Wykrywacz nut: 3 kroki

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:02

Zaskocz swoich przyjaciół i rodzinę dzięki temu projektowi, który wykrywa nutę graną przez instrument. Ten projekt wyświetli przybliżoną częstotliwość, a także nutę graną na klawiaturze elektronicznej, aplikacji na fortepian lub dowolnym innym instrumencie.

Detale

W tym projekcie wyjście analogowe z detektora modułu dźwiękowego jest przesyłane do wejścia analogowego A0 Arduino Uno. Sygnał analogowy jest próbkowany i kwantyzowany (cyfryzowany). Kod autokorelacji, ważenia i strojenia jest używany do znalezienia podstawowej częstotliwości przy użyciu pierwszych 3 okresów. Przybliżona częstotliwość podstawowa jest następnie porównywana z częstotliwościami w zakresie oktaw 3, 4 i 5 w celu określenia najbliższej częstotliwości nuty muzycznej. Na koniec na ekranie wyświetlana jest odgadnięta nuta dla najbliższej częstotliwości.

Uwaga: ta instrukcja koncentruje się tylko na tym, jak zbudować projekt. Aby uzyskać więcej informacji o szczegółach i uzasadnieniu projektu, odwiedź ten link: Więcej informacji

Kieszonkowe dzieci

• (1) Arduino Uno (lub Genuino Uno)
• (1) Czujnik mikrofonu DEVMO Kompatybilny z modułem wykrywania dźwięku o wysokiej czułości
• (1) Płytka chlebowa bez lutowania
• (1) kabel USB-A do B
• Przewody połączeniowe
• Źródło muzyczne (fortepian, klawiatura lub aplikacja paino z głośnikami)
• (1) Komputer lub laptop

Krok 1: Zbuduj sprzęt dla wykrywacza nut

Za pomocą Arduino Uno, przewodów połączeniowych, płytki stykowej bez lutowania i modułu wykrywania dźwięku o wysokiej czułości DEVMO (lub podobnego) skonstruuj obwód pokazany na tym obrazie

Krok 2: Zaprogramuj wykrywacz nut

W Arduino IDE dodaj następujący kod.

plik_gist1.txt

/*

Nazwa pliku/szkicu: MusicalNoteDetector

Wersja nr: v1.0 Utworzono 7 czerwca 2020 r.

Autor oryginalny: Clyde A. Lettsome, PhD, PE, MEM

Opis: ten kod/szkic wyświetla przybliżoną częstotliwość oraz nutę graną na klawiaturze elektronicznej lub w aplikacji na fortepian. W tym projekcie wyjście analogowe z

detektor modułu dźwiękowego jest wysyłany na wejście analogowe A0 Arduino Uno. Sygnał analogowy jest próbkowany i kwantyzowany (cyfryzowany). Kod autokorelacji, ważenia i strojenia służy do

znajdź częstotliwość podstawową używając pierwszych 3 okresów. Przybliżona częstotliwość podstawowa jest następnie porównywana z częstotliwościami w zakresie oktaw 3, 4 i 5 w celu określenia najbliższego musicalu

częstotliwość nut. Na koniec na ekranie wyświetlana jest odgadnięta nuta dla najbliższej częstotliwości.

Licencja: Ten program jest darmowym oprogramowaniem; możesz go redystrybuować i/lub modyfikować zgodnie z warunkami licencji GNU General Public License (GPL) w wersji 3 lub dowolnej późniejszej

wybraną przez Ciebie wersję opublikowaną przez Free Software Foundation.

Uwagi: Copyright (c) 2020 przez CA Lettsome Services, LLC

Więcej informacji na stronie

*/

#define SAMPLES 128 //Max 128 dla Arduino Uno.

#define SAMPLING_FREQUENCY 2048 //Fs = Na podstawie Nyquista, musi być 2 razy większa od oczekiwanej częstotliwości.

#define OFFSETSAMPLES 40 //używane do celów kalibracyjnych

#define TUNER -3 //Dostosuj, aż C3 wyniesie 130,50

okres próbkowania pływaka;

długie mikrosekundy bez znaku;

int X[PRÓBKI]; //utwórz wektor o rozmiarze SAMPLES do przechowywania rzeczywistych wartości

zmiennoprzecinkowa autoKorr[PRÓBKI]; //utwórz wektor o rozmiarze SAMPLES do przechowywania urojonych wartości

zmiennoprzecinkowa przechowywanaCzęst.noty[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 przesunięte[PRÓBKI PRZESUNIĘCIA]; //utwórz wektor przesunięcia

int avgOffset; //utwórz wektor przesunięcia

int i, k, koniec okresu, początek okresu, okres, regulator, lokalizacja notatki, zakres oktawy;

float maxValue, minValue;

długa suma;

int próg = 0;

int liczba cykli = 0;

float częstotliwość sygnału, częstotliwość sygnału2, częstotliwość sygnału3, częstotliwość sygnałuGuess, suma;

bajt stan_maszyna = 0;

int samplePerPeriod = 0;

pusta konfiguracja()

{

Serial.początek(115200); //115200 Szybkość transmisji dla monitora szeregowego

}

pusta pętla()

{

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

//Sekcja Kalibracji

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

Serial.println("Kalibracja. Proszę nie odtwarzać żadnych notatek podczas kalibrowania.");

dla (i = 0; i <PRÓBKI PRZESUNIĘCIA; i++)

{

offset = odczyt analogowy(0); //Odczytuje wartość z pinu analogowego 0 (A0), kwantyzuje ją i zapisuje jako rzeczywisty termin.

//Serial.println(offSet); //użyj tego, aby ustawić moduł wykrywania dźwięku na około połowę lub 512, gdy dźwięk nie jest odtwarzany.

sumOffSet = sumOffSet + offSet;

}

samplePerPeriod = 0;

maxWartość = 0;

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

//Przygotuj się do przyjęcia danych wejściowych z A0

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

avgOffSet = round(sumOffSet / OFFSETSAMPLES);

Serial.println("Odliczanie.");

opóźnienie (1000); //pauza na 1 sekundę

Serial.println("3");

opóźnienie (1000); //pauza na 1 sekundę

Serial.println("2");

opóźnienie (1000); //pauza na 1

Serial.println("1");

opóźnienie (1000); //pauza na 1 sekundę

Serial.println("Odtwórz swoją notatkę!");

opóźnienie(250); //pauza na 1/4 sekundy dla czasu reakcji

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

//Pobierz próbki z A0 z próbnym okresem próbkowaniaOkres próbkowania

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

Okres próbkowania = 1,0 / CZĘSTOTLIWOŚĆ PRÓBOWANIA; //Okres w mikrosekundach

dla (i = 0; i < PRÓBKI; i++)

{

mikrosekundy = mikros(); //Zwraca liczbę mikrosekund od rozpoczęcia bieżącego skryptu na płycie Arduino.

X = odczyt analogowy(0); //Odczytuje wartość z pinu analogowego 0 (A0), kwantyzuje ją i zapisuje jako rzeczywisty termin.

/*pozostały czas oczekiwania między próbkami, jeśli to konieczne w sekundach */

while (mikros() < (mikrosekundy + (okres próbkowania * 1000000)))

{

//nic nie rób tylko czekaj

}

}

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

//Funkcja autokorelacji

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

for (i = 0; i < PRÓBKI; i++) //i=opóźnienie

{

suma = 0;

for (k = 0; k < PRÓBKI - i; k++) //Dopasuj sygnał z opóźnionym sygnałem

{

suma = suma + (((X[k]) - avgOffSet) * ((X[k + i]) - avgOffSet)); //X[k] to sygnał, a X[k+i] to wersja opóźniona

}

autoCorr = suma / PRÓBKI;

// Maszyna stanu pierwszego wykrycia szczytu

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

{

thresh = autoCorr * 0,5;

maszyna_stanowa = 1;

}

w przeciwnym razie if (state_machine == 1 && i>0 && thresh 0) //state_machine=1, znajdź 1 okres na użycie pierwszego cyklu

{

maxValue = autoCorr;

}

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

{

Początek okresu = i-1;

maszyna_stanowa = 2;

liczbaCykli = 1;

samplePerPeriod = (okresPoczątek - 0);

okres = samplePerPeriod;

regulator = TUNER+(50.04 * exp(-0.102 * samplePerPeriod));

signalFrequency = ((SAMPLING_FREQUENCY) / (samplesPerPeriod))-regulator; // f = fs/N

}

else if (state_machine == 2 && i>0 && thresh 0) //state_machine=2, znajdź 2 okresy dla 1. i 2. cyklu

{

maxValue = autoCorr;

}

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

{

koniec okresu = i-1;

maszyna_stanowa = 3;

liczbaCykli = 2;

samplePerPeriod = (periodEnd - 0);

signalFrequency2 = ((numOfCycles*SAMPLING_CREQUENCY) / (samplesPerPeriod))-regulator; // f = (2*fs)/(2*N)

maxWartość = 0;

}

else if (state_machine == 3 && i>0 && thresh 0) //state_machine=3, znajdź 3 okresy dla 1., 2. i 3. cyklu

{

maxValue = autoCorr;

}

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

{

koniec okresu = i-1;

maszyna_stanowa = 4;

liczbaCykli = 3;

samplePerPeriod = (periodEnd - 0);

signalFrequency3 = ((numOfCycles*SAMPLING_CREQUENCY) / (samplesPerPeriod))-regulator; // f = (3*fs)/(3*N)

}

}

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

//Analiza wyników

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

jeśli (próbki na okres == 0)

{

Serial.println("Hmm….. Nie jestem pewien. Próbujesz mnie oszukać?");

}

w przeciwnym razie

{

//przygotuj funkcję ważenia

suma = 0;

jeśli (częstotliwość sygnału !=0)

{

suma = 1;

}

if(Częstotliwość Sygnału2 !=0)

{

suma = suma + 2;

}

jeśli (Częstotliwość Sygnału3 !=0)

{

suma = suma + 3;

}

//oblicz częstotliwość za pomocą funkcji ważenia

częstotliwośćsygnałuGuess = ((1/całkowita) * częstotliwośćsygnału) + ((2/całkowita) * częstotliwośćsygnału2) + ((3/całkowita) * częstotliwośćsygnału3); //znajdź częstotliwość ważoną

Serial.print("Zagrana nuta to około ");

Serial.print(ZgadywanieCzęstotliwości Sygnału); //Wydrukuj przewidywaną częstotliwość.

Serial.println("Hz.");

//znajdź zakres oktaw na podstawie przypuszczenia

oktawaZakres=3;

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

{

dla(i = 0; i < 12; i++)

{

zapisanyCzęstUwag = 2 * zapisanyCzęstUwag;

}

zakres oktawy++;

}

//Znajdź najbliższą notatkę

minWartość = 10000000;

uwagaLokalizacja = 0;

dla (i = 0; i < 12; i++)

{

if(minValue> abs(sygnałCzęstotliwośćGuess-przechowywanaCzęstoUwagi))

{

minValue = abs(zapisanaCzęstotliwośćSygnałówGuess-NoteFreq);

uwagaLokalizacja = ja;

}

}

//Wydrukuj notatkę

Serial.print("Myślę, że grałeś");

if(noteLokalizacja==0)

{

Serial.print("C");

}

inaczej if(noteLocation==1)

{

Serial.print("C#");

}

inaczej if(noteLocation==2)

{

Serial.print("D");

}

w przeciwnym razie, jeśli(noteLocation==3)

{

Serial.print("D#");

}

inaczej if(noteLocation==4)

{

Serial.print("E");

}

inaczej if(noteLocation==5)

{

Serial.print("F");

}

inaczej if(noteLocation==6)

{

Serial.print("F#");

}

inaczej if(noteLocation==7)

{

Serial.print("G");

}

inaczej if(noteLocation==8)

{

Serial.print("G#");

}

inaczej if(noteLocation==9)

{

Serial.print("A");

}

w przeciwnym razie, jeśli(noteLocation==10)

{

Serial.print("A#");

}

inaczej if(noteLocation==11)

{

Serial.print("B");

}

Serial.println(zakres oktawy);

}

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

//Zatrzymaj się tutaj. Naciśnij przycisk resetowania na Arduino, aby ponownie uruchomić

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

natomiast (1);

}

wyświetl rawgistfile1.txt hostowany z ❤ przez GitHub

Krok 3: Skonfiguruj wykrywacz nut

Podłącz Arduino Uno do komputera za pomocą kodu zapisanego lub załadowanego w Arduino IDE. Skompiluj i prześlij kod do Arduino. Umieść obwód blisko źródła muzyki. Uwaga: w filmie wprowadzającym używam aplikacji zainstalowanej na tablecie w połączeniu z głośnikami komputera jako źródła muzyki. Naciśnij przycisk resetowania na płycie Arduino, a następnie odtwórz notatkę na źródle muzyki. Po kilku sekundach Musical Note Detector wyświetli odtwarzaną nutę i jej częstotliwość.