作為一個熱愛音樂的孩子，我被1968年問世的“時髦的巴赫”（Switched-On Bach）這張電子音樂專輯里的穆格合成器的聲音震撼了。我需要學習如何制作這些聲音！因此，當我進入科技行業時，便開始了學習和合成器制作的生涯。進入科技行業后，我發明了TV-B-Gone，這個鑰匙扣樣子的小工具可以讓你關閉幾乎任何型號的遙控電視。自從TV-B-Gone大受歡迎以來，我為世界各地的制作工坊發明了許多有趣的、開源的、可編程的硬件套件。在這些制作工坊里，新手們學習焊接，磨練他們焊接電子器件和微控制器的技術。記得在我年輕的時候，我想給他們提供一套易于組裝和使用的工具，而這套工具還是一個功能齊全的音樂合成器。

結果是我發明了ArduTouch。ArduTouch的售價是30美元。這個項目將一個觸控式鍵盤、一個ATMega328P（與Arduino Uno使用的處理器相同）和一個帶揚聲器的音頻功放集成在了一塊板子上。它還有一個軟件庫，可以作為進入數字信號處理世界的入口。

設計電路板的最大挑戰是ATMega328P的輸入/輸出（I/O）引腳數量有限。我使用了12個I/O引腳作為合成器的觸控式鍵盤，以提供完整的半音音階。鍵盤的布局與老式Stylophone——我最喜歡的20世紀60年代后期的模擬合成器之一——相似，觸控時感覺就像在觸摸電容。還有2個I/O引腳用于輸出立體聲，2個引腳用于串行通信（ArduTouch可以使用標準的Arduino開發環境進行編程，但你需要使用一條FTDI電纜將其連接到主機）。其余的I/O引腳剛好夠支持兩個按鈕和兩個控制合成器的電位計。

為了讓制作者在將套件焊接到一起后能夠立即獲得可聽見的結果，我在板子上放了一個LM386功放芯片和揚聲器。（當把插頭插入音頻輸出插孔時，功放會被繞過。）數模轉換器芯片價格昂貴，因此我使用脈沖寬度調制（PWM）對來自ATMega328P的立體聲音頻通道進行編碼。每個通道配有一個由一個電阻和一個電容組成的低通濾波器，將PWM信號轉換成音頻。

經驗豐富的設計師會認識到ArduTouch硬件很簡單。該項目的核心是用于對ATMega328P進行編程的復雜的音頻合成軟件庫。

實際上，用微控制器來產生基本的音樂音調是相當容易的。只需將揚聲器連接到I/O引腳，然后將其打開和關閉以發出不同頻率的方波就可以了（至少艾倫?圖靈在Manchester Mark II計算機上都使用過這種技術）。但所能得到的是一種刺耳的聲音，聲音的豐富性遠不及穆格合成器。

為了得到更好的聲音，我需要轉向數字音樂合成。這是一種創建音頻波形的二進制表示，胡亂擺弄它們，然后將這些數字轉換成模擬信號的行為。有許多不同的方法可以做到這一點，我很高興地說ArduTouch支持相當多的技術，包括使用波形表（使用存儲在內存中的數字音頻樣本）和生成式方法（動態計算音頻）。

一旦創建了聲音的基本二進制表示，“弄亂”的階段就非常重要。除非你把聲音弄亂，否則聲音通常很薄且枯燥乏味。動態操作產生很酷的聲音。ArduTouch可以數字化應用許多動態功能和效果，包括顫音、抑揚頓挫、滑音以及低通和高通濾波器等。

照片來源：Mitch Altman

焊接聲音：ArduTouch需要相對較少的組件（上面三張圖中中間那張圖），它使用電容鍵盤來演奏音符（最上面的圖）。它很簡單，可以在教人們入門的工坊中（最下面的圖）進行組裝。

盡管上述所有內容在概念上都不難學習和理解，但編碼卻相當復雜。我和我的朋友Bill Alessi創建的ArduTouch庫能做所有需要的低級計算，我們花了兩年時間來編寫該庫。

該庫在設計時充分考慮了靈活性，即使是沒有經驗的用戶也可以安裝新的合成器來制作不同的聲音。一個結合了四種鋸齒波形的名為Thick的合成器是預先安裝好的，但還有其他五個“可預裝”的合成器供下載使用。更高級的用戶可以通過調用一些高級功能來學習如何從頭開始創建自己的合成器。我希望那些喜歡這個項目的人會創建新的合成器并與我分享他們的代碼，以便我可以與他人分享。

但即使使用默認的合成器，聲音也非常適合這種低功耗微控制器（允許音頻采樣率僅為15千赫茲）和這種低成本的支持硬件。你可以在我的YouTube頻道上看到很多視頻演示。

對于這個項目的未來，我們將繼續改進ArduTouch Arduino庫并制作更多可預裝的合成器。我還在制作一個更強大的適合現場公共演出的ArduTouch版本。它不是套件，但它仍然是與Arduino兼容的。它將擁有功能更強大的32位微控制器，帶有大量I/O引腳、一個數模轉換器、大的存儲容量（這將允許MIDI）、一個小型LCD、幾個按鈕和電位計以及LED指示燈，當然，還有更好的聲音。