 


Tecnica di Base

Per illustrare  la tecnica base del CB, assumiamo di avere per le mani un giocattolo elettronico sonoro. Si inizia con lo smontare il giocattolo facendo attenzione a non staccare nessun filo o rompere la scocca. E' una buona idea fare qualche foto con il cellulare durante lo smontaggio per facilitare il rimontaggio, soprattutto se qualche filo dovesse staccarsi. Si deve cercare di disporre le parti smontate sul tavolo in modo che si riesca anche ad alimentarle e ad accenderle.
Andremo a lavorare principalmente sul lato del circuito con le saldature, quindi probabilmente si dovrà smontare anche il circuito stampato (senza staccare nessun filo) dalla scocca.
Con il circuito acceso cominciamo a toccare i contatti con i polpastrelli di una mano. Possiamo anche inumidirci leggermente la punta delle dita. Mentre tocchiamo le saldature possiamo anche premere i pulsanti del giocattolo per produrre i suoni e sentire se ci sono delle variazioni.
Cosa ci aspettiamo? Alterando con la nostra pelle la resistenza in alcune parti del circuito possiamo aspettarci variazioni di pitch o ronzii dovuti a masse o feedback. Se c'è qualche effetto di nostro gradimento possiamo segnare con un pennarello indelebile un punto vicino alle saldature che abbiamo toccato in modo da ritrovarle in seguito.
Un altro modo per procedere è quello tramite i morsetti a coccodrillo. Si aggancia un'estremità del morsetto a un contatto del circuito, mentre si tocca con l'altra estremità tutti i contatti presenti sul circuito stampato. Nel caso che ci sia un calo totale dell'alimentazione (corto circuito), che i componenti inizino a scaldare molto, che si producano crepitii molto alti rispetto al volume normale, è meglio lasciare stare la zona che stiamo toccando o il punto a cui abbiamo collegato il morsetto.
In genere si inizia collegando un morsetto a un filo dell'alimentazione e in seguito lo si passa all'altro e poi via via si cercano altri fili o piazzole (sono così detti i punti dove sono saldati i componenti). Sondare il circuito con il morsetto collegato a un polo dell'alimentazione è utile quando si ha a che fare con circuti digitali, infatti così facendo si impostano direttamente i bit 0 o 1 alterando il contenuto dell'informazione digitale e in genere provocando glitch. Un'altra prova interessante consiste nel collegare un morsetto ad un polo dell'altoparlante e sondare il circuito con l'altra estremità.
Il morsetto si comporta sempre come un conduttore ideale, quindi crea un corto circuito tra i punti in cui è inserito. A volte questo può andare bene, altre volte può essere più efficace limitare il flusso di corrente usando 2 cavetti uniti tra di loro inserirendo in mezzo una resistenza, quindi come prima colleghiamo l'estremità libera di uno dei cavetti ad un punto del nostro circuto e usiamo l'estremità libera dell'altro cavetto per esplorare il resto del circuito. Volendo si può usare un potenziometro, che altro non è che una resistenza variabile. Il potenziometro ha tre contatti, usiamo quello centrale e uno dei due esterni (in base a quale scegliamo la resistenza varia in senso orario o antiorario).

 

Consolidare le Sonorità

Per finalizzare i suoni scoperti si devono saldare dei pezzi di filo nei punti che avevamo toccato e segnato con il pennarello. A questo punto abbiamo diverse opzioni:  se l'effetto lo avevamo ottenuto toccando il circuito con le dita, allora possiamo fissare a fili delle borchie o dei piccoli bulloni di ferro (io ad esempio mi trovo bene con degli economici fermacampione) in modo da poterli fissare alla scocca del giocattolo e toccarli con le dita di una mano; alternativamente si possono saldare interruttori o pulsanti per abilitare le modifiche quando si desidera; infine si può montare un potenziometro o una fotoresistenza qualora l'effetto della nostra modifica si possa modificare al variare della resistenza. La fotoresistenza presenta 2 soli terminali come una resistenza normale, solo che essa è trasparente e la sua resistenza varia in funzione della quantità di luce che la investe.

Poi per collegare il giocattolo al mixer o a un amplificatore si può per prima cosa microfornarlo come fosse uno strumento acustico, basta anche con un piccolo microfono tipo quelli per PC montato direttamente sopra l'altoparlante o dietro, dentro la scocca. In alternativa si può saldare un connettore audio jack femmina al posto dell'altoparlante, magari aggiungendo anche un potenziometro per regolare il livello del volume secondo il seguente schema:


Quando saremo soddisfatti del nostro lavoro è meglio rimontare tutta la scocca per evitare che durante l'utilizzo si stacchi qualche filo o si creino contatti indesiderati.



Oltre la Tecnica di Base, il modding

La tecnica di base è utile per prendere confidenza con la manipolazione di circuiti elettrici e ottenere comunque dei buoni risultati. Arriva poi il momento in cui per un certo giocattolo vogliamo un preciso effetto a tutti i costi o qualcosa di più. Ecco che a questo punto è meglio cominciare a pianificare i nostri interventi. 


Ovviamente a questo punto è richiesta una certa pratica con il saldatore e un minimo di capacità nel leggere un semplice circuito elettronico per poterlo poi riprodurre. 
 
Ad esempio ci sono giocattoli o strumenti musicali entry level che hanno un oscillatore quarzato: la presenza del quarzo che solitamente è apprezzabile perché rende la frequenza di oscillazione fissa ed estremamente stabile, nel nostro caso diventa un problema perché non riusciamo ad alterare il pitch toccando il circuito o aggiungendo un potenziometro; dobbiamo per forza sostituire il quarzo con uno di frequenza più bassa e passare da uno all'altro tramite uno switch. In alternativa esistono in commercio proprio per chi deve fare queste modifiche, degli oscillatori variabili da montare al posto del quarzo per poter variare il pitch a nostro piacemento come ad esempio l'LTC1799 (vi basta cercare questa sigla su Google per trovare tutto quello che vi serve a riguardo).

Oppure possiamo desiderare di simulare le pile scariche, che a volte provocano distorsioni e variazioni di pitch interessanti. Per questo effetto si deve far riferimento alla modifica chiamata Power Starve e il cui schema si può trovare sempre in rete. 

I più esigenti potrebbero desiderare di controllare le modifiche fatte al giocattolo via MIDI per poterle gestire tramite un controller o un software. Anche in questo caso esistono dei circuiti, in genere chiamati MIDI retrofit kit, che montati al posto dei nostri potenziometri e interruttori ne simulano il funzionamento in funzione di messaggi MIDI che ricevono in ingresso.

Altre modifiche più sofisticate riguardano l'inserimento di veri e propri circuiti (detti step sequencer) che commutano le modifiche in base a dei pattern programmabili, e qui entriamo nell'ambito dell'autocostruzione, con veri e propri progetti da realizzare come quello proposto da Casper Electronics qui.


Conclusioni

Come già affermato il CB non è una procedura o una semplice teoria da applicare: è un approccio per avvicinarsi in modo informale alla sperimentazione elettronica, può essere visto come un semplice gioco o il punto di partenza di un vostro personale percorso esplorativo e formativo. Dipende solo da voi.  

giovedì 16 giugno 2016

LA PIATTAFORMA MIDIBOX

La piattaforma MIDIbox è un progetto hardware e software opensource di Thorsten Klose per la autocostruzione di sistemi MIDI (processori, controller, sequencer o moduli expander) non commerciali ma comunque con funzioni e prestazioni professionali. E' un'architettura longeva e matura nata nel 1998 e in continuo sviluppo e aggiornamento e anche la relativa community è ormai ben rodata. 

A livello macroscopico il sistema MIDIbox consiste in un modulo hardware core al quale si possono collegare altri core oppure specifici moduli di input/output (digitale, analogico, CV, MIDI), di visualizzazione (LED o display) o di generazione sonora (MOS SID o Yamaha OPL3). L'hardware è pilotato da un vero e proprio sistema operativo realtime MIDI (detto MIOS) che offre le funzionalità di base di comunicazione (MIDI, USB, ecc), di gestione dell'interfaccia utente e display e di editing e salvataggio delle patch. Sopra al MIOS sono realizzati i firmware specifici per tipologia di strumento che si vuole realizzare. 



Sicuramente parlando di modulo core al quale si possono collegare moduli specifici viene in mente Arduino e i relativi shield e ci si potrebbe chiedere perché ci siano utenti che utilizzano questa piattaforma anziché la basetta Made in Italy, e anche cosa offra questa architettura di diverso. Beh, MIDIbox ha quasi 20 anni e quindi è nata e si è diffusa quando Arduino non esisteva ancora; ma non è solo una questione cronologica, infatti tutto il progetto è specifico per la realizzazione di sistemi MIDI e quindi sia hardware che software sono ottimizzati per l'uso in ambito musicale. Le prestazioni sono di tutto rispetto (si scende anche sotto il millisecondo di latenza) e le potenzialità dell'hardware permettono di realizzare funzioni e un'interfaccia utente paragonabile a quella dei prodotti commerciali. 

Trattandosi di una piattaforma DIY in cui ci si deve costruire l'hardware, customizzare il firmware, compilarlo e trasferirlo nel microcontrollore, questa potrebbe spaventare e disorientare un maker che si cimenta per la prima volta nella autocostruzione di un sistema MIDI/audio completo. Però su questo aspetto viene in aiuto il sito, che offre una documentazione dettagliata sull'hardware e il software, compresi firmware già pronti all'uso per le applicazioni standard descritte sul sito stesso. Inoltre nel forum e nella sezione Wiki ci sono informazioni a store o volontari che offrono moduli già assemblati o in kit, microcontrollori già programmati, discussioni e idee in merito alla realizzazione di contenitori in cui inserire l'hardware, link a servizi di lasercutting di pannelli o di realizzazione dei circuiti stampati. 

Sebbene sia nato nel 1998, il progetto è molto attuale perché si è sempre evoluto nel tempo traendo vantaggio dall'evoluzione dei microcontrollori. Inizialmente il progetto offriva un core basato su microcontrollore PIC con MIOS e firmware realizzato in Assembly (anche se è possibile per applicazioni semplici programmare dei firmware in C). Tra il 2008 e il 2010 il sistema è passato a un microcontrollore STM32 e MIOS32 e questo ha aumentato le prestazioni dell'hardware da non costringere più all'utilizzo del linguaggio Assembly. Inoltre l'architettura con questo microcontrollore ha potuto facilmente avvantaggiarsi del supporto di porte USB, Ethernet e storage su SD Card. Poi nel 2011 si è aggiunto il supporto a sistemi LPC17xx e infine nel 2013 si è aggiunto alla famiglia il microcontrollore STM32F4

Questa continua evoluzione però non deve far pensare a un'architettura instabile che costringa a continue patch e aggiornamenti: ogni upgrade apre la strada a nuove e più complesse versioni delle applicazioni ma le precedenti rimangono documentate e presenti sul sito. Anche se a conti fatti non conviene, nulla vi vieterebbe di realizzare un progetto basato su un vecchio microcontrollore PIC perché più economico o più semplice sebbene più limitato. Io stesso ho realizzato due progetti nei primi anni del 2000 basati su PIC e non sento la necessità di smantellarli e ricostruirli con un microcontrollore più potente, certo è che qualora volessi realizzare un nuovo sistema andrei ad utilizzare i core più moderni per avere tutti i vantaggi a livello di connettività, espandibilità e semplicità di programmazione. 

Detto tutto questo vi rimando al sito uCApps.de dove è ospitato tutto il progetto MIDIbox e vi lascio con alcuni video di sistemi realizzati dagli utenti. 

mercoledì 27 maggio 2015

SOUND DESTRUCTION UNIT

The Sound Destruction Unit è un sistema composto da svariati circuiti audio autocostruiti (generatore di pattern, oscillatori, cracklebox, filtri, body contacts), assemblati in una valigetta amplificata e interconnessi da prese unipolari come i synth modulari analogici. Ogni controllo principale è esposto tramite un'interfaccia per essere pilotato tramite segnali TTL esterni e potenziometri digitali gestiti via MIDI grazie ad un'interfaccia sempre autocostruita.

La realizzazione ha richiesto circa un anno, anche se nel corso degli anni successivi ha subito revisioni e diverse aggiunte tra le quali una linea controllata da Vactrol e un gate.

Sebbene io abbia cercato nei limiti del possibile di rendere affidabili i circuiti, evitando feedback o instabilità indesiderate, ho preferito mantenere nella realizzazione un'attitudine a sperimentare, come nel circuit bending. Data la natura e l'eterogeneità dei circuiti, molte configurazioni portano a risultati particolari, spesso non predicibili a causa di loop e saturazioni interne.

E' un dispositivo molto personale, che non potrò mai replicare, difficile da domare per un utilizzo in studio, ma perfetto per una performance live.


Registrando delle improvvisazioni live eseguite esclusivamente con questo strumento, alle quali ho aggiunto solo un riverbero esterno, ho realizzato un EP gratuito completamente sperimentale distributo da ManyFeetUnder HomeMadeLabel che potete ascoltare e scaricare cliccando l'immagine qui sotto.

http://manyfeetunder.bandcamp.com/album/max-farnea-sound-destruction-unit

sabato 23 maggio 2015

INSTALLAZIONE DRUMMOND GATE 2015

Questa installazione si basa su un software da me realizzato che permette di acquisire immagini in tempo reale tramite una webcam e, dopo averle elaborate in modo da enfatizzare le parti in movimento, le trasforma in uno spettro audio tramite una scansione verticale, secondo un processo che imita il funzionamento di un sintetizzatore ANS.

Sedendosi davanti a Live ANS è possibile vedere su uno schermo la propria immagine processata e scansionata, mentre si può ascoltare il risultato della generazione dello spettro audio tramite delle cuffie. E' possibile interagire in tempo reale con il processo muovendo la testa o le mani davanti alla webcam.

Questo progetto non vuole essere un altro simulatore di sintetizzatore ANS; si caratterizza e differisce dal funzionamento della macchina originale per i seguenti aspetti, che aprono la strada anche a nuove sperimentazioni:

  • la scansione avviene verticalmente secondo un loop infinito.
  • l'immagine scansionata non è statica ma, trattandosi di un video, è in continua evoluzione.
  • la lettura di una riga dell'immagine durante la scansione avviene in un contesto digitale, cioè invece di rilevare tramite un sensore analogico la presenza di un fascio luminoso in una data area, vengono letti direttamente i valori RGB dei pixel. Questo permette di lavorare non solo con la luminosità ma anche con i colori, o processare le immagini ed estrarre ad esempio da esse le sole parti in movimento. 
  • il suono non viene prodotto a partire dalle frequenze con le quali i fasci di luce sono modulati e che sono generate a monte dalla luce stessa, ma è sintetizzato da una libreria virtual-analog da centinaia di oscillatori le cui frequenze dipendono dai valori RGB dei vari pixel. Anche in questo caso l'approccio programmatico permette anche di sperimentare diverse forme d'onda per le singole componenti frequenziali, oltre che potenzialmente poter implementare modulazioni più sofisticate o filtri ed effetti audio.


lunedì 18 maggio 2015

SINTETIZZATORE ANS

Il sintetizzatore ANS è una macchina sperimentale sviluppata dall'ingegnere russo Evgeny Murzin tra il 1937 e il 1957; il suo nome è composto dalle iniziali del compositore russo Alexander Nikolayevich Scriabin a cui essa è dedicata. 
La macchina si basa su una tecnica cinematrografica che rende possibile visualizzare (e quindi stampare su un supporto) uno spettro audio. Con questa tecnica sono state stampate 144 tracce su 5 dischi di vetro in modo che potessero generare un totale di 720 fasci di luce modulata a frequenze diverse, distanziate 16,67 cents tra di loro, e in grado di coprire un'estensione di 10 ottave.

By Charles Hutchins (Flickr: ANS Synthesiser) [CC BY 2.0],via Wikimedia Commons
I fasci di luce vengono fatti passare attraverso una lastra di vetro che può essere resa opaca tramite una speciale plastilina sulla quale si può scrivere o disegnare. Un braccio mobile su cui sono montati dei sensori ottici, scansiona la lastra e permette che i fasci di luce non attenuati dalla lastra vengano rilevati dai sensori, per essere poi sommati elettronicamente e amplificati.

Se si fa in modo che la lastra lasci passare contemporaneamente tutti i 720 fasci di luce, lo strumento riproduce l'intero spettro sonoro, quindi è un sistema totalmente polifonico.

Le sonorità del sintetizzatore ANS sono state utilizzate da diversi compositori russi nella seconda metà del secolo scorso, ma il contributo più significativo lo ha dato Edward Artemiev che ha scritto con questa macchina diverse colonne sonore per il regista russo Andrei Tarkovsky, in particolare gli effetti e le texture ambient di Solaris.

Più recentemente invece, sessioni con il sintetizzatore ANS sono state realizzate dai Coil e Alva Noto.

Esistono diversi emulatori di questo strumento o del suo principio di funzionamento, ma il più realistico in termini di sintesi audio e interpolazione delle immagini è sicuramente Virtual ANS di Alexander Zolotov. Ecco di seguito una piccola prova da me realizzata con questo software: