“Canta-Cart是一件觸摸式樂器/合成器。它僅有標(biāo)準(zhǔn) ID-1 卡片大小（85.6 × 53.98 mm），是一個(gè)可以隨身攜帶的小樂器，能成為任何人手里的小玩具，亦能在熟練玩家的手中大顯神通。”

Canta-Cart是一件觸摸式樂器/合成器。它僅有標(biāo)準(zhǔn) ID-1 卡片大?。?5.6 × 53.98 mm），是一個(gè)可以隨身攜帶的小樂器，能成為任何人手里的小玩具，亦能在熟練玩家的手中大顯神通。它即插即用，一個(gè)小小的 USB-C 電源可以帶著它的聲音走遍世界。材料清單的總成本為人民幣 5 元（折合約 0.7 美元）。

演示樂曲：

• 《人生的旋轉(zhuǎn)木馬》（Merry-Go-Round of Life）——電影《哈爾的移動(dòng)城堡》插曲；久石讓作曲

• 《短途旅行》（A Short Hike）——電子游戲配樂旋律主題；Mark Sparling 作曲

• 《白鴿與少年》（ハトと少年）——電影《天空之城》插曲；久石讓作曲

https://ayu.land/canta-cart/play

操作

卡片上有 12 個(gè)觸摸按鍵（10 個(gè)用于發(fā)聲，2 個(gè)用于轉(zhuǎn)調(diào)）。發(fā)聲按鍵對(duì)應(yīng)自然大調(diào)音階中的樂音，跨越十度音程。

轉(zhuǎn)調(diào)按鈕提供了多種擴(kuò)展方法。操作方式如下：

• 按一次：沿音階移動(dòng)。
• 按住的同時(shí)演奏一個(gè)音符：臨時(shí)升降半音。
• 按住其一的同時(shí)按下另一個(gè)：整體移調(diào)。

其背后的原理是，大多數(shù)旋律（在與西方調(diào)性理論相兼容的音樂文化中）在短時(shí)間內(nèi)通?？缭酱蠹s十度以內(nèi)的音域，這是由于人聲的音域范圍以及樂器和作曲往往模仿和喚起人聲的方式所決定的。因此，十個(gè)音鍵通常足以重現(xiàn)大多數(shù)旋律。在需要的情況下，移調(diào)按鈕可以通向十音大調(diào)音階之外的音高，覆蓋其余情況，并為和聲、音樂織體等創(chuàng)造豐富的機(jī)會(huì)，從而使細(xì)膩的音樂表達(dá)成為可能。

內(nèi)部原理

詳情請(qǐng)參考固件源程序：

https://github.com/ayuusweetfish/Canta-Cart/blob/master/fw/src/main.c

電容傳感

觸摸感應(yīng)是利用 RC 網(wǎng)絡(luò)的階躍響應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。

電路由一個(gè)與感應(yīng)電極串聯(lián)的大電阻器（約 1 MΩ）組成。后者可被視為電路接地（不一定是接地，電池負(fù)極也可以）的電容器，其值會(huì)隨著人體部位的接近而增加。驅(qū)動(dòng)引腳為網(wǎng)絡(luò)提供階躍信號(hào)（即將其驅(qū)動(dòng)為高電平），并監(jiān)測(cè)電阻上的電壓變化，等待傳感引腳變?yōu)椤斑壿嫺唠娖健?。由于該網(wǎng)絡(luò)的階躍響應(yīng)是一個(gè)指數(shù)函數(shù)（其推導(dǎo)過(guò)程在任何基礎(chǔ)電子學(xué)教科書中都有解釋），因此感應(yīng)點(diǎn)的電壓要上升到邏輯高電平閾值VIH=k?VCC以上（典型值k=0.7），所需的時(shí)間為?ln?(1?k)?RC?ln(1?k)?RC，與感應(yīng)電容CC成線性關(guān)系。

音頻合成

合成器是一個(gè)基礎(chǔ)的波表三角波合成器，結(jié)合了一個(gè)attack/release包絡(luò)。所有計(jì)算均采用 32 位整數(shù)，從而最大限度地減少了合成時(shí)間，并將整體延遲時(shí)間降至 1 毫秒以下。

音頻輸出

音頻通過(guò)由字選擇 (WS)、位時(shí)鐘 (BCK) 和串行數(shù)據(jù) (DATA) 三個(gè)信號(hào)組成的數(shù)字總線發(fā)送到 DAC。電路中的 DAC IC 接收的式 LSBJ 格式，這與標(biāo)準(zhǔn) I2S 格式非常相似。我們的微控制器沒有直接適配此類格式的外設(shè)，但在限制之內(nèi)也有可行方案：BCK 和 DATA 可由 SPI 輸出覆蓋，WS 可由細(xì)心作好同步的 PWM 定時(shí)器通道提供。DMA 提供一個(gè)“半完成”（half-complete）中斷，簡(jiǎn)化了雙緩沖的實(shí)現(xiàn)。

為什么會(huì)出現(xiàn)這些奇怪的限制？當(dāng)然是為了節(jié)衣縮食！這就引出了……

The Muntz Wildcard

性價(jià)比是本次設(shè)計(jì)中的首要考量。這導(dǎo)致了一些看似奇怪的選擇，但整件裝置最終拼湊起來(lái)的那一刻，便實(shí)現(xiàn)了每件 5 元的超低原料成本。如今不少?gòu)S家都為這種尺寸的電路板提供免費(fèi)的打樣服務(wù)，因此上述即設(shè)備的最終制造成本。（所有元件都可以用熱風(fēng)槍或烙鐵手工焊接；我并非經(jīng)驗(yàn)豐富的制作者，電子制作僅是我在設(shè)計(jì)學(xué)之外的副業(yè)，但我只用焊膏和熱風(fēng)槍就完成了所有工作，沒有使用鋼網(wǎng)、放大鏡或助焊劑。當(dāng)然每個(gè)人的情況也會(huì)不同啦。）

微控制器是裝置的核心部件，通常也占據(jù)物料成本中的很大比例。在本設(shè)計(jì)中，我選擇了 PY32，這是半導(dǎo)體公司普冉（Puya）推出的 Arm Cortex-M 微控制器系列。入門產(chǎn)品線 PY32F002/3 的定價(jià)令人印象深刻，低至 1 元以內(nèi)。PY32F003 型號(hào)的運(yùn)行頻率為 32 MHz，外設(shè)包括定時(shí)器、SPI 和 DMA，非常適合我們的連續(xù)數(shù)字音頻輸出使用場(chǎng)景。音頻 DAC 和放大器 IC 也是低成本型號(hào)，但足以滿足我們的應(yīng)用需求。

我在中國(guó)，從淘寶上的一家大型經(jīng)銷商處購(gòu)買元件的總成本為每臺(tái) 4 元（小批量對(duì)應(yīng)的階梯價(jià)格）。知名的在線分銷商在訂購(gòu)數(shù)量較少的情況下可能價(jià)格會(huì)略高，但數(shù)字相差不大，最高即為前述的約 5 元。

音樂從來(lái)不是誰(shuí)的專屬話語(yǔ)。全世界音樂夢(mèng)想家，聯(lián)合起來(lái)！

名片……？

名片離不開個(gè)人化的交流；我已經(jīng)開始將這些送給周圍的朋友。背面印有個(gè)人網(wǎng)站和一個(gè)小圖標(biāo)。這個(gè)圖標(biāo)隱晦地拼出一個(gè)音樂片段，我稱其為 “sweetfish旋律動(dòng)機(jī)”。我想給首位正確解讀它的人贈(zèng)送一張卡片。如果你能看明白，請(qǐng)給我發(fā)信息 (^ -)☆

原理圖 & PCB

倉(cāng)庫(kù) & 下載

可以在Github中獲取開源倉(cāng)庫(kù)：

https://github.com/ayuusweetfish/Canta-Cart

https://ayu.land/canta-cart