Bachelor's Thesis

MIDI to CV/Trig protocol converter

Final Thesis 7.17 MB Appendix 2.07 MB

Author of thesis: Bc. Martin Grünwald

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Jiří Schimmel, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis focuses on the design and implementation of a converter that translates MIDI protocol into control signals for modular synthesizers in the Eurorack system. The thesis presents the fundamentals of the theory of modular synthesis and the signals used in it. It also provides an introduction to MIDI protocol theory. Furthermore, this thesis focuses on the design of the schematic and the converter’s printed circuit board, and includes a brief description of the code for the selected microcontroller. The thesis also includes a description and the results of the performed measurements. The output of the thesis is the functioning converter module itself and the files created during the design process.

Keywords:

Eurorack, modular synthesizer, MIDI, STM32

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky členů komise a oponenta: - V textu uvádíte, že pro melodické či harmonické fráze s komplexnějšími zvukovými barvami bude pozorovatelný rozdíl kmitočtem generovaného signálu a jeho výškou zřejmě větší. Jaký je rozdíl mezi vjemem výšky tónu u čistého tónu a složeného zvuku? - Jak je ve vašem modulu řešeno přidělování výstupů signálu CV, pokud je stlačeno více kláves, než čtyři? Jaké jiné možnosti se ještě používají?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Audio Engineering (BPC-AUD)

Specialization

Audio Production and Recording (AUDB-ZVUK)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Sysel, Ph.D. (předseda)
MgA. Michal Indrák, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D. (člen)
Ing. David Leitgeb (člen)
Ing. Matěj Ištvánek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Student ve své bakalářské práci navrhl a realizoval převodník zpráv protokolu MIDI na řídicí signály CV, Gate a Trig pro modulární systém Eurorack. Práce zahrnovala návrh schématu zapojení, desky plošných spojů, firmwaru pro mikrokontrolér STM32 a následné sestavení i oživení modulu.

Student byl aktivní zejména v druhé polovině semestru, kdy pravidelně konzultoval dílčí části řešení a postupně předkládal dosažené výsledky. Kvůli časové tísni v závěru práce však již nezbyl prostor pro zapracování připomínek směřujících k plánovanému využití modulu v laboratorní výuce. Výsledkem je nicméně funkční modul, který byl oživen a otestován jak v laboratorních podmínkách, tak v reálném systému Eurorack. Student provedl základní měření napájecích napětí, výstupních úrovní logických signálů a přesnosti převodu MIDI not, Pitch Bendu a Control Change na výstupní napětí. Naměřené výsledky potvrzují plnou funkčnost zařízení. Na druhou stranu v řešení chybí některé pokročilejší funkce, jako je možnost uživatelského nastavení převodu, volba MIDI kanálu či výběr konkrétního MIDI kontroleru pro jednotlivé výstupy. V textové části by bylo vhodné věnovat více prostoru rešerši existujících MIDI–CV převodníků a podrobnějšímu popisu samotného protokolu MIDI. Také některá měření (zejména u signálů Trig a odchylek výstupního napětí) mohla být provedena a vyhodnocena systematičtěji.

Po formální stránce je práce na dobré úrovni, text je srozumitelný a logicky popisuje návrh i výsledné zařízení. Práci lze vytknout drobné terminologické nepřesnosti, méně vhodnou strukturu některých kapitol a místy stručnější technické zdůvodnění zvoleného řešení.

Celkově student vytvořil funkční hardwarový prototyp, čímž prokázal schopnost samostatně navrhnout a realizovat elektronické zařízení včetně firmwaru a ověřit jeho funkce. Vzhledem k výše uvedeným nedostatkům hodnotím práci stupněm C / 75 bodů Points proposed by supervisor: 75

Grade proposed by supervisor: C

Cílem bakalářské práce bylo navrhnout a realizovat převodník zpráv protokolu MIDI na řídicí signály pro analogové modulární syntezátory pro platformu Eurorack. Realizovaný převodník disponuje dvěma režimy: v polyfonním režimu generuje řídicí signály CV a Gate pro až čtyři současně stlačené klávesy, v monofonním režimu reaguje pouze na jednu stlačenou klávesu, ale generuje další odvozené řídicí signály a signál CV pro MIDI zprávy Control Change. Modul bohužel postrádá jakoukoliv možnost nastavení převodu. Reaguje tedy na všechny MIDI kanály a takém ignoruje číslo MIDI kontroleru, tj. reaguje na všechny. Díky tomu nebude možné současně použít více modulů pro převod zpráv MIDI na řídicí signály pro analogové modulární syntezátory. Je škoda, že modul nenabízí režim, ve kterém by reagoval na více různých kontrolerů, funkci „MIDI learn“, reakci na MIDI zprávu Note On s hodnotu rychlostní citlivosti 0 jako na zprávu Note Off nebo spuštění, resp. Zastavení generování signálu Trig s přijetím zpráv synchronizace MIDI Clock Start, Stop a Continue
Řešení převodníku jako modulu se šířkou 5HP nepředstavuje konstrukční výzvu. Mnohem složitější převodníky s více funkcemi, včetně nastavení, mají šířku 3HP, maximálně 4HP. Argumentace ergonomií práce s modulem uvedený v textu práce neobstojí, rozestupy mezi konektory jsou na komerčních modulech pro Eurorack menší. V práci schází rešerše existujících řešení, kterými se student mohl nechat inspirovat, jak funkcionalitou, tak konstrukčním řešením.
Text práce má 28 stran, více pozornosti mělo být věnováno protokolu MIDI. Z formálního hlediska je práce na dobré úrovni, lze ji ale vytknout strukturu kapitol, kapitoly začínající obrázkem, blokové diagramy označené jako vývojové diagramy a nesprávnou terminologii. V části 3.1 schází testování generátoru signálu Trig., tj. měření délky periody a porovnání s teoretickou. Místo grafu 3.4 měla být zobrazena odchylka napětí od teoretické hodnoty nebo od regresní přímky. Topics for thesis defence:
  1. V textu uvádíte, že pro melodické či harmonické fráze s komplexnějšími zvukovými barvami bude pozorovatelný rozdíl kmitočtem generovaného signálu a jeho výškou zřejmě větší. Jaký je rozdíl mezi vjemem výšky tónu u čistého tónu a složeného zvuku?
  2. Jak je ve vašem modulu řešeno přidělování výstupů signálu CV, pokud je stlačeno více kláves, než čtyři? Jaké jiné možnosti se ještě používají?
Points proposed by reviewer: 75

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová