水滴落打音でのリアルタイム演奏を可能にしたMIDI生音源
水滴落下による着水時の気泡音と物体との衝突時の打音を水滴落打音と称してArduinoとソレノイドバルブ，MIDI通信を用いて水滴直径と水滴落下のタイミングを制御することで，水滴落打音の音高と音量を大まかに制御し打楽器的なリアルタイム演奏を可能にした作品．
Potarhythm
2019.06 >> 2020.03
Genre / Musical Instrument, Performance, Interaction, Water, Music
Tools / Arduino, MIDI, Fusion 360, Fritzing, Reason(DAW), Adobe Premiere, Adobe Audition, Laser Cutter
国際会議NIME2021 発表作品 / 国際会議NIME2020 発表作品 / ADADA+CUMULUS 2020 発表作品 / etc...
Background
水の音や動きを鑑賞するコンテンツは数多く存在する
水の動きや音が鑑賞対象となる音声コンテンツや音楽作品は数多く存在しています(ex.水琴窟，漣，雨，コーネリアスやElephant Gym等の音楽作品)．水の音が音楽表現の手法として用いられることはありますが収録方法や演奏装置などの再現性のある方法というのは発表されていないことが多く，リアルタイムで演奏している事例が少ないです．そこで，水の音でリアルタイム演奏ができる楽器または演奏装置を制作して演奏，音楽制作を行いたいと思い制作しました．
System
インタフェースのMIDI信号を変換しバルブを制御
MIDI信号におけるショートメッセージをArduinoで変換し，各バルブの開け締めの制御を行い，水量変化から音高と強弱の大まかな制御を行っています．このシステムによって水滴落打音によるリアルタイム演奏を実現しています．
Research & Ideation
ソレノイドバルブでの水滴直径の制御によって音を変化させる
水滴の水面衝突の気泡音に関する研究はいくつかあり，それらから水滴直径と落下速度の組合せから気泡が発生することがわかっていました．リズムのことを考えて水滴落下の高度を一定にすることで速度と落下時間を一定に保ち，水滴直径の変化によって音の要素を変化させることを考えた．
電流の有無で開閉し水を通すソレノイドバルブは，オンオフの時間差で直接的に水滴直径（水量）の変化可能という理由で採用しました．また付属させるチューブの直径でも水滴直径に変化が起こることと制御が容易であることも利点でした．
MIDIという規格は電子楽器やPCを用いたとてもポピュラーなもので，演奏者の使いやすいインタフェースを使用できるようにという意図がありました．
Programming
Arduinoを用いてMIDI通信からバルブへの制御をArduino MIDI Libraryを用いてコーディングしました．プログラムの肝としてはMIDI通信における3要素である"Channel (楽器選択)[1~16]", "Note (音高)", "Verocity (強弱)[0~127]"を"Channel (楽器選択)", "バルブ選択", "バルブの開放時間"に変換させ，バルブごとで音高を変えられるようにしたことである．＊Verocityは正確には鍵盤を叩く速さです
コードはGithubから参照できます．
Hardware
Arduinoとトランジスタなどを用いたMIDIデバイスの構築
MIDIのインプット回路とArduinoからバルブへのトランジスタで制御する回路を組み，シールド化しました．また，記録としてFritzingで回路図とブレッドボード図を作成しました．
Performance
Future Work
ヘルムホルツ共鳴を利用して細かな音高の制御を目指す
これまでの研究で水滴直径の変化による音高の制御は水面の揺らぎにより正確と言えるほどの制御が見込めないと考えた． また，音量と強弱も音高と作用してしまうという問題も見つかった． そこで音が発生する器の口の表面積Sとその長さLと容積Vより共鳴し強く発音される周波数が求まるヘルムホルツ共鳴を利用して音高制御を行う実験を現在行なっている． 音の波形を通常時と共鳴時で比較し，共鳴時の方が安定傾向にあることがわかった．
Proceedings
- NIME2020, Non paper demo, "A MIDI Sound Module That Uses the Sound of a Collision Generated by the Drop of Water as a Sound Source : Potarhythm"
- ADADA+CUMULUS 2020 International Conference for Asia Digital Art and Design 2020, Work in Progress, " A MIDI Sound Module That Uses the Sound of a Collision Generated by the Drop of Water as a Sound Source : Potarhythm"
- EC2020, 情報処理学会エンタテインメントコンピューティング研究会, "水滴落打音を音源としたMIDIデバイス：Potarhythm"
- 第6回 ADADA Japan 学術大会, ADADA Japan, "P-5 水滴音を利用した自動演奏装置"
Credit
All by taisei kato
Special Thanks : Tetsuaki Baba