Master's Thesis

System for synchronizing lighting technology with live music

Final Thesis 10.79 MB Appendix 1.08 MB

Author of thesis: Ing. Patrik Hajdúch

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Marek Sikora, Ph.D.

Reviewer: Ing. Miroslav Balík, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis focuses on the process of designing a device for converting MIDI (Musical Instrument Digital Interface) messages into changes in a transmitted DMX512 (Digital Multiplex with 512 channels) lighting control signal. The design builds upon a previous design created as a part of the author’s bachelor thesis and aims to improve it, addressing limitations discovered during long-term usage of the original design.
The device runs on a custom printed circuit board featuring the STM32F302R8T6 microcontroller, house inside a custom 3D-printed case. It is capable of processing incoming Note On, Note Off and Control Change MIDI messages, utilizing a user-configurable conversion table implemented using an indexed addressing structure that enables constanttime mapping of MIDI messages to corresponding DMX512 signal changes stored in secondary memory. To improve performance, direct memory access (DMA) and timer
interrupts are utilized to allow for simultaneous MIDI reception, message processing and DMX512 signal transmission. In addition, a desktop application was developed, which allows for configuring the conversion table as well as monitoring the device’s status via a USB connection.
The resulting system provides an efficient and accessible solution for synchronizing stage lighting and effects with music.

Keywords:

MIDI, DMX, DMX512, MIDI to DMX converter, microprocessor, microcontroller, STM32, Nucleo, DMA, stage lighting, stage equipment, music electronics, USB

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Otázky oponenta a komise: 1. Kvantifikujte výpočetní nároky Vašeho algoritmu konverze ve formě firmware použitého MCU STM32F302. Jaká je rezerva výpočetního výkonu pro funkci systému v reálném čase? 2. Popište způsob, jakým byste dokázal analyticky formou opakovatelných a dokumentovatelných testů či měření zhodnotit funkci Vámi řešeného zařízení. Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Audio Engineering (MPC-AUD)

Specialization

Audio Production and Recording (AUDM-ZVUK)

Composition of Committee

PhDr. Aleš Dvořák (člen)
prof. Ing. Jiří Mekyska, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. MgA. Mgr. Dan Dlouhý, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Miroslav Balík, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Švento (člen)

Supervisor’s report
Ing. Marek Sikora, Ph.D.

Student ve své práci vytvořil převodník MIDI signálu na signál DMX podle převodní tabulky, kterou je možné vytvořit pomocí dodaného softwaru pro PC. Návrh a účel tohoto převodníku vychází z úzké spolupráce s rockovou skupinou, která tento převodník využívá k automatizaci světelné show s živou hudbou. Výsledné řešení plně splňuje všechny cíle práce i požadavky kapely a představuje pro hudebníky velmi zajímavé a plně univerzální řešení pro propojení standardizované hudební a světelné techniky.
Student pravidelně konzultoval a účastnil se koncertů spolupracující kapely, na kterých tento převodník důkladně testoval a zpracovával zpětnou vazbu či náměty na vylepšení. Celkově hodnotím práci jako nadprůměrnou s vysokou užitnou hodnotou.
Po formální stránce práce neobsahuje žádné závažné nedostatky. Points proposed by supervisor: 98

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Miroslav Balík, Ph.D.

V práci se diplomat zabývá problematikou řízení světelné techniky s využitím hudby produkované během především živých vystoupení. Zdrojem dat pro řízení mají být MIDI signály následně konvertované na signály DMX, které přímo slouží k řízení světelné techniky. Primárním cílem tedy byl návrh, HW konstrukce a SW vybavení standalone zařízení použitelného v běžných konfiguracích systémů světel. Dokument diplomové práce má správně zvolenou strukturu i náplň, jednotlivé kapitoly na sebe logicky navazují a svou náplní a rozsahem úměrně pokrývají danou problematiku. V práci se vyskytují jen drobné formální nedostatky, např. chybějící mezera mezi číslem a jednotkou na str. 18 nebo záměna pomlčky a znaku mínus na str. 32. Po věcné stránce tato diplomová práce navazuje na bakalářskou práci, je patrný rozdíl v přínosu bakalářské a diplomové práce. Pří výběru HW platformy mohla být lépe rozebrána volba procesoru F302, fakticky byla v úvahu brána jen velikost paměti a dostupná rozhraní, nebyl řešen potřebný výpočetní výkon či elektrický příkon zařízení, tedy případná výkonová rezerva pro možné rozšíření vlastností nebo naopak možnost řešení s nižším příkonem pro možnost bateriového napájení. I když je řešené zařízení poměrně jednoduché, oceňuji komplexnost celého řešení od návrhu DPS, přes mechanické řešení, až po softwarové vybavení jak v podobě firmware tak ovládacího software. Vzhledem k předpokládané náplni diplomové práce, jejíž součástí má být objektivní zhodnocení vlastností řešeného zařízení, musím konstatovat, že tato část v práci zcela chybí. Diplomant pouze konstatuje v kapitole 5, že se zařízení používá, to však není analytické ověření vlastností výstupu diplomové práce. Především vzhledem k chybějícímu zhodnocení výstupu práce snižuji hodnocení na zámku velmi dobře/B (82). Topics for thesis defence:
  1. 1. Kvantifikujte výpočetní nároky Vašeho algoritmu konverze ve formě firmware použitého MCU STM32F302. Jaká je rezerva výpočetního výkonu pro funkci systému v reálném čase?
  2. 2. Popište způsob, jakým byste dokázal analyticky formou opakovatelných a dokumentovatelných testů či měření zhodnotit funkci Vámi řešeného zařízení.
Points proposed by reviewer: 82

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová