DIY基于Raspberry Pi的哈克斯管

“哈克斯管是一种类似萨克斯管的电子乐器。”

什么是哈克斯管（Haxophone）?

萨克斯风是一种类似萨克斯的电子乐器。它被设计成一种价格低廉、可完全定制的旅行萨克斯风。您永远无法获得与真正萨克斯管相同的表现力或音色深度。但有了哈克斯管，无论您身在何处，都可以独自或与朋友一起演奏。机械音键和独特的人体工学设计赋予它与众不同的满足感。

设计完全开放，包括软件和硬件。这意味着，从改变按键开关的类型到制作自己的音符和乐器映射，你都可以将其变成自己的东西。

项目目标

制造一支吹奏起来既有趣又令人满意的旅行萨克斯风。

制造一种指法与萨克斯管相同的乐器，以便将在哈克斯管上形成的肌肉记忆直接转移到您的主号角上。

保持低成本，低于 100 美元。

易于制造。

保持设计简单、坚固和可维修，以最大限度地降低维护成本。使用电脑键盘上广泛使用且经过实战检验的机械按键就是这一原则的一个应用实例。

完全可破解和定制。

如何工作？

Haxophone 设计为 Raspberry Pi 系列单板计算机的 HAT（Hardware Attached on Top）。

HAT 是一种特殊的键盘，其布局与萨克斯管相同。它还包括一个吹嘴和一个用于检测呼吸强度的压力传感器。HAT 还包括一个音频放大器，因此它不依赖于 Raspberry Pi 3 和 Raspberry Pi 4 内置的放大器。正因为如此，HAT 也能与最便宜的 Raspberry Pi Zero 一起使用。

在 Raspberry Pi 上运行的软件为：

haro-rs：这是一个驱动程序，用于检测按键、呼吸并将其转换为音符。它由 Rust 编写，并在 Raspberry Pi 上编译成本地应用程序。

fluidsynth：这是一款将音符转换成声音的合成器软件。

机械设计

为了降低成本，HAT PCB（印刷电路板）是 Haxophone 物理结构不可分割的一部分。这意味着按键开关、拇指托、吹嘴和 Raspberry Pi 都直接连接到 PCB 上。侧键（左手掌键和右手指关节键）安装在较小的印刷电路板上，并通过直角金属支架连接到主印刷电路板上。这些较小的印刷电路板可从设计中分离出来。这就降低了制造成本。

为了提高人体工学效果，我们设计了一些 3D 打印部件。这些部件包括吹嘴、左拇指托和右拇指托，其中右拇指托还包含一个表带钩。这些部件的源 3D 模型包含在资源库中。

电子设计

Haxophone HAT 由三个子系统组成：键盘、压力传感器和音频放大器。

键盘

键盘采用 3x8 矩阵组织。下图显示了萨克斯键与键盘列/行值的映射关系。

请注意，由于印刷电路板尺寸的限制，设计决定不包括高音 F# 键。并非所有萨克斯风都有这个键，因为该音符可以用其他键的指法来演奏。高音 F#的最常用映射已配置在哈克斯管上。如果您习惯于不常用的配置，软件也很容易扩展。

另外请注意，目前矩阵尚未完全使用：（第 0 列第 7 行）和（第 2 列第 3 行）键尚未使用。

音频放大器

Haxophone HAT 包括一个音频放大器和一个 3.5 毫米迷你插孔。这样就可以将唱机连接到耳机或外部放大器。

Pinout

下图显示了 HAT 与 Raspberry Pi 的连接方式。键盘矩阵使用离散 GPIO，压力传感器使用 I2C，音频放大器使用 I2S。

如果您需要确定这些引脚在 Raspberry Pi 接头上的位置，可以参考 Raspberry Pi Spy 提供的下图。

原理图 &PCB

审核编辑：汤梓红