HAWK CHUA — een chaotische synthesizer voor de M-VAVE FM-1

Door plieuwski. Contact: Instagram @plieuwski. Op de FM-1 Firmware Hub als hawk-chua (identiteit FM-1_007).

Firmware voor de FM-1 waarvan de oscillator Chua's circuit is: het eenvoudigste elektronische circuit dat chaotisch gedrag vertoont. Elke stem is een eigen circuit; het scherm tekent live de attractor die de stem doorloopt. Gebouwd op een uitgeklede Felucca van Hügelton Instruments (hardwarelaag, USB, update-pad).

Het circuit

Twee condensatoren (C1, C2), een spoel (L), een weerstand (R) en één niet-lineair element: de Chua-diode, een negatieve weerstand met een stuksgewijs lineaire karakteristiek. Dimensieloos:

dx/dt = α (y − x − g(x))      x: spanning over C1
dy/dt = x − y + z             y: spanning over C2
dz/dt = −β y                  z: stroom door L

g(x) heeft helling −8/7 binnen |x| < 1, −5/7 tot |x| < 3 en +2 daarbuiten (daar verzadigen de op-amps van de diode, zoals in een echt circuit; zo blijft elke instelling begrensd). Rond x = ±1,5 liggen twee evenwichtspunten waar de toestand omheen spiraleert; de energie die de diode bij x = 0 toevoegt, gooit hem van de ene spiraal naar de andere.

Draai je α op, dan doorloopt het circuit de klassieke route naar chaos: rust → een zuivere limietcyclus (Hopf) → periodeverdubbeling → een chaotische spiraal rond één evenwicht → de dubbele scroll (beide evenwichten) → een grote buitenste cyclus (het verzadigde circuit). Waar die overgangen precies liggen hangt af van β; dat is offline uitgerekend (tools/gen_chua_tables.c → firmware/src/chua_tables.h), zodat de CHAOS-knop voor elke SHAPE hetzelfde regime betekent.

Toonhoogte is de tijdschaal van het circuit: per sample schuift de solver h = f_noot × periode / 44100 tijdseenheden op, met de omlooptijd uit dezelfde tabellen. In het cycle-regime klinkt een noot binnen 2 % op zijn toonhoogte (getest); in de chaotische regimes rond die toonhoogte, met de typische subharmonische ruis van het scrollen.

Bediening

De noise-oscillators. Draai op HOME aan ALGORITHM: na CHUA komen 30 noise-programma's naar de Noise Plethora (en als laatste BIG BANG, zie D hieronder) van Befaco (drie banken van tien, zoals op de module). Het zijn eigen fixed-point versies van wat de handleiding per programma beschrijft, gemaakt voor een keyboard: de noot zet de hoofdfrequentie, KNOB 1 en 2 zijn X en Y van het programma (de cel toont wat ze doen), KNOB 3 het niveau, KNOB 4 de RING van de gate. Elke stem draait een eigen kopie, door dezelfde ADSR en low pass gate (en de FX) als het circuit. Het scherm tekent de uitgang tegen zichzelf een paar samples eerder, een "attractor" van de ruis; met SELECT op TIME zie je de golfvorm.

Ze zijn op hetzelfde niveau gezet als het circuit (bij X = Y = 64, gemeten in de test) en blijven in elke hoek van X en Y begrensd en zonder DC.

De MOD ENV (ENV, tweede keer). Druk op ENV terwijl je al op de ENV-pagina staat: een AD-envelope die direct op de toonhoogte van het noise-programma zit (geen oscillator, geen VCA ertussen): de noot begint hoger en zakt naar zijn toon (of zwelt omhoog, met SKEW), gestart door elke noot (hij loopt zijn vorm af, ook als je de toets eerder loslaat).

Er is geen aparte FM-oscillator meer: de MOD ENV is de FM, direct op de toon (SKEW 0 en een korte LENGTH: een zap of kick, zie MELODIC TOM; SKEW hoog: een toon die omhoog zwelt). Het scherm toont de vorm en rechts hoe ver de nieuwste stem nu omhoog staat. Nog een keer ENV: terug naar HOME.

BASIS (SCL, KNOB 1). De startplek van elke noot, zoals een orkestopstelling: twaalf zitplaatsen verspreid over het stereobeeld, en elke nieuwe noot neemt de volgende plaats (de spelers om de beurt, los van welke stem hem speelt). De plaatsen volgen de gulden snede: opeenvolgende noten zitten ver uit elkaar en samen vullen ze het beeld gelijkmatig. BASIS schaalt de plaatsen: 0 is mono, 127 de volle breedte; ook noten die al klinken schuiven mee als je draait. De resonator van een noot klinkt op dezelfde plek als die noot; de shimmer krijgt het midden en maakt er zijn eigen stereo van. De pan-wet is een balans: het midden blijft op vol niveau, de andere kant gaat zachter.

ORBIT (SCL, KNOB 2). De spreiding, via de fase en op de harmonische reeks: vier all-pass filters per stem staan op de even boventonen van de noot (2, 4, 6, 8 × de grondtoon) en draaien die elk een halve slag; de oneven boventonen blijven zoals ze zijn. Het verschil gaat naar de zijkanten (links in fase, rechts in tegenfase), zodat de twee helften van de reeks uit elkaar gaan, zoals de spelers van een sectie een akkoord spreiden. De filters bewegen mee met het plaatje van de stem (de x van de attractor, of het zwerven van een noise-programma: ±25 %), dus de spreiding ademt met de chaos. ORBIT bepaalt hoe sterk. Mono (links + rechts) blijft de stem zelf, dus niets valt weg op een mono-speaker. ORBIT werkt ook met BASIS op 0. De PAN-pagina tekent het stereobeeld van links naar rechts: de twaalf plaatsen van BASIS (de volgende noot krijgt de hoge streep) en de stemmen die klinken, met hun noot.

De arpeggiator (ARP). ARP opent de ARP-pagina; PLAY zet hem aan of uit (het lampje brandt zolang hij aan staat). Aan: de noten die je vasthoudt (toetsen en MIDI in) klinken niet zelf, de arpeggiator speelt ze. Zolang er MIDI clock binnenkomt (USB of TRS, 24 per kwartnoot) loopt hij daarop mee (START begint het patroon opnieuw); komt er 0,5 s geen clock, dan loopt hij op zijn eigen BPM. Naar de arpeggiators van de Yamaha AN1x en DJX. Wat hij speelt gaat over USB-MIDI naar buiten (als USB OUT aan staat). ARP en KARMA (SEQ) staan nooit tegelijk aan.

De patronen: de dertig Arpeggiator Types van de AN1x (uit zijn Data List) en twee van de DJX. 1–15: UP, DOWN, UPDW A (de uitersten één keer), UPDW B (de uitersten twee keer) en RANDOM, elk over 1, 2 of 4 octaven. 16–30: TECHNO-A (Euro), TECHNO-B (UK, met velocity), TECHNO-C (Japans), TECHNO-D (Duits), DA HOUSE (bas links, akkoorden rechts), SYNCOPA A, SYNCOPA B (grote octaafsprongen), SYNCO ECHO, TEKK ECHO A en B, PULSE LINE, BASSLINE A–D. Daarna ECHO en SWEEP van de DJX. De Data List geeft van 16–30 alleen de naam en één regel commentaar, de handleidingen geen noten: die stappen zijn mijn invulling van die beschrijvingen ("moving filter" bij TEKK ECHO als een velocity-zwaai). Daarna zestien naar de Arpeggio Styles van de Roland MC-303 (ook hier: naam en beschrijving uit de handleiding, de stappen zijn eigen werk): GLISSANDO (halve toon voor halve toon van de laagste naar de hoogste noot en terug), SYN BASS, SLAP BASS (duim laag, pop een octaaf hoger, gedempte tussennoten), WALK BASS, RHYTHM GTR (akkoordstoten met gedempte chops), STRUM GTR (het akkoord echt aangeslagen: neer en op, 12 ms per snaar), 3 FINGER (Travis: de duim wisselt laag, de melodie op de hoogste noot), PIANO BACK (bas en akkoord), CLAVI CHORD, WALTZ, SWING WALTZ (in triolen: zet SUBDIVIDE op 1/12), REGGAE (de skank op de tweede en vierde tel, kort), PERCUSSION, HARP, SHAMISEN (de hoogste noot met loopjes eronder) en BOUND BALL (een stuiterende bal: steeds snellere herhalingen; mooi op 1/32). Gedempte stappen klinken een kwart stap, wat de GATE ook is. Alle stappatronen (16–48) blijven in het octaaf van je akkoord: wat erboven of eronder zou vallen (hun octaafsprongen, de plaatsen voorbij de hoogste noot) wordt terug gevouwen naar je laagste noot .. een octaaf hoger (of je hoogste, als het akkoord breder is), zodat het register hetzelfde blijft als je van patroon wisselt. Wil je wel over meer octaven: UP/DOWN/UPDW/RANDOM OCT2 en OCT4. Het scherm toont de laatste 32 stappen als een rol.

FREE EG (LFO). Neemt een knopbeweging op en speelt die af op een parameter, zoals de Free EG van de AN1x. LFO opent de pagina; daar zet KNOB 4 het doel (TARGET: CHAOS, SHAPE, RING, NOISE X/Y, MOD ENV HEIGHT, FX STRUCTURE/BRIGHTNESS/ DAMPING/MIX, SHIMMER, BASIS, ORBIT, ARP GATE/SWING, KARMA K1..K4, ...), KNOB 2 de lengte en KNOB 3 de diepte. Druk REC en draai aan KNOB 1: de beweging wordt opgenomen (128 punten) en je hoort hem meteen op het doel. SELECT rechtsom speelt hem af (linksom uit: de parameter krijgt zijn oude waarde terug).

FREE EG in de presets. Een deel van de presets zet zelf een contour in FREE EG (LENGTH NOTE, rond de waarde van de preset), zodat elke noot leeft zoals een speler hem speelt: de boventonen van de fluit komen erin doordat de luchtstraal korter wordt (PICCOLO, FLUTE, RECORDER, OCARINA, WHISTLE: FX STRUCTURE), een stoot lucht bij het aanzetten die overgaat in een rustige adem (PAN FLUTE, SHAKUHACHI, BLOWN BOTTLE, CALLIOPE, CHIFF LEAD: FX POSITION), koper dat openbloeit doordat de lippen zich spannen (TRUMPET, TROMBONE, TUBA, FRENCH HORN, ...: FX STRUCTURE), een aanzwellende streek (de strijkers: FX BRIGHTNESS), het riet dat aanzet (hobo, fagot, klarinet, accordeons), een sax die laat in een lange noot gaat grommen (SCREAM), een koor dat van oe naar aa naar ee opent (FX POSITION), een pad waarvan de shimmer aanzwelt. Een preset zonder contour zet FREE EG weer uit (een eigen opname laat hij staan, tot een preset met een contour hem vervangt). Het sterretje bij de presetnaam en SAVE kijken naar de waarde waaromheen FREE EG beweegt.

STEPS en BARS lopen op de BPM van de ARP-pagina, of op MIDI clock als die binnenkomt (START begint de lus opnieuw); de opname begint aan het begin van een lus en stopt vanzelf na één lengte. DEPTH 127 speelt de opname precies af, lager schaalt hij rond de waarde die de parameter had; zolang hij speelt neemt hij de eigen knop van die parameter over.

KARMA (SEQ). Een frasegenerator naar KARMA van Korg (Kay Algorithmic Realtime Music Architecture, Stephen Kay; de KARMA Basic Guide). De noten die je vasthoudt klinken niet zelf: een Generated Effect (GE) maakt er een muzikale frase van, in de maat, zolang je ze vasthoudt (of met LATCH). Speel een ander akkoord en de frase volgt het meteen. De architectuur is die van KARMA, de code en de frases zijn nieuw (KARMA's eigen GE's zijn niet openbaar).

Een GE is, zoals bij KARMA, een paar kleine generatoren die samenwerken:

De Realtime Controls: DENSITY (0 niets, laag alleen de zware aanslagen, 64 het patroon, hoger ook de spooknoten en boven 96 noten in de rusten), RANGE (−3..+3 octaven), REPEAT (meer of minder echo's), ACCENT (dynamiek, boven 96 ook toeval), GATE, RANDOM (af en toe een andere noot, boven 96 octaafsprongen), CLUSTER, TRANSPOSE (octaven), ENV (diepte van de envelope) en STRUM.

De GE's: PULSE ARP (de klassieke 16e-arp met accenten en spooknoten), CASCADE (dalende kwarten die echoën), HARP GLISS (een glissando door de toonladder), STRUM GUITAR, FINGERPICK (Travis-achtig: bas, dan de akkoordtonen), TECHNO STAB (akkoordstoten, RING zwelt over de frase), ACID LINE (303-achtig, met overbindingen en octaven), BASS WALK (een wandelende bas door de toonladder), OCTAVE BASS, TRANCE GATE, RAIN DROPS (pentatonisch, willekeurig, met echo's), SPIRAL, BROKEN 6/8, GAMELAN (een kotekan-achtig pentatonisch patroon met echo een octaaf hoger), ECHO CANYON (twee noten, vier echo's), FUNK CLAV, POLY 3 OVER 4 (een figuur van drie zestienden tegen de maat), SWELL PAD (lange akkoorden, SHIMMER MIX zwelt), CHAOS MACHINE (de toonladder over vier octaven terwijl CHAOS oploopt: het circuit raakt steeds verder uit zijn baan), SCROLL HOPPER (OUTPUT golft over de frase: van de scroll naar de spiraal en terug), NOISE PERC (voor de noise-programma's: korte tikken laag en hoog), BIRD CALLS (trillers in 1/32 en stilte: mooi met de SYRINX-waveguide), MINIMAL 5/4 (Reich-achtig, 20 zestienden, met echo een octaaf hoger) en LULLABY. Daarna tien naar de stijlen van de Roland MC-303: REGGAE SKANK (bas en korte skank-akkoorden op de achtertel), WALTZ (bas, akkoord, akkoord; de bas wisselt grondtoon en kwint), SWING WALTZ (in triolen), PIANO COMP (bas en gesyncopeerde akkoorden), SLAP POP (duim en pop, octaven), GUITAR CHOP (korte aangeslagen akkoorden), SHAMISEN (de hoogste noot met loopjes, pentatonisch), SEQ LINE (een 16e-sequencerlijn met octaafsprongen, de helderheid golft mee), BOUNCING BALL (elke nieuwe noot stuitert uit: steeds snellere, zachtere herhalingen, van links naar rechts) en THREE FINGER. De GE's met een envelope (TECHNO STAB, ACID LINE, TRANCE GATE, SWELL PAD, CHAOS MACHINE, SCROLL HOPPER, MINIMAL 5/4) spelen dus ook met de klank, niet alleen met de noten.

Het scherm toont het ritme van de GE (hoogte = gewicht, het spelende stapje licht op) en eronder de laatste 32 noten als een rol; onderin de klok en de lengte ("20 x 1/16").

KARMA, de ARP en FREE EG samen.

• Eén tegelijk. KARMA en de ARP pakken allebei de noten die je vasthoudt; zet je de een aan, dan gaat de ander uit en de vastgehouden noten gaan mee over. Zet je hem uit, dan klinkt het akkoord gewoon.
• Eén tempo. KARMA loopt op de BPM van de ARP-pagina, of op MIDI clock als die binnenkomt (START begint de frase opnieuw), en neemt de SWING van de ARP-pagina over voor zijn zestienden (of achtsten). Een nieuwe frase begint op de volgende zestiende (KARMA's Quantize Trigger); vanuit stilte meteen.
• FREE EG. LENGTH PHRASE loopt precies met de frase van KARMA mee (opnemen begint aan het begin van de frase) en de TARGETs KARMA K1..K4 zijn de vier Realtime Controls. Zo neem je bijvoorbeeld een DENSITY-beweging op die over de frase opbouwt, of een REPEAT die alleen aan het eind uitwaaiert. FREE EG NOTE start bij elke noot die KARMA maakt opnieuw: een eigen envelope per noot van de frase. Als FREE EG en de envelope van een GE dezelfde parameter willen, wint FREE EG.
• MIDI uit. Wat KARMA en de ARP maken gaat over USB-MIDI naar buiten op het TX-kanaal (als USB OUT aan staat op de GLO-pagina), zoals KARMA zijn gegenereerde noten uitstuurt; de toetsen zelf dan niet.

Elke parameter op één plek. RING staat alleen op HOME (KNOB 4), BASIS en ORBIT alleen op de PAN-pagina (SCL), de oscillator kies je alleen met ALGORITHM op HOME.

De low pass gate. Op de ENV-pagina is de gate een rond rood lampje (het LED van een vactrol): het brandt fel als de gate open staat en dimt mee met de envelope; ernaast de cutoff. De ADSR stuurt per stem een low pass gate aan, zoals een vactrol dat doet: de stuurspanning volgt de envelope snel omhoog (~2 ms) en trager omlaag (~30 ms), en zet zowel het volume als de cutoff (25 Hz .. 15 kHz). Het filter is een resonant state-variable low pass (zero-delay feedback, stabiel bij elke cutoff en resonantie). Met RING hoog rinkelt het: een "ping" als de gate opengaat, en een staart die doorklinkt terwijl hij dichtgaat. Probeer CLAVINET of MUTED GUITAR (sustain 0: elke noot is een aanslag).

De resonatoren (FX). De resonatormodellen van Mutable Instruments Rings, gevoed door de oscillators zoals de IN-ingang van Rings zijn resonatoren voedt. Polyfoon, zoals Rings op polyfonie 4: vier resonatoren, elk gestemd op een noot. Elke stem voedt alleen de resonator van zijn eigen noot, dus een akkoord klinkt als akkoord. Een nieuwe noot neemt de resonator die die noot al heeft, anders een vrije (de langst ongebruikte), anders de oudste; die klinkt dan verder op de nieuwe toonhoogte, net als bij Rings. Resonatoren die stil zijn rekenen niet mee, en de tweede core neemt de helft van de klinkende voor zijn rekening. Het scherm toont de resonator van de nieuwste noot. De DSP is de fixed-point port van Rings en DaisySP (Emilie Gillet, Electrosmith; MIT) die Felucca al had (phys_dsp.c, phys_symp.c).

KNOB 2 BRIGHTNESS, KNOB 3 DAMPING (zoals Rings: rechtsom langer), KNOB 4 MIX (0 = uit, dan rekent er niets). Het scherm tekent het model als één 3D-draadmodel in vectorstijl, in het midden (dunne lijnen in perspectief, langzaam draaiend, de achterkant gestippeld), met linksboven een pictogram en de naam (de klok, de snaar, de sitar, de fluit, de zangvogel, de havik, een hoofd bij VOICE, de trompet, de viool, de klarinet of sax en de trom). Wat het model doet zit in de animatie zelf: MODAL een draaiende klok waarvan de wand beweegt in de modes (2,0), (3,0) en (4,0), elk zo sterk als de echte partial van de resonator; SYMP de bespeelde snaar met daarachter elke resonantie als snaar van zijn lengte (1/f); STRING de eigentrillingen n = 1..4 achter elkaar en hun som vooraan; VOICE het spraakkanaal als buis met de echte oppervlaktefunctie van de VOWEL en de lengte van de SIZE; DRUM het vel dat in zijn mode beweegt, op een ketel of een romp; FLUTE de fluit zelf (kopstuk, middenstuk, voetstuk, kleppen, lipplaat) met de staande golf en zijn knopen erin en de luchtstraal over het mondgat; SYRINX en HAWK de luchtpijp met de syrinx en de twee bronchiën als buizen, de labia trillend, elk met zijn eigen stem.

De waveguides (FX, achter de resonatoren). Draai op de FX-pagina verder met ALGORITHM: na MODAL, SYMP STRING en STRING komen de waveguides en de trom, eigen code (naar de klassieke modellen: het vocal tract van Kelly en Lochbaum, de fluit van Cook / STK). Net als de resonatoren polyfoon (één per noot) en gevoed door de stemmen: de oscillator is de bron. De luidheid van de stemmen is de "adem": de fluit en de syrinx blazen alleen zolang je speelt.

Blaasdruk op aftertouch. Zodra er aftertouch binnenkomt (channel pressure of polyfonische aftertouch, via USB- of TRS-MIDI van een keyboard dat het stuurt; het eigen klavier van de FM-1 heeft het niet), is aftertouch de adem (de PRESSURE van een Yamaha VL1): niet ingedrukt klinkt een noot zacht en donker (0,35 x), helemaal ingedrukt luid en helder (1,35 x). Voor BRASS, BOW en REED is dat de blaasdruk of stoksnelheid, voor de andere FX-modellen hoe hard ze aangeslagen worden. SCREAM (een doel van de modwheel en FREE EG, onderaan de lijst op de EDIT-pagina) legt het eigen geluid van de stemmen op de adem, van een vleugje tot het instrument erdoor gedreven: met het CHUA-circuit op hoge CHAOS blaast de chaos het instrument (de "scream" van de VL1).

KNOB 2 BRIGHTNESS (mondopening/snavel/demping van de hoogte), KNOB 3 DAMPING (hoe lang de buis naklinkt), KNOB 4 MIX. Combineer gerust: een noise-programma als adem in de FLUTE, een noise-tik als stok op de DRUM (TIMPANI, TAIKO, MELODIC TOM), de ruis van een zaagtandcluster door de VOICE (CHOIR AAHS).

TAPE (REC). Een 4-sporen bandrecorder met een tapelus, opgenomen van de eigen uitgang van de synth en eronder afgespeeld. De band loopt op het tempo waarop hij is opgenomen: verander je de BPM (of het MIDI-clocktempo), dan loopt hij sneller of langzamer en gaat de toonhoogte mee, zoals bij varispeed op een echte bandrecorder; de lus blijft hetzelfde aantal tellen. Lo-fi zoals tape: 11 kHz, 8-bit mu-law, de hoogte rolt af rond 5 kHz.

SPEED (REC, SELECT rechtsom). Draai SELECT rechtsom op de TAPE-pagina: het SPEED-menu (linksom: terug naar TAPE; REC en PLAY werken hier ook). KNOB 1 de globale BPM (40..250; ARP, KARMA en de band volgen; vrije varispeed). KNOB 2 SPEED: de snelheid van de band in verhoudingen uit de boventoonreeks (reine stemming), elk op een stap van de chromatische toonladder: 1/2 (half speed, -12), 8/15, 9/16, 3/5, 5/8, 2/3 (-7), 45/64, 3/4 (-5), 4/5, 5/6, 9/10, 15/16, 1/1, 16/15, 9/8, 6/5, 5/4 (+4), 4/3, 45/32, 3/2 (+7), 8/5, 5/3, 9/5, 15/8, 2/1 (dubbel, +12). Kies je er een, dan springt de globale BPM naar het tempo dat daarbij hoort (het tempo van de band x de verhouding) en loopt de band precies op die verhouding: zuiver op de toon en in de maat met ARP en KARMA (draai je daarna aan de BPM, dan is het weer vrije varispeed). KNOB 3 LENGTH van de lus: 1 tel, 2 tellen, 1 maat, 2 maten, 4 maten (zo lang als de band past: ~3,6 s; anders korter); KNOB 4 de toonhoogte nu in halve tonen; onderin staat het tempo waarop de band is opgenomen.

De eerste opname op een lege band legt zijn tempo vast; zijn alle vier sporen gewist, dan is de band weer leeg. MIDI START zet de band terug naar het begin van de lus. Opnemen vervangt wat er op het spoor stond; het spoor dat je opneemt hoor je live. Het scherm toont de recorder in 3D: de spoelen draaien zo snel als de band loopt, de wikkels groeien en krimpen over de lus, en op de band bij de kop lichten de vier sporen op met hun geluid (het ARM-spoor gestippeld).

Op afstand (USB). Een computer kan de FM-1 over USB-MIDI bekijken en bespelen (firmware/src/remote.c, tools/fm1_remote.py; SysEx F0 7D 43 48 ...): ping, state (de pagina, de tekst op het scherm, preset, BPM, belasting, tape, FX), screen out.png (het plaatje), button REC, turn "KNOB 1" 5, note 60 100 0.5, cc 1 64, program 12, watch 10 map/ (elke halve seconde een plaatje). Nodig: pip3 install mido python-rtmidi Pillow. De USB-audio-ingang kan daarnaast met de gewone systeemtools worden opgenomen (ffmpeg of sox).

De shimmer reverb (FX, tweede scherm). Een stereo galm (4 vertragingslijnen met een Householder-matrix) met een toonhoogteverschuiver in de terugkoppeling. Elke ronde door de galm (60–110 ms) schuift een deel van de staart een interval omlaag en gaat terug de galm in, met behoud van energie: de staart zakt, de hoge octaven vervagen terwijl de lage aanzwellen, een diepe onderstroom onder de klank (tot een high-pass rond 40 Hz de bodem afsnijdt).

SPACE (met ALGORITHM, samen met het INTERVAL: HALL -OCT, HALL -5TH, ..., LESLIE -2 OCT) kiest het gebouw waarin de galm klinkt: HALL (de gewone galm), TEMPLE (een stenen kamer: dichte vroege reflecties, de resonantie van ~110 Hz van de oude orakelkamers en zijn buren, donker), CATHEDRAL (het schip: echo's van de pilaren op 23..89 ms, de lange lage modes 49 / 98 / 147 Hz), MOSQUE (de koepel: een fladderecho dat heen en weer kaatst, zijn modes 165 / 330 / 495 Hz, helder). Daarna de klankkasten van de instrumenten: het geluid door het hout, zoals het body-filter bij commuted synthesis (acht resonanties per kast, aangeslagen door het droge geluid; de galm een achtste zo luid, als een kleine kamer eromheen): PIANO BODY (de zangbodem: modes van 92 Hz tot 1,1 kHz, de reflecties van de klep), GUITAR BODY (de lucht in de kast op 100 Hz, het blad op 204 / 395 / 550 Hz ...), VIOLIN BODY (A0 275 Hz, de B1-modes 460 / 540 Hz, de brugheuvel rond 2,5..3 kHz), CELLO BODY (hetzelfde, ruim een octaaf lager), HARP BODY (een kast: brede, zachte modes van 90 Hz tot 2 kHz), ACCORDION (de kast met de rietkamers: een neuzige, holle klank, 150 Hz tot 3,4 kHz), BAGPIPE (de zak en de bourdons: scherpe resonanties op Bes 116,5 / 233 / 349,5 / 466 Hz die meeklinken, en de schalmei-formanten tot 3,5 kHz), PIPE ORGAN (de orgelkast en de windlade, 55 Hz tot 2 kHz, met de volle galm van een kerk eromheen) en LESLIE (de draaiende luidspreker van het hammondorgel: de hoge tonen uit een draaiende hoorn met zijn dopplereffect, de lage uit een draaiende trommel, twee microfoons; SIZE is de snelheid, van 0,8 Hz (chorale) tot 7 Hz (tremolo)). De snaarpresets gebruiken ze: piano's en klavecimbels de PIANO BODY, gitaren, banjo, sitar en shamisen de GUITAR BODY, viool, altviool, fiddle en pizzicato de VIOLIN BODY, cello, contrabas en akoestische bas de CELLO BODY, harp, koto, dulcimer, santur, yang qin, kalimba en mbira de HARP BODY; de accordeons, bandoneon en de rietorgels de ACCORDION, BAGPIPE en DRONE PIPES de BAGPIPE, de kerkorgels de PIPE ORGAN, de drawbar-, percussie-, rock- en synth-orgels de LESLIE (ROCK ORGAN, ROTARY ORGAN en CHUA ORGAN snel, de rest langzaam). De SHIMMER-presets (PRESETS-knop) hebben er elk een: STONE TEMPLE, ORACLE CHAMBER, CATHEDRAL, GOTHIC CHOIR, MOSQUE DOME, DOME DEPTHS, PIANO BODY, GUITAR BODY, VIOLIN BODY, CELLO BODY, HARP BODY, ACCORDION BOX, BAGPIPE, PIPE ORGAN, LESLIE SLOW, LESLIE FAST, naast UNDERWORLD, SUB HAZE, SMALL ROOM. Het scherm toont het ornament van die ruimte als een raam dat langzaam draait: een roosvenster (CATHEDRAL), een girih-ster (MOSQUE), een lotus-mandala (TEMPLE), golvende ringen (HALL). De ringen van binnen naar buiten zijn de galmstaart van nu naar eerder, elk zo fel als de staart toen was: het geluid stroomt naar buiten door het patroon; elke knop werkt over zijn hele bereik zichtbaar mee: SIZE de grootte van het raam (en 4..7 ringen), DECAY hoe ver de ringen terug in de staart reiken (0,8..7,6 s), SHIMMER hoeveel stappen de buitenste ringen klimmen (0..3, elk met meer en fijnere elementen in de verhouding van het INTERVAL), TONE hoe fel de buitenkant blijft, MIX hoe fel het geheel is. Het ornament beweegt op de BPM (of de MIDI clock): elke ring stapt één element verder op de onderverdeling van de tel, de binnenste op de kwarten, dan de achtsten, de buitenste op de zestienden, met een snelle zachte beweging en dan stil; de ringen om en om de andere kant op. De uitgang is nu stereo; met de shimmer uit blijft hij mono en bit voor bit hetzelfde.

De DELAYS (SHIMMER, de laatste drie SPACEs). In plaats van een galm een delay in het tempo (de BPM, of de MIDI clock), in het geheugen van de galm (op een kwart van de samplerate, 11 kHz: tot ~2,5 s, donker en zacht als een tape-echo). Elke delay is een patroon van taps op één lijn: elke tap een tijd na de noot, een plek van links naar rechts, een niveau en een eigen filter (een resonerend laagdoorlaatfilter: de echo's om en om donkerder, helderder); het eind van het patroon wordt teruggevoerd, zodat het patroon zachter terugkomt. Met ALGORITHM kies je de delay en zijn patroon:

Het scherm toont het podium van voren, links .. rechts: elke tap een ring op de vloer waar hij klinkt (zo groot als hij luid is), en een bal die vanuit het midden (de noot) van tap naar tap stuitert in het tempo, elke sprong zo hoog als hij lang is; de ringen lichten op als de bal landt. Presets (PRESETS op de SHIMMER-pagina): PING PONG 1/8, DOTTED PONG, TRIPLET PONG, FILTER PONG, SLAPBACK, TRESILLO ECHO, DUB SIREN, GALLOP, CLAVE ECHO, BOUNCING BALL, BALL PONG, RISING BALL, SCATTER DELAY.

Het scherm toont de toestand (x, y, z) van de nieuwste stem; speelt er niets, dan een "spookcircuit" dat op de huidige instellingen meedraait. Dat spookcircuit levert ook de beginstand van nieuwe stemmen (al op de attractor, met een kleine afwijking per stem zodat akkoorden niet in de pas lopen).

Waar begin je

Alles wordt als één bestand gecompileerd: firmware/src/felucca.c bepaalt de volgorde.

Regels van het huis (uit Felucca, en tools/build.py controleert ze): registertoegang alleen in hal/, alles in de audio-interrupt is fixed point (geen 64-bit delingen: die heeft de toolchain niet), en de audio-interrupt moet binnen ~2,9 ms klaar zijn.

CPU en de tweede core. CHUA speelt 4 stemmen, net zoveel als er FX-resonatoren/waveguides zijn (één per noot): met de waveguides erbij was 8 te zwaar. Een vijfde noot neemt de oudste stem over. De AC79 heeft een tweede core; CHUA verdeelt de stemmen en de resonatoren (om en om) over beide. De tweede core start alleen bij het opstarten, dus SELECT op de GLO-pagina zet hem aan of uit voor de volgende start (meteen opgeslagen; standaard aan). Onderaan het scherm staat dan CPU …% x2. Op sommige FM-1's leest de tweede core verkeerd (zo gevonden door X0X en Jangada): dan merkt de firmware dat, gaat verder op één core en zet de instelling uit (2ND CORE STOPPED: OFF). De uitvoer is bit voor bit gelijk, met één of twee cores (getest, ook als echte thread onder ThreadSanitizer). NVOICE in core.h zet het aantal stemmen.

Tabellen opnieuw maken (na een andere diode of ander bereik), ~1 minuut:

cc -O2 -o build/gen_chua_tables tools/gen_chua_tables.c -lm && build/gen_chua_tables > firmware/src/chua_tables.h

Installeren vanaf GitHub

Elke push naar main bouwt de firmware op GitHub (Actions), draait de tests en zet de installer online:

https://plieuw.github.io/hawk-chua/ → open in Chrome of Edge, sluit de FM-1 met een USB-datakabel aan, druk op Installeren. Volgende versies gaan op dezelfde manier; terug naar de officiële firmware kan op dezelfde pagina.

• Handleiding (PDF): https://plieuw.github.io/hawk-chua/HAWK-CHUA-handleiding.pdf (ook in docs/).
• In de browser spelen, zonder FM-1: https://plieuw.github.io/hawk-chua/webapp/try/ — dezelfde broncode (synth, toetsen, scherm, LEDs) als WebAssembly (web/emu/, sh web/emu/build.sh; clang + lld). Toetsen met muis, touch of het toetsenbord (A W S E D …, Z/X = OCT), een MIDI-keyboard via Web MIDI (CC 20–26 = de draaiknoppen, CC 27 = volume), SAVE bewaart in de browser. Opzet naar Felucca's (inmiddels verwijderde) browserversie: elke knop/toets-wissel blijft 24 ms staan; hier draait de firmware in een Worker die de audio vooruit rendert.
• Het .fwsc-bestand zelf staat bij elke run onder Actions → firmware → Artifacts.
• Een tag v1.0 (één cijfer per deel) maakt een release-build en een GitHub Release met het bestand.
• Eenmalig instellen: Settings → Pages → Build and deployment → Source: GitHub Actions.

Bouwen, testen, installeren

Zie BUILDING.md. Kort:

tools/get_toolchain.sh                 # JieLi-toolchain (eenmalig)
git clone --depth 1 --branch AC79NN_SDK_V1.2.1_2023-12-13 \
    https://gitee.com/Jieli-Tech/fw-AC79_AIoT_SDK.git ~/fw-AC79_AIoT_SDK
pip3 install Pillow fonttools mido python-rtmidi
./build.sh                             # -> build/hawk-chua.fwsc
tests/run_tests.sh                     # host-tests, geen FM-1 nodig (+ build/host/ui/sheet.png en basis.wav)
python3 tools/fm1_install.py build/hawk-chua.fwsc

Op macOS draait de toolchain in Docker (zie BUILDING.md); op Linux x86-64 direct.

Veiligheid. De installers praten met de draaiende firmware (ota.c). Haal dat er niet uit, anders kun je de volgende build alleen nog via UBOOT installeren. Lukt opstarten twee keer achter elkaar niet binnen 30 s, dan gaat de FM-1 vanzelf naar UBOOT. Herstel na een mislukte installatie: FM-1-transporter. Terug naar de officiële firmware: python3 tools/fm1_install.py FM-1.fwsc met het V15-bestand van M-VAVE.

Licentie

De interactieve uitleg (circuit, diode, bifurcatiekaart, speelbaar in de browser met dezelfde tabellen) staat in docs/chua.html.

GPL-3.0-only, net als Felucca (LICENSE, LICENSING.md, CREDITS.md). Deel je een build, deel dan ook de broncode. De namen FELUCCA_* in de code en de USB-naam "Felucca" zijn nog die van het origineel; hernoem ze gerust (firmware/src/usb.c STR1/STR2 voor de USB-naam, met een eigen VID/PID vóór je iets uitbrengt). Let op: tools/fm1_install.py zoekt de FM-1 op poortnaam (PORT_RE); pas die mee aan, of gebruik --port.