آشکارساز نت موسیقی: 3 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

با این پروژه که نت های نواخته شده توسط یک ساز را تشخیص می دهد ، دوستان و خانواده خود را شگفت زده کنید. این پروژه فرکانس تقریبی و همچنین نت موسیقی را که روی صفحه کلید الکترونیکی ، برنامه پیانو یا هر ساز دیگر پخش می شود نشان می دهد.

جزئیات

برای این پروژه ، خروجی آنالوگ از آشکارساز ماژول صدا به ورودی آنالوگ A0 Arduino Uno ارسال می شود. سیگنال آنالوگ نمونه برداری و کمی سازی (دیجیتالی) می شود. برای یافتن فرکانس اساسی با استفاده از 3 دوره اول ، از کد خود همبستگی ، وزن و تنظیم استفاده می شود. فرکانس اصلی تقریبی سپس با فرکانس های محدوده اکتاو 3 ، 4 و 5 مقایسه می شود تا نزدیکترین فرکانس نت موسیقی مشخص شود. در نهایت یادداشت حدس زده شده برای نزدیکترین فرکانس روی صفحه چاپ می شود.

توجه: این دستورالعمل فقط بر نحوه ساخت پروژه تمرکز دارد. برای اطلاعات بیشتر در مورد جزئیات و توجیهات طراحی ، لطفاً از این پیوند دیدن کنید: اطلاعات بیشتر

تدارکات

• (1) Arduino Uno (یا Genuino Uno)
• (1) سنسور میکروفن DEVMO ماژول تشخیص صدا با حساسیت بالا سازگار است
• (1) تخته نان بدون جوش
• (1) کابل USB-A تا B
• سیم های بلوز
• منبع موسیقی (پیانو ، صفحه کلید یا برنامه درد با بلندگوها)
• (1) کامپیوتر یا لپ تاپ

مرحله 1: سخت افزار را برای آشکارساز یادداشت موسیقی بسازید

با استفاده از Arduino Uno ، سیم های اتصال ، یک تخته نان بدون لحیم و یک ماژول تشخیص صدا با حساسیت میکروفون DEVMO (یا مشابه) مدار نشان داده شده در این تصویر را ایجاد کنید

مرحله 2: برنامه آشکارساز موسیقی را برنامه ریزی کنید

در Arduino IDE کد زیر را اضافه کنید.

gistfile1.txt

/*

نام فایل/طرح: MusicalNoteDetector

نسخه شماره: v1.0 ایجاد شده در 7 ژوئن 2020

نویسنده اصلی: Clyde A. Lettsome ، PhD ، PE ، MEM

توضیحات: این کد/طرح فرکانس تقریبی و همچنین نت موسیقی پخش شده بر روی صفحه کلید الکترونیکی یا برنامه پیانو را نشان می دهد. برای این پروژه ، خروجی آنالوگ از

آشکارساز ماژول صدا به ورودی آنالوگ A0 آردوینو Uno ارسال می شود. سیگنال آنالوگ نمونه برداری و کمی سازی (دیجیتالی) می شود. همبستگی خودکار ، وزن و تنظیم کد مورد استفاده قرار می گیرد

فرکانس اساسی را با استفاده از 3 دوره اول پیدا کنید. فرکانس بنیادی تقریبی سپس با فرکانسهای محدوده اکتاو 3 ، 4 و 5 مقایسه می شود تا نزدیکترین موزیکال تعیین شود.

فرکانس یادداشت در نهایت یادداشت حدس زده شده برای نزدیکترین فرکانس روی صفحه چاپ می شود.

مجوز: این برنامه یک نرم افزار رایگان است. می توانید آن را مجدداً توزیع کرده و/یا تحت شرایط مجوز عمومی GNU (GPL) نسخه 3 یا نسخه های بعدی تغییر دهید

نسخه انتخابی شما ، همانطور که توسط بنیاد نرم افزار آزاد منتشر شده است.

یادداشت ها: حق چاپ (ج) 2020 توسط C. A. Lettsome Services، LLC

برای اطلاعات بیشتر به https://clydelettsome.com/blog/2020/06/07/my-weekend-project-musical-note-detector-using-an-arduino/ مراجعه کنید

*/

#تعریف نمونه 128 /حداکثر 128 برای Arduino Uno.

#تعریف SAMPLING_FREQUENCY 2048 // Fs = بر اساس Nyquist ، باید 2 برابر بیشترین فرکانس مورد انتظار باشد.

#تعریف OFFSETSAMPLES 40 // برای مقاصد مورد استفاده قرار می گیرد

#define TUNER -3 // تنظیم کنید تا C3 130.50 شود

نمونه برداری شناور دوره

میکرو ثانیه های طولانی بدون علامت ؛

int X [نمونه] ؛ // ایجاد بردار اندازه SAMPLES برای نگه داشتن مقادیر واقعی

floot autoCorr [SAMPLES] ؛ // ایجاد بردار اندازه SAMPLES برای نگه داشتن مقادیر خیالی

float storageNoteFreq [12] = {130.81 ، 138.59 ، 146.83 ، 155.56 ، 164.81 ، 174.61 ، 185 ، 196 ، 207.65 ، 220 ، 233.08 ، 246.94} ؛

int sumOffSet = 0 ؛

int offSet [OFFSETSAMPLES] ؛ // ایجاد بردار افست

int avgOffSet؛ // ایجاد بردار افست

int i، k، periodEnd، periodBegin، period، تنظیم کننده، noteLocation، octaveRange؛

float maxValue ، minValue ؛

مبلغ طولانی ؛

int thresh = 0؛

int numOfCycles = 0 ؛

سیگنال شناور فرکانس ، سیگنال فرکانس 2 ، سیگنال فرکانس 3 ، سیگنال فرکانس حدس زدن ، مجموع ؛

بایت state_machine = 0؛

نمونه intPerPeriod = 0 ؛

void setup ()

{

Serial.begin (115200) ؛ // 115200 نرخ Baud برای سریال مانیتور

}

حلقه خالی ()

{

//*****************************************************************

// بخش Calabration

//*****************************************************************

Serial.println ("Calabrating. لطفاً در هنگام calabration هیچ نت را پخش نکنید.")؛

برای (i = 0 ؛ i <OFFSETSAMPLES ؛ i ++)

{

offSet = analogRead (0) ؛ // مقدار را از پین آنالوگ 0 (A0) می خواند ، آن را کمی می کند و به عنوان یک عبارت واقعی ذخیره می کند.

//Serial.println(offSet ) ؛ // از این مورد برای تنظیم ماژول تشخیص صدا در تقریباً نصف یا 512 هنگامی که هیچ صدایی پخش نمی شود ، استفاده کنید.

sumOffSet = sumOffSet + offSet ؛

}

samplePerPeriod = 0 ؛

maxValue = 0؛

//*****************************************************************

// برای پذیرش ورودی A0 آماده شوید

//*****************************************************************

avgOffSet = دور (sumOffSet / OFFSETSAMPLES) ؛

Serial.println ("شمارش معکوس") ؛

تاخیر (1000) ؛ // 1 ثانیه مکث کنید

Serial.println ("3") ؛

تاخیر (1000) ؛ // 1 ثانیه مکث کنید

Serial.println ("2") ؛

تاخیر (1000) ؛ // مکث برای 1

Serial.println ("1") ؛

تاخیر (1000) ؛ // 1 ثانیه مکث کنید

Serial.println ("یادداشت خود را پخش کنید!") ؛

تأخیر (250) ؛ // برای زمان واکنش 1/4 ثانیه مکث کنید

//*****************************************************************

// نمونه SAMPLES از A0 را با دوره نمونه گیری SamplingPeriod جمع آوری کنید

//*****************************************************************

samplingPeriod = 1.0 / SAMPLING_FREQUENCY ؛ // دوره بر حسب میکروثانیه

برای (i = 0 ؛ i <SAMPLES ؛ i ++)

{

microSeconds = micros ()؛ // تعداد میکرو ثانیه ها را از زمانی که برد آردوینو شروع به اجرای اسکریپت فعلی می کند ، برمی گرداند.

X = analogRead (0) ؛ // مقدار را از پین آنالوگ 0 (A0) می خواند ، آن را کمی می کند و به عنوان یک عبارت واقعی ذخیره می کند.

/ *زمان انتظار بین نمونه ها در صورت لزوم در ثانیه */

در حالی که (micros () <(microSeconds + (samplingPeriod * 1000000)))

{

// هیچ کاری نکن فقط صبر کن

}

}

//*****************************************************************

// تابع خود همبستگی

//*****************************************************************

برای (i = 0 ؛ i <SAMPLES ؛ i ++) // i = تأخیر

{

جمع = 0 ؛

برای (k = 0 ؛ k <SAMPLES - i ؛ k ++) // سیگنال را با سیگنال تأخیری مطابقت دهید

{

sum = sum + ((((X [k]) - avgOffSet) * ((X [k + i]) - avgOffSet)) ؛ // X [k] سیگنال و X [k+i] نسخه تاخیری است

}

autoCorr = sum / SAMPLES؛

// First Peak Detect Machine State

if (state_machine == 0 && i == 0)

{

thresh = autoCorr * 0.5 ؛

state_machine = 1؛

}

در غیر این صورت (state_machine == 1 && i> 0 && thresh 0) // state_machine = 1 ، 1 دوره برای استفاده از چرخه اول پیدا کنید

{

maxValue = autoCorr ؛

}

else if (state_machine == 1 && i> 0 && thresh <autoCorr [i-1] && maxValue == autoCorr [i-1] && (autoCorr -autoCorr [i-1]) <= 0)

{

periodBegin = i-1؛

state_machine = 2؛

numOfCycles = 1 ؛

samplePerPeriod = (periodBegin - 0)؛

period = samplePerPeriod؛

تنظیم کننده = TUNER+(50.04 * exp (-0.102 * samplePerPeriod)) ؛

signalFrequency = ((SAMPLING_FREQUENCY) / (samplePerPeriod))-تنظیم کننده ؛ // f = fs/N

}

در غیر این صورت (state_machine == 2 && i> 0 && thresh 0) // state_machine = 2 ، 2 دوره برای چرخه 1 و 2 پیدا کنید

{

maxValue = autoCorr ؛

}

else if (state_machine == 2 && i> 0 && thresh <autoCorr [i-1] && maxValue == autoCorr [i-1] && (autoCorr -autoCorr [i-1]) <= 0)

{

periodEnd = i-1؛

state_machine = 3؛

numOfCycles = 2 ؛

samplePerPeriod = (periodEnd - 0)؛

signalFrequency2 = ((numOfCycles*SAMPLING_FREQUENCY) / (samplePerPeriod))-تنظیم کننده ؛ // f = (2*fs)/(2*N)

maxValue = 0؛

}

در غیر این صورت (state_machine == 3 && i> 0 && thresh 0) // state_machine = 3 ، 3 دوره برای چرخه 1 ، 2 و 3 پیدا کنید

{

maxValue = autoCorr ؛

}

else if (state_machine == 3 && i> 0 && thresh <autoCorr [i-1] && maxValue == autoCorr [i-1] && (autoCorr -autoCorr [i-1]) <= 0)

{

periodEnd = i-1؛

state_machine = 4؛

numOfCycles = 3 ؛

samplePerPeriod = (periodEnd - 0)؛

signalFrequency3 = ((numOfCycles*SAMPLING_FREQUENCY) / (samplePerPeriod))-تنظیم کننده ؛ // f = (3*fs)/(3*N)

}

}

//*****************************************************************

// تجزیه و تحلیل نتایج

//*****************************************************************

if (samplePerPeriod == 0)

{

Serial.println ("هوم ….. من مطمئن نیستم. آیا سعی می کنید مرا فریب دهید؟")؛

}

دیگری

{

// تابع وزنه را آماده کنید

مجموع = 0 ؛

if (signalFrequency! = 0)

{

مجموع = 1 ؛

}

if (signalFrequency2! = 0)

{

مجموع = مجموع + 2؛

}

if (signalFrequency3! = 0)

{

مجموع = مجموع + 3؛

}

// فرکانس را با استفاده از تابع وزنی محاسبه کنید

signalFrequencyGuess = ((1/مجموع) * signalFrequency) + ((2/مجموع) * signalFrequency2) + ((3/مجموع) * signalFrequency3)؛ // فرکانس وزنی را بیابید

Serial.print ("یادداشتی که بازی کرده اید تقریبا") ؛

Serial.print (signalFrequencyGuess) ؛ // حدس فرکانس را چاپ کنید.

Serial.println ("هرتز") ؛

// بر اساس حدس محدوده اکتاو را پیدا کنید

octaveRange = 3 ؛

while (! (signalFrequencyGuess> = storageNoteFreq [0] -7 && signalFrequencyGuess <= storageNoteFreq [11] +7))

{

برای (i = 0 ؛ i <12؛ i ++)

{

storageNoteFreq = 2 * storageNoteFreq ؛

}

octaveRange ++؛

}

// نزدیکترین یادداشت را پیدا کنید

minValue = 10000000 ؛

noteLocation = 0؛

برای (i = 0 ؛ i <12؛ i ++)

{

if (minValue> abs (signalFrequencyGuess-storageNoteFreq )))

{

minValue = abs (signalFrequencyGuess-storageNoteFreq ) ؛

noteLocation = i؛

}

}

// چاپ یادداشت

Serial.print ("فکر کنم بازی کردی")؛

if (noteLocation == 0)

{

Serial.print ("C") ؛

}

else if (noteLocation == 1)

{

Serial.print ("C#")؛

}

else if (noteLocation == 2)

{

Serial.print ("D") ؛

}

else if (noteLocation == 3)

{

Serial.print ("D#")؛

}

else if (noteLocation == 4)

{

Serial.print ("E") ؛

}

else if (noteLocation == 5)

{

Serial.print ("F") ؛

}

else if (noteLocation == 6)

{

Serial.print ("F#")؛

}

else if (noteLocation == 7)

{

Serial.print ("G") ؛

}

else if (noteLocation == 8)

{

Serial.print ("G#") ؛

}

else if (noteLocation == 9)

{

Serial.print ("A") ؛

}

else if (noteLocation == 10)

{

Serial.print ("A#")؛

}

else if (noteLocation == 11)

{

Serial.print ("B") ؛

}

Serial.println (octaveRange) ؛

}

//*****************************************************************

// اینجا متوقف شوید. برای راه اندازی مجدد ، دکمه تنظیم مجدد را در Arduino فشار دهید

//*****************************************************************

در حالی که (1) ؛

}

view rawgistfile1.txt با ❤ توسط GitHub میزبانی شده است

مرحله 3: آشکارساز یادداشت موسیقی را راه اندازی کنید

Arduino Uno را با کد نوشته شده یا بارگذاری شده در Arduino IDE به رایانه وصل کنید. کد را در آردوینو کامپایل و بارگذاری کنید. مدار را نزدیک منبع موسیقی قرار دهید. توجه: در ویدئوی مقدماتی ، من از یک برنامه نصب شده روی رایانه لوحی همراه با بلندگوهای رایانه به عنوان منبع موسیقی خود استفاده می کنم. دکمه تنظیم مجدد در برد آردوینو را فشار دهید و سپس یک یادداشت را در منبع موسیقی پخش کنید. پس از چند ثانیه ، Musical Note Detector نت پخش شده و فرکانس آن را نمایش می دهد.