MIDI-Interface für DPM-48 Drum-Machine

Zusammenfassung

Für die 1984 vom japanischen Hersteller Sakata entwickelte und in Deutschland von Hammond unter eigenem Namen vertriebene Drum-Maschine DPM-48 ("Digital Percussion Machine") sollte eine Schnittstelle entwickelt werden, die es ermöglicht, die in der Maschine auf EPROM-Speicher abgelegten digitalen Drum-Sounds über ein beliebiges MIDI-fähiges Gerät zu steuern. Hintergrund für die Entwicklung ist die Einschränkung des Gerätes, Sequenzen nur mit einer eingelegten (optionalen) RAM-Kassette erstellen und abspielen zu können. Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung der Klänge, neben den Tasten auf dem Bedienfeld, ist ein sogenanntes Trigger-Interface. Dieses bot den Anschluss eines optional erhältlichen Interfaces für die Verwendung von Drum-Pads zusätzlich zu einem echten Schlagzeug. Außerdem sollte eine Schaltung entwickelt werden, mit der die werkseitigen Klänge erweitert werden können. Die Auswahl dieser erweiterten Klänge sollte ebenfalls über MIDI erfolgen.

Anforderungen an die MIDI-Schnittstelle 

Die zu entwickelnde MIDI-Schnittstelle soll die Triggerbuchse auf der Rückseite ersetzen. An ihrer Stelle soll eine Frontplatte mit dem MIDI-Anschluss und einer Bedienoberfläche, bestehend aus einer LED und einem Taster, auf einer UI-Platine angebracht werden. Diese wird über ein mehradriges Kabel mit der MIDI-Schnittstellenkarte verbunden. Die MIDI-Interface-Platine, die den Mikrocontroller und die Peripherie enthält, soll anstelle des mehradrigen Kabels der entfernten Triggerbuchse auf die Mikroprozessorplatine des DPM-48 gesteckt werden. Der MIDI-Eingang ist aus Platzgründen als 3,5 mm TRS-Miniklinke ausgeführt und soll den MIDI-TRS-Typ-A-Standard verwenden. Die Schnittstelle soll die acht Triggereingänge ersetzen und in der Lage sein, alle 22 Klänge über MIDI-Befehle von MIDI-fähigen Geräten zu steuern. Der MIDI-Kanal soll über den Taster einlernbar sein. Darüber hinaus soll das Interface die MIDI-gesteuerte Auswahl von erweiterten Soundbänken in ausgewählten Gruppen ermöglichen. Das Interface soll installiert werden können, ohne das Gerät zu verändern oder zu beschädigen.

Sound-Data und erweiterte Soundbänke 

Die Drum-Maschine DPM-48 verwendet 8-Bit unsigned PCM (Pulse Code Modulation) als Audioformat, um die gespeicherten Klänge abzuspielen. Die Samples der Drum- und Percussion-Sounds sind auf elf 8 KiByte (8192 Bit) EPROMs vom Typ 2764 gespeichert. Zur Analyse wurden die einzelnen EPROMs aus der Drum Machine entnommen und mit einem EPROM-Programmiergerät in den PC eingelesen. Die einzelnen Samples sind zwischen 2 KiByte, 4 KiByte und 16 KiByte groß. Bei der verwendeten Abtastrate von 20 kHz ergeben sich daraus Sample-Längen zwischen ca. 102 ms, 204 ms und 819 ms. Die beiden TOM-Gruppen werden mit 10 kHz abgetastet und ergeben ca. 409 ms lange Töne. Die folgende Abbildung zeigt die importierten Daten der einzelnen EPROMs in einem Audio-Editor. Jede Gruppe hat einen 8-Bit-DAC (Digital-Analog-Wandler), bestehend aus Operationsverstärkern in einer invertierenden Summierschaltung mit anschließender Rückinvertierung. Anschließend verfügt jede Gruppe über einen VCA, der durch eine analoge Hüllkurve geöffnet wird. Die Hüllkurve wird für einige identische Samples mit unterschiedlicher Intensität verwendet (z. B. für SNARE 1 und SNARE 2 und für RIDE 1 und RIDE 2).

Zur Erweiterung der Soundbänke wurden für ausgewählte EPROMs neue Daten erstellt. Die Anordnung der Daten ist entsprechend den Originaldaten. Es wurden EPROMS mit zwei und vier Soundbänken vorbereitet. Der unterste 8 KiByte-Block im Speicher des jeweiligen EPROMs enthält die Originaldaten des EPROMs der jeweiligen Gruppe. Im nächsthöheren Block bzw. in den nächsthöheren Blöcken sind neue Samples angeordnet. Bei den digitalen Drumcomputern (Linn LM-1 und 9000, Oberheim DMX und DX und Sequential Circuits Drumtraks) stammen die Daten hierfür aus deren EPROM und wurden vom kompandierten (mu-law) Datenformat in 8-Bit unsigned PCM umgewandelt. Die Samples der analogen Drum Machines (Roland TR-606, TR-808, TR-909) wurden als .wav-Dateien importiert, geschnitten und konvertiert. Die Abbildung zeigt die neue Anordnung im Speicher der 16 bzw. 32 KiByte EPROMs. Für die Gruppen "HI-HAT", "PERCUSSION 1" und "PERCUSSION 2" wurde eine weitere Bank angelegt, für die Gruppen "BASS" und "SNARE" wurden drei weitere Bänke angelegt.

Einbau des Interfaces und  der Sound-Erweiterungen 

Die bestückten und getesteten Platinen wurden dann in die DPM-48 eingebaut. Nach dem Öffnen des Gerätes und dem Abziehen der Flachbandkabel wurden Deckel, Rückseite und Boden getrennt. Die Triggerbuchse auf der Rückseite wurde entfernt und an ihrer Stelle die MIDI/UI-Karte mit der Frontplatte eingebaut. Die EPROMS der Gruppen, die eine Erweiterung der Soundbank erhalten sollten, wurden entfernt und durch die Adapterplatinen ersetzt. Die Interface-Platine wurde auf die weiße 12-polige Stiftleiste der DPM-48-Prozessorplatine aufgesteckt und auf der Unterseite mit doppelseitigem Schaumstoffklebeband gesichert. Das fünfadrige Kabel zur MIDI/UI-Platine wurde in J2 eingesteckt und die Anschlüsse A13 und A14 der EPROM-Adapterplatinen wurden entsprechend der Konfiguration der Firmware an J6 und J7 angeschlossen.

Fazit

Nachdem das MIDI-Interface in die Drum Machine DPM-48 eingebaut wurde, können die einzelnen Klänge über ein angeschlossenes MIDI-Keyboard getriggert werden, beginnend bei der Note C0. In den höheren Oktaven bei Note C2, C4 oder C6 können die erweiterten Soundbänke gespielt werden. Der Lernmodus für den MIDI-Kanal funktioniert wie gewünscht. In einem weiteren Test wurde ein MIDI-Sequenzer verwendet, um die Sounds im DPM-48 auf mehreren Spuren zu steuern. Auch bei höherem Tempo und vielen gleichzeitigen Noten arbeitet das Interface wie gewünscht.