構(gòu)建一個(gè)基于Arduino的吉他調(diào)音器

在過去的幾周里，我一直在努力重新與我對吉他的熱愛聯(lián)系起來。彈奏箱式吉他是我在薩克斯管接管之前的幾年前放松的方式?；氐郊?，在3年很少彈奏和弦之后，我發(fā)現(xiàn)我不再知道每根弦應(yīng)該如何發(fā)聲，用我朋友的話來說，“我的聽力不再調(diào)諧”，因此，如果沒有鍵盤或移動(dòng)應(yīng)用程序的幫助，我無法調(diào)吉他后來下載。幾周過去了，直到幾天前，我的制造商變得有動(dòng)力，我決定建立一個(gè)基于Arduino的吉他調(diào)音器。在今天的教程中，我將分享如何構(gòu)建自己的DIY Arduino吉他調(diào)音器。

吉他調(diào)諧器的工作原理

在我們轉(zhuǎn)向電子產(chǎn)品之前，了解構(gòu)建背后的原理很重要。有 7 個(gè)主要音符由字母表示;A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，通常以另一個(gè)A結(jié)尾，該A始終比第一個(gè)A高一個(gè)八度。在音樂中，這些音符存在幾個(gè)版本，如第一個(gè)A和最后一個(gè)A。這些音符分別與它們的變化區(qū)分開來，并通過稱為音高的聲音特征之一來區(qū)分彼此。音高被定義為聲音的響度或低度，并由該聲音的頻率表示。由于這些音符的頻率是已知的，因此要確定吉他是否調(diào)音，我們只需要將特定弦的音符頻率與弦所代表的音符的實(shí)際頻率進(jìn)行比較即可。

7個(gè)音符的頻率是：

A = 27.50Hz

B = 30.87Hz

C = 16.35Hz

D = 18.35Hz

E = 20.60Hz

F = 21.83Hz

G = 24.50Hz

這些音符的每個(gè)變化總是在等于 FxM 的音高，其中 F 是頻率，M 是非零整數(shù)。因此，對于如前所述比第一個(gè) A 高一個(gè)八度的最后一個(gè) A，頻率是;

27.50 x 2 = 55Hz。

吉他（主音/盒式吉他）通常有 6 根弦，由開弦上的音符 E、A、D、G、B、E 表示。像往常一樣，最后一個(gè) E 將比第一個(gè) E 高一個(gè)八度。我們將設(shè)計(jì)我們的吉他調(diào)音器，以幫助使用這些音符的頻率調(diào)整吉他。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的吉他調(diào)音，每根弦的音符和相應(yīng)的頻率如下表所示。

項(xiàng)目流程非常簡單;我們將吉他產(chǎn)生的聲音信號轉(zhuǎn)換為頻率，然后與被調(diào)諧琴弦的確切頻率值進(jìn)行比較。當(dāng)值相關(guān)時(shí)，使用 LED 通知吉他手。

頻率檢測/轉(zhuǎn)換涉及 3 個(gè)主要階段;

放大

抵消

模數(shù)轉(zhuǎn)換（采樣）

產(chǎn)生的聲音信號太弱，Arduino的ADC無法識別，因此我們需要放大信號。放大后，為了將信號保持在Arduino的ADC可識別的范圍內(nèi)以防止信號削波，我們偏移了信號的電壓。偏移后，信號被傳遞到Arduino ADC，在那里對其進(jìn)行采樣并獲得該聲音的頻率。

必需組件

生成此項(xiàng)目需要以下組件;

阿杜伊諾烏諾 x1

LM386 x1

電容麥克風(fēng) x1

麥克風(fēng)/音頻插孔 x1

10k 電位器 x1

O.1uf 電容器 x2

100歐姆電阻 x4

10歐姆電阻 x1

10uF 電容器 x3

5毫米黃色發(fā)光二極管 x2

5毫米綠色發(fā)光二極管 x1

常開按鈕 x6

跳線

面包板

圖表

連接組件，如下面的吉他調(diào)諧器電路圖所示。

按鈕連接時(shí)沒有上拉/下拉電阻，因?yàn)閷⑹褂肁rduino內(nèi)置的上拉電阻。這是為了確保電路盡可能簡單。

吉他調(diào)諧器的Arduino代碼

這個(gè)吉他調(diào)音器項(xiàng)目代碼背后的算法很簡單。為了調(diào)音特定的琴弦，吉他手通過按下相應(yīng)的按鈕來選擇琴弦，然后彈奏一根開放的琴弦。聲音由放大級收集并傳遞到Arduino ADC。對頻率進(jìn)行解碼和比較。當(dāng)串的輸入頻率小于指定頻率時(shí)，對于該串，其中一個(gè)黃色 LED 亮起，指示應(yīng)擰緊串。當(dāng)測量的頻率大于該串的規(guī)定頻率時(shí)，另一個(gè) LED 亮起。當(dāng)頻率在該弦的規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，綠色 LED 亮起以引導(dǎo)吉他手。

最后給出了完整的Arduino代碼，這里我們簡要解釋了代碼的重要部分。

我們首先創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組來容納開關(guān)。

int buttonarray[] = {13, 12, 11, 10, 9, 8}; // [E2, A2, D3, G3, B3, E4]

接下來，我們創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組來保存每個(gè)字符串的相應(yīng)頻率。

float freqarray[] = {82.41, 110.00, 146.83, 196.00, 246.94, 329.63};//all in Hz

完成此操作后，我們聲明LED連接的引腳以及將用于從ADC獲取頻率的其他變量。

int lowerLed = 7;

int higherLed = 6;

int justRight = 5;

#define LENGTH 512

byte rawData[LENGTH];

int count;

接下來是 void setup（） 函數(shù)。

在這里，我們首先為開關(guān)連接到的每個(gè)引腳啟用Arduino上的內(nèi)部上拉。之后，我們將LED連接的引腳設(shè)置為輸出，并啟動(dòng)串行監(jiān)視器以顯示數(shù)據(jù)。

void setup()

{

for (int i=0; i<=5; i++)

{

pinMode(buttonarray[i], INPUT_PULLUP);

}

pinMode(lowerLed, OUTPUT);

pinMode(higherLed, OUTPUT);

pinMode(justRight, OUTPUT);

Serial.begin(115200);

}

接下來，就是空隙環(huán)路功能，我們實(shí)現(xiàn)頻率檢測和比較。

void loop(){

if (count < LENGTH)?

{

count++;

rawData[count] = analogRead(A0)>>2;

}

else {

sum = 0;

pd_state = 0;

int period = 0;

for(i=0; i < len; i++)

{

// Autocorrelation

sum_old = sum;

sum = 0;

for(k=0; k < len-i; k++) sum += (rawData[k]-128)*(rawData[k+i]-128)/256;

// Serial.println(sum);

// Peak Detect State Machine

if (pd_state == 2 && (sum-sum_old) <=0)?

{

period = i;

pd_state = 3;

}

if (pd_state == 1 && (sum > thresh) && (sum-sum_old) > 0) pd_state = 2;

if (!i) {

thresh = sum * 0.5;

pd_state = 1;

}

}

// Frequency identified in Hz

if (thresh >100) {

freq_per = sample_freq/period;

Serial.println(freq_per);

for (int s=0; s<=5; s++)

{

if (digitalRead(buttonarray[i])== HIGH)

{

if (freq_per - freqarray[i] < 0)

{

digitalWrite(lowerLed, HIGH);

}

else if(freq_per - freqarray[i] > 10)

{

digitalWrite(higherLed, HIGH);

}

else

{

digitalWrite(justRight, HIGH);

}

}

}

}

count = 0;

}

}