FPGA MIDI Music Synthesizer

Published on Apr 5, 2019 element14 presents

“Have you ever wondered how digital synthesizers work? In today’s video, Andy shows how to build one with just a handful of parts. He’ll use a standard MIDI interface and line-level output for maximum compatibility, and an FPGA for maximum fun! Connect with Andy on the element14 community: http://bit.ly/2TS8tp5”

See the FPGA label directly below for

DIY – Synthesizer-Plattform dadamachines Doppler für wenig Geld – kompatibel aber schneller als Arduino!

doppler breadboarddoppler breadboard

dadamachines waren und sind die Jungs, die MIDI-gesteuerte Schlegel und ähnliches bereits gezeigt haben, also eine mechanische Komponente, die sich durch Sequencer und Co. steuern lässt. Nun geht es darum, dass es eine Plattform gibt, die günstig ist und auf der viele Lust haben zu entwickeln für Synthesizer-Projekte.

Eigentlich lässt sich damit auch die schlaueste Waschmaschine oder ein Schlagzeug für 256 Schlegel, Besen und Stöcke bauen, aber eben auch Synthesizer und Synthese-Elemente, Module und Controller, die etwas intelligenter sind, denn der Chip kann etwas. Behringer suchen noch Leute, Waldorf hat jetzt schon den Kyra, und es gibt noch ein paar andere FPGA-basierte Synthesizer.

Ebenso sind Teenage Engineering mit an Bord bei der FPGA-Nutzung. Ein Microcontroller von ARM und jener FPGA sind die Basis für etwas, das vielleicht der nächste Kyra sein könnte. Das winzige Board enthält pimär durchnummerierte Anschlüsse und kostet den Nutzer 36 Euro. Die Leute von dadamachines wollen einfach wirklich viel erreichen mit dem kleinen Teil.


Um zu beweisen, was damit geht und die Offenheit zu demonstrieren, sieht man ein Steckfeld, ein sogenanntes Breadboard, auf dem ein Display und andere kleine Minisysteme zu sehen sind. Mit ihnen könnte man dann bereits alles zusammenfügen, was man braucht.

Das Doppler genannte Board enthält auch LEDs zur Anzeige des Status, dennoch wird man sicher mal ein Poti hier und einen oder mehrere Taster dort verwenden wollen, und das geht auf einem Experimentierboard. An den Doppler kann man per USB Daten übermitteln.

Schneller aber kompatibel mit Arduino

Wer mit Arduino und Co. experimentiert hat, kann es auch hiermit tun und deutlich mehr Leistung herausholen. Deshalb ist es gerade für aufwendigere Synthese und Synthesizer gut geeignet. Dinge wie MIDI und irgendwelche Potis und Steller kann es leicht integrieren und den passenden Code dafür aufnehmen und verarbeiten, ohne dass es bald eng wird.

Auf dem Board gibt es schon 2 Taster und Firmware, die man selbst aufspielen kann und sie ist kompatibel mit dem Arduino. Genau das dürfte kleine Synthesizer-Projekte freuen oder viel mehr deren Starter.

Mehr Information

Wer sich mehr zutraut, kann sich dieses PDF anschauen. Außerdem dieses Github über USB-Verbindungen, ein bisschen lernen über Programmierung für Synths oder auch hier schauen. Der Kern und alle Fäden zusammenlaufen natürlich bei dadamachines Github. Und die Firmware gibt es hier.

Zuerst schauen sollte man aber im Forum und auf der dada-Site. Und bei CDN kann man natürlich auch mal nachschauen, dort gibt es einen längeren Artikel dazu.


dadamachines doppler is a new platform for open music hardware

The new doppler board promises to meld the power of FPGA brains with microcontrollers and the accessibility of environments like Arduino. And the founder is so confident that could lead to new stuff, he’s making a “label” to help share your ideas.

doppler is a small, 39EUR development board packing both an ARM microcontroller and an FPGA. It could be the basis of music controllers, effects, synths – anything you can make run on those chips.

If this appeals to you, we’ve even got a CDM-exclusive giveaway for inventors with ideas. (Now, end users, this may all go over your head but … rest assured the upshot for you should be, down the road, more cool toys to play with. Tinkerers, developers, and people with a dangerous appetite for building things – read on.)

But first – why include an FPGA on a development board for music?

The pitch for FPGA

The FPGA is a powerful but rarified circuit. The idea is irresistible: imagine a circuit that could be anything you want to be, rewired as easily as software. That’s kind of what an FPGA is – it’s a big bundle of programmable logic blocks and memory blocks. You get all of that computational power at comparatively low cost, with the flexibility to adapt to a number of tasks. The upshot of this is, you get something that performs like dedicated, custom-designed hardware, but that can be configured on the fly – and with terrific real-time performance.

This works well for music and audio applications, because FPGAs do work in “close to the metal” high performance contexts. And we’ve even seen them used in some music gear. (Teenage Engineer was an early FPGA adopter, with the OP-1.) The challenge has always been configuring this hardware for use, which could easily scare off even some hardware developers.

For more on why open FPGA development is cool, here’s a (nerdy) slide deck: https://fpga.dev/oshug.pdf

Now, all of what I’ve just said a little hard to envision. Wouldn’t it be great if instead of that abstract description, you could fire up the Arduino development environment, upload some cool audio code, and have it running on an FPGA?

doppler, on a breadboard connected to other stuff so it starts to get more musically useful. Future modules could also make this easier.

doppler: easier audio FPGA

doppler takes that FPGA power, and combines it with the ease of working with environments like Arduino. It’s a chewing gum-sized board with both a familiar ARM microcontroller and an FPGA. This board is bare-bones – you just get USB – but the development tools have been set up for you, and you can slap this on a breadboard and add your own additions (MIDI, audio I/O).

The project is led by Johannes Lohbihler, dadamachines founder, along with engineer and artist Sven Braun.

dadamachines also plan some other modules to make it easier to add other stuff us music folks might like. Want audio in and out? A mic preamp? MIDI connections? A display? Controls? Those could be breakout boards, and it seems Johannes and dadamachines are open to ideas for what you most want. (In the meantime, of course, you can lay out your own stuff, but these premade modules could save time when prototyping.)

Full specs of the tiny, core starter board:

120Mhz ARM Cortex M4F MCU 512KB Flash (Microchip ATSAMD51G19A) with FPU
– FPGA 5000 LUT, 1MBit RAM, 6 DSP Cores,OSC, PLL (Lattice ICE40UP5K)
– Arduino IDE compatible
– Breadboard friendly (DIL48)
– Micro USB
– Power over USB or external via pin headers
– VCC 3.5V …. 5.5V
– All GPIO Pins have 3.3V Logic Level
– 1 LED connected to SAMD51
– 4 x 4 LED Matrix (connected to FPGA)
– 2 User Buttons (connected to FPGA)
– AREF Solder Jumper
– I2C (need external pullup), SPI, QSPI Pins
– 2 DAC pins, 10 ADC pins
– Full open source toolchain
– SWD programming pin headers
– Double press reset to enter the bootloader
– UF2 Bootloader with Firmware upload via simple USB stick mode

See also the quickstart PDF.

I’ve focused on the FPGA powers here, because those are the new ones, but the micrcontroller side brings compatibility with existing libraries that allow you to combine some very useful features.

So, for instance, there’s USB host capability, which allows connecting all sorts of input devices, USB MIDI gadgets, and gaming controllers. See:


That frees up the FPGA to do audio only. Flip it around the other way, and you can use the microcontroller for audio, while the FPGA does … something else. The Teensy audio library will work on this chip, too – meaning a bunch of adafruit instructional content will be useful here:



doppler is fully open source hardware, with open firmware and code samples, so it’s designed to be easy to integrate into a finished product – even one you might sell commercially.

The software examples for now are mainly limited to configuring and using the board, so you’ll still need to bring your own code for doing something useful. But you can add the doppler as an Arduino library and access even the FPGA from inside the Arduino environment, which expands this to a far wider range of developers.

Look, ma, Arduino!

In a few steps, you can get up and running with the development environment, on any OS. You’ll be blinking lights and even using a 4×4 matrix of lights to show characters, just as easily as you would on an Arduino board – only you’re using an FPGA.

Getting to that stage is lunch break stuff if you’ve at least worked with Arduino before:


Dig into the firmware, and you can see, for instance, some I/O and a synth working. (This is in progress, it seems, but you get the idea.)


And lest you think this is going to be something esoteric for experienced embedded hardware developers, part of the reason it’s so accessible is that Johannes is working with Sven Braun. Sven is among other things the developer of iOS apps zmors synth and modular – so you get something that’s friendly to app developers.

doppler in production…

A label for hardware, platform for working together

Johannes tells us there’s more to this than just tossing an open source board out into the world – dadamachines is also inviting collaborations. They’ve made doppler a kind of calling card for working together, as well as a starting point for building new hardware ideas, and are suggesting Berlin-based dadamachines as a “label” – a platform to develop and release those ideas as products.

There are already some cool, familiar faces playing with these boards – think Meng Qi, Tom Whitwell of Music thing, and Ornament & Crime.

Johannes and his dadamachines have already a proven hardware track record, bringing a product from Kickstarter funding to manufacturing, with the automat. It’s an affordable device that makes it easy to connect physical, “robotic” outputs (like solenoids and motors). (New hardware, a software update and more are planned for that, too, by the way.) And of course, part of what you get in doing that kind of hardware is a lot of amassed experience.

We’ve seen fertile open platforms before – Arduino and Raspberry Pi have each created their own ecosystems of both hardware and education. But this suggests working even more closely – pooling space, time, manufacturing, distribution, and knowledge together.

This might be skipping a few steps – even relatively experienced developers may want to see what they can do with this dev board first. But it’s an interesting long-range goal that Johannes has in mind.

Want your own doppler; got ideas?

We have five doppler boards to give away to interested CDM readers.

Just tell dadamachines what you want to make, or connect, or use, and email that idea to:


dadamachines will pick five winners to get a free board sent to them. (Johannes says he wants to do this by lottery, but I’ve said if there are five really especially good ideas or submissions, he should… override the randomness.)

And stay tuned here, as I hope to bring you some more stuff with this soon.

For more:



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DIY Keyboard Synthesizer by Niklas Wallin

Published on Jan 6, 2019 Niklas Wallin

“Quick demo of my synthesizer..
First doing reset of sound, then some pwm and xfade modulations and such..”

Some additional info via Niklas:

“It has 8voices , every voice has two oscillators, every oscillator has two waves that can be crossfaded. There are two filters, connected to each oscillator. The one connected to osc1 has some resonance. It’s

Behringers Suche nach Synth-Neuland: Angriff auf die Digitalen und Hybriden?

Behringer DigitalBehringer Digital

Behringer sucht nach eigenen Angaben „Spezialisten für FPGA Programmierung“. Damit sind sie dann offensichtlich noch ganz am Anfang, aber …

Angesichts der nicht mehr so breiten Palette von digitalen Synthesizern und dem großen Analog-Trend muss etwas kommen. Waldorf hat sich den Kyra an Bord geholt, den früheren Valkyrie von einem exzellenten Coder aus UK. Wie man auch an Software-Synthesizern hören kann, ist die Qualität solcher Synthesizer, die nicht zwingend Simulanten sind, sehr unterschiedlich und trägt stark die Handschrift von Individualisten. So klingt Arturia-Software nicht immer genau so wie das Original. Sie ist aber brauchbar und hochwertig, während U-He, Creamware schon vor Jahren und Roland seit Start der Boutique-Serie offenbar gefunden haben, was man braucht. Wie sieht die nahe Zukunft von Behringer aus?

Behringer Digital-Synthesizer – der nächste Schritt?

Behringer arbeitet aktuell irgendwo zwischen der Herstellung beliebter Synthesizer und Neuentwicklung eigener Konzepte wie dem Neutron. Sie werden auf Dauer ihr Image verbessern wollen und auch Synthesizer auf breitere Füße stellen wollen. Dazu gehört eine gute digitale Einheit. FPGA ist nur einer von mehreren Wegen, wie man Synthesizer heute in Hardware gießen kann. Aktuell gehen viele Firmen in Richtung ARM-Chips. Die Klassiker sind hingegen auf Motorola-DSPs oder Sharcs aufgebaut. Selbst Sequential verwendet Sharcs für den Oszillator-Block des Prophet-12 , so wie es Creamware damals, später Soniccore auch versuchten.

Wenn die richtigen Leute gefunden sind oder auch nur ein guter Coder, wäre ein neues Projekt für einen Behringer Digital-Synthesizer in einem halben bis ganzen Jahr soweit, vorzeigbar zu sein. Manchmal kann es auch länger dauern. Ab da müsste man eher mit ganz neuen Maschinen rechnen können, die sicher eher nicht so stark an anderen orientieren, jedoch sich den Markt genau ansehen. Ob es für Innovationen reicht, die auch ein Wagnis darstellen, kann man auch bei positivem Blick erstmal nicht annehmen. Schließlich operiert Behringer schon sehr, sehr lange eher nahe an gut funktionierenden Konzepten.

Sie können günstig Dinge herstellen und auch hybride Synthesizer wären kein Problem. Sie wären generell günstiger als alles andere, jedoch ist die Messlatte für ein sinnvolles neues Konzept relativ hoch. Ob man eher eine Art Nord Lead, Virus oder Kyra bringt oder sich auch an ganz anderen Synthesekonzepten versucht, könnte man anhand bisheriger Produkte eher nicht erwarten. Aber wieso sollte Behringer uns nicht überraschen wollen?

Behringer stellt neue Leute ein

Behringer sucht mehrere Leute und zwar sollen diese sich laut ihrer Facebook-Information in Willich bewerben, dem klassischen deutschen Gründungsort. Ganz sicher meint man das ernst und sicher möchte man mit mehreren Leuten schnell vorankommen und vielleicht mehrere Projekte bringen. Wenn die mal gefunden sind, könnte man auch FM-Synthesizer, Mischformen wie den Fingersonic oder auch High-End-Maschinen wie den Waldorf Quantum schaffen. Aber – gut klingende Instrumente brauchen auch teilweise unkonventionell denkende Coder.

Wir tippen auf die Ergänzung der analogen Reihe, Aufwertungen der analogen Elemente über digitale Oszillatoren mit Wavetables, FM und Co. Aber auch komplett digitale Konzepte sind möglich, die aber stark an den Spezialitäten der Coder hängen werden oder, je nach Firmenstruktur, des Leitenden oder des Chefs. Die Erwartung ist daher: günstige Mischformen und digitale Konzepte mit dem Besten aus allem, was es bisher gab. Wenn wir als User die Firma unterschätzen und sie bringen sehr innovative Instrumente, dann haben sie auch die Chance auf mehr gute Karmapunkte. Vielleicht tun sie genau das (auch), lassen aber auch ein paar Klassiker auf den Stand von 2018 bringen.

Waldorf Kyra To Be The First Fully FPGA Powered Synthesizer

Waldorf Music today announced the Kyra – a powerful new synth design that they describe as “the world’s first fully FPGA (Field-Programmable Gate Array) powered synthesizer”.… Read More Waldorf Kyra To Be The First Fully FPGA Powered Synthesizer

Waldorf to Introduce New KYRA – All FPGA VA Synthesizer Based on the Exodus Valkyrie at NAMM 2019

Yes, this is real. Waldorf is teaming up with Exodus Digital on their recently announced Valkyrie FPGA synthesizer. It’s worth noting the Novation Peak is also FPGA based, however not fully, as it utilizes analog filters. There are also some DIY FPGA synths. A fun side note is that this is the earliest NAMM post to go up for a single year’s event. 🙂

Here’s the press release:

Waldorf Music

Waldorf überrascht mit Kyra Synthesizer

Waldorf Kyra

Zack – Waldorf überrascht uns alle mit einem neuen Synthesizer auf Basis von FPGAs. Das sind Chips, die jedoch nicht einfach DSPs sind. Auf diesen arbeiten noch wenige Hersteller, aber Waldorf sind nach Exodus die ersten mit einem großen Produkt.

Ja, der Paradigm Synthesizer sollte auch auf FPGAs laufen und das Einzelstück Airbourne AVS04 von Martin Hollinger ebenso. Aber kommen wir nun zu dem was der Waldorf Kyra können soll. 128 Stimmen, 4.00 Schwingungsformen und 2- bzw. 4-Pol-Filter soll er bieten. Das liest sich ein bisschen wie die Features des Valkyrie. Echt stereo mit FM, Sync und Ringmodulation sind die Oszillatoren ausgelegt, von denen es 10 geben soll. Dazu kommt eine 18-fache Modulationsmatrix. Und im Waldorf Kyra sind bis zu 8 Effekte vorgesehen.

Waldorf Kyra – kennen wir den etwa schon?

Tja und was ist hier passiert? Der Valkyrie IST Kyra – denn Manuel Caballero ist der Entwickler, und somit kennen wir die Features und Möglichkeiten. Nur die Optik wird etwas anderes sein als jene, die man uns zeigte. Und alles wird unter Waldorf laufen!

Das Gerät ist sehr hochwertig, wir konnten es schon auf der Musikmesse hören und sehen, es klingt hervorragend. Viele vergleichen das Gerät mit dem Virus, was aber nicht so passend ist. Denn hier sind die Rechentiefe und Qualität um einiges höher und der Ansatz ein vollkommen anderer. Die Qualität der Effekte ist in der Tat sehr hoch, und das Gerät hat einen Multimode und kann deshalb mehrere verschiedene Klänge abspielen, was heute ja schon fast ein besonderes Feature ist.

Der Waldorf Kyra soll 1.899,– Euro kosten und zur NAMM 2019 erhältlich sein oder zumindest dort zuerst gezeigt werden. Hier wird vermutlich primär das Design ein anderes sein. Die vielen Einzelausgänge sind ebenfalls ein Merkmal, das man schon jetzt nennen kann zusammen mit dem vollständigen Editor für alle Betriebssysteme.


gibt’s auf der Waldorf-Webseite bisher noch nicht.

New Exodus Audio Valkyrie – Musikmesse 2018 Videos

Published on Apr 11, 2018 Sound On Sound magazine

“8-part multitimbral synth”

MESSE 2018: Exodus Digital Valkyrie Synthesizer First Look | SYNTH ANATOMY

Published on Apr 11, 2018 SYNTH ANATOMY

“At this year’s Musikmesse 2018, Exodus Digital surprised the synth community with the Valkyrie, a new digital Synthesizer. As promised, here is a first look at the instrument including some of the