娘の3歳の誕生日にポータブルなステップシーケンサー付きシンセサイザーを自作

娘を持つ父親が、娘の3歳の誕生日に自作したポータブルなステップシーケンサー付きシンセサイザーをプレゼントしたことが、ソーシャルニュースサイトのHacker Newsで話題となっています。

I Built a Synth for My Daughter - bitsnpieces.dev
https://bitsnpieces.dev/posts/a-synth-for-my-daughter/

Alastair Roberts氏の娘は1歳の誕生日に、スイッチとLEDがぎっしり詰まったモンテッソーリのアクティビティボードをプレゼントされました。娘がアクティビティボードのノブを回したりスイッチを入れたりして楽しんでいるのを見たRoberts氏は、それがシンセサイザーのコントロールパネルに似ていることに気付き、発想がさらに飛躍して「音楽用ボードを作れないか？」という考えに至ったそうです。

ハードウェア作成の経験が全くなかったRoberts氏ですが、かろうじてArduino Inventors Kitに関する知識があったため、Arduinoをベースにしてブレッドボード上に基本的なMIDIコントローラーを作成することにしました。Arduino MIDIライブラリを使ってポテンショメータの入力をMIDIメッセージに変換する部分は簡単に完成し、あとはMIDIメッセージをMacに転送させたり、Logic Proにこのデバイスを認識させたりするだけで、ブレッドボードを「演奏」させることが可能になりました。

次の段階は、Logicからブレッドボードにオーディオ合成回路を移すことでした。出来合いのシンセサイザーモジュールを使用できたため作成期間をかなり短縮できたとのこと。さらに、視覚的フィードバックや娘が喜びそうなキャラクターを表示する目的で、OLEDディスプレイも追加しました。ただし、RAM容量が小さかったためフルフレームの動画はバッファリングできず、スクリーンを小さなパッチで更新するといった工夫を行ったものの、テンポの速い演奏でラグが発生する問題は解決できなかったそうです。

ブレッドボードの配線が終わったら、次の問題は筐体でした。市販のケースには適切なサイズのものがなかったため、オリジナルケースを作成することに。Roberts氏はCADの基礎から学習した後、Fusion 360を使って設計し、友人の所有する3Dプリンターで印刷しました。

筐体が完成したので、まずはブレッドボードに配線をはんだ付けしたものを作成し、筐体に組み込みました。配線を詰め込み過ぎてしまったため、筐体を閉じる際にはんだ付けした個所が破損するといったトラブルもあったそうですが、実際に娘にも触ってもらい、楽しんでもらえそうだということが確認できたため、Roberts氏は満足したとのこと。

娘の操作で壊れてしまったことや、友人にもいくつかプレゼントしたいという思いもあったため、より頑丈に、かつ組み立てしやすいようにする必要が生じました。そこで、ブレッドボードからプリント基板に移行することになりました。またもや未経験の作業であり、最初はYouTubeで情報収集するところからのスタートでしたが、最終的にはプリント基板の設計にもFusion 360を使用し、2層基板上で回路を配線することができるまでになりました。

こうして完成した設計ファイルを JLCPCBにアップロードしたところ、5日後には完成した基板が届き、Roberts氏は大いに驚いたそうです。

最後に、プリント基板をしっかりと固定できるよう筐体を改良し、小さくすっきりとしたバッテリーコンパートメントを追加し、またOLEDの高さを調節するためにベゼルを追加して、すべての設計は完了しました。

完成品はこちら。

完成品を娘にプレゼントしてから1週間、シンセサイザーは他のおもちゃと一緒に大事にされ、飽きることなく遊ばれているそうです。Roberts氏は第一の目標である「娘が成長しても飽きずに楽しめるような奥深いものを作る」を達成できたことに満足する一方で、今後は改良を重ねつつ、製品化も視野に入れているとのことでした。