Raspberry Pi와 FluidSynth 기반 DIY 랙 사운드 모듈(설계 중)

더욱 줄이면 Fluidule

현대의 소프트웨어 신시사이저와 SoundFont 엔진은 매우 강력해졌으며, 소형 컴퓨터에서도 충분히 구동될 수 있다. 특히 FluidSynth는 대형 SF2 라이브러리를 이용하여 고품질 MIDI 재생을 가능하게 한다.

그러나 대부분의 소프트웨어 음원은 다음과 같은 형태로 사용된다.

• PC용 소프트웨어
• 헤드리스 서버
• USB MIDI 장치

반면 1990년대에는 독립형 MIDI 음원 모듈이 널리 사용되었다.

대표적인 예:

• Roland Sound Canvas 시리즈
• E-mu Proteus 시리즈
• Roland JV-1080
• Korg 05R/W, NS5R, Trinity Rack
• Yamaha TG/MU 시리즈 등

이 장비들은 공통적으로 다음과 같은 특징을 갖는다.

• DIN MIDI 입출력
• 전면 패널 사용자 인터페이스
• 독립적인 음원 엔진

Fluid Ardule 프로젝트의 목표는 이러한 클래식한 MIDI 모듈의 사용 경험을 현대적인 소프트웨어 음원으로 재현하는 것이다.

Fluid Ardule은 다음과 같은 특징을 가진 독립형 MIDI 음원 모듈을 만드는 것을 목표로 한다.

• 하드웨어 모듈(랙마운트?)
• DIN MIDI 입출력
• 전면 패널 조작 인터페이스
• FluidSynth 기반 SoundFont 재생
• 가상 아날로그 신시사이저(VA) 확장 가능
• PC 없이 독립적으로 동작

개념적으로 장치는 다음과 같은 구조를 가진다.

          Fluid Ardule
 ┌─────────────────────────┐
 │ Raspberry Pi Synth Core │
 │ FluidSynth + VA Synth   │
 │                         │
 │ DIN MIDI IN/OUT/THRU    │
 │ Front Panel Controller  │
 │ LCD + Encoders + Buttons│
 └─────────────────────────┘

즉 외부 컴퓨터 없이 MIDI 케이블만 연결하면 동작하는 독립 음원 모듈이다.

Fluid Ardule은 세 개의 주요 모듈로 구성된다.

Front Panel Controller
        │
        │ UART
        ▼
Raspberry Pi (Synth Engine)
        │
        │ USB
        ▼
MIDI Interface Module

음원 엔진의 핵심 하드웨어는 다음과 같다.

• Raspberry Pi 3 Model B

이 시스템은 다음 기능을 수행한다.

• FluidSynth 기반 SoundFont 재생
• 가상 아날로그 신시사이저
• MIDI 라우팅
• 프리셋 / 패치 관리
• 오디오 출력

즉 1990년대 하드웨어 음원 모듈에서 DSP와 CPU가 수행하던 역할을 담당한다.

사용자 인터페이스는 별도의 마이크로컨트롤러가 담당한다.

• Arduino Nano

Nano는 다음 장치를 제어한다.

• 전면 패널 버튼
• 로터리 엔코더
• LCD 디스플레이 (1602)
• 상태 LED

Nano는 Raspberry Pi와 UART 시리얼 통신을 사용하여 명령을 전달한다.

예:

ENC1 +1
BTN PLAY
BTN NEXT

이 구조는 많은 상용 신디사이저에서 사용되는 UI 컨트롤러 + 메인 엔진 구조와 동일하다.

DIN MIDI 인터페이스는 별도의 모듈로 구현된다.

• Arduino Pro Micro
• MIDI shield 기반 회로

구성:

• MIDI IN
• MIDI OUT
• MIDI THRU

이 모듈은 Raspberry Pi에 USB MIDI 장치로 연결된다.

이 방식을 선택한 이유는 다음과 같다.

• Raspberry Pi에서 직접 DIN MIDI를 구현하면 회로가 복잡해짐
• UART 및 Linux 설정이 번거로움
• USB MIDI 장치 방식이 훨씬 단순하고 안정적

따라서 Pro Micro는 내장형 USB MIDI 인터페이스 역할을 수행한다.

Fluid Ardule은 Linux 기반 장치이므로 안전한 종료(shutdown)가 중요하다.

단순히 전원을 차단하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.

• 파일 시스템 손상
• SD 카드 오류
• 시스템 불안정

이를 해결하기 위해 소프트 전원 시스템을 사용한다.

푸시버튼 기반 래치 전원 스위치를 사용한다.

예:

• Pololu Pushbutton Power Switch (LV)

동작 과정:

1  POWER 버튼 누름
2  전원 래치 활성화
3  Raspberry Pi 부팅
4  GPIO가 전원 유지 신호 출력
5  시스템 정상 동작
6  SHUTDOWN 버튼 누름
7  Linux 종료 수행
8  전원 유지 신호 해제
9  전원 자동 차단

장점:

• Linux 시스템의 안전한 종료
• 랙 장비에 적합한 순간식 전원 버튼
• 전체 시스템의 통합 전원 관리

Fluid Ardule은 19인치 1U 랙 케이스에 장착되는 것을 목표로 한다.

전면 패널 개념:

Fluid Ardule

[ 1602 LCD ]

ENC1        ENC2

PLAY STOP BACK NEXT MODE

PWR  MIDI  PLAY

후면 패널:

MIDI IN
MIDI OUT
MIDI THRU
USB
AUDIO L/R
POWER

이 레이아웃은 1990년대 MIDI 음원 모듈의 사용자 경험을 의도적으로 재현한다.

Fluid Ardule은 단순한 MIDI 플레이어가 아니다.

이 프로젝트는 다음 요소를 결합한다.

• 현대적인 소프트웨어 음원
• 클래식 MIDI 하드웨어 워크플로
• 모듈형 DIY 하드웨어 설계

결과적으로 Fluid Ardule은 다음과 같은 장치가 된다.

1990년대 랙 신디사이저의 정신을 계승한 현대적 소프트웨어 음원 모듈

fluidule_midi_routing_design.docx