Imagina un corte de luz de dos días después de un temporal: sin internet, sin televisión y con la familia aburrida dentro de la casa. Jeremy Cook vivió algo parecido con dos huracanes seguidos en Florida en 2024 y de ahí salió este proyecto: un sintetizador portátil dentro de un maletín rígido, con teclado de botones arcade, parlantes propios y alimentación por batería USB. Lo llamó, con humor, el sintetizador para el fin del mundo.

Al terminar esta guía vas a saber:

  • cómo se organiza un instrumento con un Teensy 4.1 y su Audio Shield;
  • cómo cablear 19 botones arcade sin que el interior del maletín se vuelva un nudo;
  • cómo resolver la alimentación, el volumen y la salida a audífonos;
  • qué cambiar si quieres armarlo con componentes que se consiguen en Chile.

Vista del sintetizador portátil con sus botones arcade y parlantes integrados

El problema: un instrumento que funcione en cualquier parte

Un sintetizador de escritorio depende de un computador, de un enchufe y de un parlante externo. La idea acá es lo contrario: todo va dentro de la caja.

  • Teclado: una octava completa de Do3 a Do4 con botones arcade, incluidos cinco botones negros para sostenidos y bemoles, igual que en un piano.
  • Cambio de octava: dos botones sobre el teclado suben o bajan una octava.
  • Muestras: cuatro botones al lado disparan sonidos de batería u otros clips guardados en una microSD.
  • Polifonía de cuatro voces: puedes tocar hasta cuatro notas a la vez, y las muestras suenan en paralelo. Dos personas pueden tocar al mismo tiempo, una en el teclado y otra en la percusión.
  • Salidas: parlantes integrados, un jack de 3,5 mm para audífonos, grabadora o amplificador, un botón para silenciar los parlantes y una perilla de volumen.
  • Energía: una batería USB interna, un interruptor general y un puerto USB-B externo para cargarla.

Por qué un Teensy 4.1

El Teensy 4.1 lleva un Cortex-M7 a 600 MHz, y la Audio Library de PJRC está pensada justo para esto: osciladores, envolventes, mezcladores y reproducción de archivos WAV conectados como bloques. El Audio Shield Rev D suma el códec SGTL5000 (convierte el audio digital a señal analógica de buena calidad), el jack estéreo y el lector de microSD para las muestras. Con 600 MHz sobra potencia para cuatro voces más muestras; el límite práctico lo pone la RAM de audio, no el procesador.

Hardware: la placa principal

Placa principal con el Teensy 4.1, el Audio Shield y el amplificador sobre una placa soldable

El corazón del montaje son tres piezas: el Teensy 4.1, el Audio Shield y el amplificador de los parlantes, unidos sobre una placa soldable. Una de sus líneas de alimentación lleva 5 V y GND; la otra, 3,3 V y GND. Separar los dos voltajes en rieles distintos evita el error más caro del proyecto: llevar 5 V a un pin del Teensy, que trabaja a 3,3 V y no lo tolera.

Esquema de conexiones internas del sintetizador

Un truco que vale la pena copiar: el Teensy lleva pines macho largos centrados, y tanto la placa soldable como el Audio Shield usan pines hembra. Así el Teensy se saca y se vuelve a poner sin desoldar nada, lo que salva el proyecto si algún día se daña la placa o la necesitas para otra cosa. Corta las tiras de pines a la medida y recorta los headers hembra para que calcen sobre el Audio Shield.

Mecánica: perforar el maletín

Tapa del maletín con las perforaciones para los botones y los parlantes

La tapa se perfora con una sierra copa de 1 1/8 pulgada (unos 28,6 mm) para los botones y una de 2 pulgadas (unos 51 mm) para los parlantes. En el repositorio del autor están las plantillas en DXF y PDF: imprímelas a escala y pégalas sobre la tapa como guía. Si tienes cortadora láser, úsala solo para la plantilla de papel: no cortes con láser el maletín, porque muchos plásticos sueltan gases tóxicos al quemarse.

Un detalle de medidas: los botones arcade del catálogo chileno son de 33 mm de rosca, un poco más que los del original. Antes de perforar los 19 agujeros, prueba uno en un retazo y ajusta la sierra copa al botón que tengas en la mano.

Perforaciones en el costado del maletín para los conectores y controles

En el costado van el jack de 3,5 mm, el puerto USB, el interruptor, el botón de silencio y el potenciómetro, más o menos centrados en la altura de la caja.

Cableado de los botones

Cableado de los botones arcade dentro de la tapa del maletín

Pon cada botón en su agujero; si la tapa se dobla al presionar, usa el soporte impreso en 3D que diseñó el autor. Para que el botón entre, saca el microswitch, pasa el cuerpo por el agujero y vuelve a poner el switch.

La lógica eléctrica es sencilla:

  1. Une el pin común de todos los botones con cable y conectores tipo pala, y lleva un cable final a tierra.
  2. El otro pin de cada botón va con su propio cable a un GPIO distinto del Teensy, pasando por la placa principal.
  3. En el código, cada entrada usa la resistencia pull up interna: queda en alto en reposo y baja a cero al presionar.

Por eso no necesitas resistencias externas para 19 botones. El autor usó colores de cable que coinciden con los botones (negro para los negros, blanco para los blancos, verde para tierra) y amarras plásticas para ordenarlos. Copia esa costumbre: cuando un botón no suene, vas a encontrar su cable en segundos.

Conexión de los botones a la placa principal

Audio, volumen y silencio

Los parlantes se fijan con la rejilla impresa en 3D y tornillos M3. Suelda cables al positivo y al negativo de cada parlante y llévalos a las borneras del amplificador. Deja todos los cables con holgura: la tapa tiene que abrir y cerrar sin tirar de nada.

  • Volumen: el potenciómetro de 10 kΩ va con un extremo a tierra, el otro a 3,3 V y el central a una entrada analógica del Teensy. Funciona como divisor de voltaje: el código lee la posición y ajusta el volumen. Ojo: el texto original asigna el pin 17 tanto a la perilla como al LED del botón de silencio. Antes de soldar, confirma los pines en el código del repositorio, que es el que manda.
  • Silencio: el botón momentáneo va con el común a tierra y el contacto normalmente abierto al GPIO 16. Si el tuyo trae LED, su negativo va a tierra y el positivo a un pin de salida, para que se encienda cuando el instrumento está listo.

Para la salida del Audio Shield, un divisor de señal de 3,5 mm reparte el audio en dos: una rama al amplificador de los parlantes y otra al jack del costado. Así los audífonos o la grabadora reciben la señal limpia aunque los parlantes estén en silencio.

Alimentación

Conexiones de alimentación y audio dentro del maletín

  • Suelda cables a VBUS y GND de un breakout USB-C y llévalos al interruptor general. La salida del interruptor alimenta el riel de 5 V de la placa principal.
  • El amplificador toma 5 V y GND de esa misma placa.
  • La batería USB se carga desde el puerto USB-B del costado y entrega energía al breakout USB-C con un cable USB-A a USB-C.

Hay un comportamiento de las baterías USB que conviene conocer: muchas se apagan solas cuando el consumo es bajo, y la mayoría no entrega energía mientras se carga. Algunas tienen "carga de paso" (pass through) y sí lo hacen; si compras una, busca esa característica.

Cuando todo esté conectado y la tapa cierre bien, perfora la base y fija con amarras la placa principal, el amplificador y la batería.

Programación

El código está en el repositorio de Jeremy Cook. Instala Arduino IDE con el soporte Teensyduino, carga el sketch en el Teensy 4.1 y copia a una microSD los clips de la carpeta de muestras. La tarjeta va en el lector del Audio Shield.

Pantalla del proceso de programación del Teensy

Si quieres cambiar los sonidos, guarda tus clips en WAV a 44,1 kHz y 16 bits, con los mismos nombres de archivo que los originales. El autor los dejó en mono, que alcanza para este uso; el Teensy maneja estéreo sin problemas si lo necesitas. Audacity, que es gratuito, convierte cualquier audio a ese formato en un par de clics.

A tocar

Según tu batería, puede que tengas que apretar un botón en ella para que empiece a entregar energía. Cierra el maletín, sube el interruptor y espera a que se encienda la luz del botón de silencio. Desde ahí, solo toca: el diseño es intuitivo a propósito.

  • Modo silencioso: apaga los parlantes con el botón de silencio y conecta audífonos al jack.
  • Modo escenario: conecta el jack a un amplificador externo o a una grabadora.
  • Al guardar: conecta un cargador al puerto USB del costado para dejar la batería llena.

Errores comunes

  • Un botón no suena: revisa primero su cable a tierra común; un conector de pala suelto deja muda una tecla.
  • Ruido o zumbido en los parlantes: los cables de audio van lejos de los de alimentación, y la tierra de todo debe volver a un solo punto de la placa principal.
  • El instrumento se reinicia solo a los pocos segundos: es la batería que se despierta y se reinicia una vez. El autor lo observó con la suya y es normal.
  • El botón blanco de la izquierda choca con el interruptor: gira la base del botón en el sentido de las agujas del reloj, como hizo el autor.

Variantes y mejoras

  • Versión con ESP32-S3: el Teensy 4.1 y el Audio Shield no se venden en Chile con facilidad. Un ESP32-S3 con un DAC I2S como el PCM5102 reemplaza al códec, y un módulo MAX98357A maneja directo un parlante. Tienes que portar la síntesis (por ejemplo con la librería Mozzi o con ESP32-audioI2S para las muestras), así que no es copiar y pegar, pero el resto del maletín queda igual.
  • MIDI por USB: el Teensy puede presentarse como dispositivo MIDI. Con unas líneas más, los botones arcade controlan un sintetizador por software en el computador cuando vuelva la luz.
  • Más teclado: la octava completa ocupa 13 GPIO. El Teensy 4.1 tiene pines de sobra, pero si quieres dos octavas, un expansor MCP23017 por I2C suma 16 entradas con solo dos cables.

Personalización para Chile

En Chile consigues casi todo en MechatronicStore:

  • Botón video arcade 33mm + MicroSwitch Verde (SKU C-313V3): para las 13 teclas del teclado. El catálogo no trae blancos ni negros; usar un color para las teclas naturales y otro para los sostenidos mantiene la lectura del piano.
  • Botón video arcade 33mm + MicroSwitch Amarillo (SKU C-313V4): para los botones de octava y de muestras.
  • Parlante altavoz 8 Ohm 1W 50mm (SKU G-107): los dos parlantes, del mismo diámetro de 2 pulgadas que el original.
  • Mini amplificador digital 2 * 3W 2.5V a 5V PAM8403 (SKU GA6-2): reemplaza al Qwiic Speaker Amp. Es analógico y no se controla por I2C, así que el volumen lo maneja el código del Teensy con la perilla.
  • Potenciómetro rotacional lineal por unidad 10K (SKU GB1-5): la perilla de volumen.
  • Interruptor de Palanca 2 Posiciones 2 Pines 6A 250V (SKU GU3-10) y Funda para interruptor de palanca (SKU GI3-10): el interruptor general con su tapa de seguridad.
  • Botón pulsador N/A Blanco 16mm switch (SKU GD2-1): el botón de silencio, sin LED.
  • Placa PCB un lado Perforada Punto a Punto 10x15cm (SKU C-321): la base de la placa principal.
  • Fila de pin header 2.54mm 40 pines macho Negro (SKU GD3-3) y Fila de 40 pines pin header hembra 2.54mm (SKU GD2-3): para montar el Teensy y el Audio Shield de forma desmontable.
  • Conector Terminal 2 Pines 5mm screw Con Tornillo Kf301-2 (SKU GC2-1): borneras para parlantes y alimentación.
  • Adaptador Conector Tipo USB C a PCB Hembra (SKU GE3-8): la entrada de energía al interruptor.
  • Módulo Power Bank con Shield de 2 Pilas 18650 y salida por USB (SKU N-115) con dos Batería 18650 recargable 3.7V (SKU GT2-10): la batería interna, armada por ti.
  • Micro SD tarjeta de memoria 8gb (SKU B-450V1): para las muestras.
  • Cable USB Tipo C a USB Tipo A 1mt (SKU B-101): para alimentar el breakout desde la batería y para programar.

El Teensy 4.1 y el Teensy Audio Shield Rev D no están en el catálogo; se compran a distribuidores de PJRC. Si prefieres no importar, la variante con ESP32-S3 de arriba es el camino. El maletín rígido y las piezas impresas en 3D (rejilla y soporte de botones) los consigues aparte; los tornillos M3 de 12 mm, en cualquier ferretería.

Recursos

Versión chilena con componentes en stock local en MechatronicStore.