เครื่องตรวจจับโน้ตดนตรี: 3 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ตะลึงพรึงเพริดเพื่อนและครอบครัวของคุณด้วยโปรเจ็กต์นี้ที่ตรวจจับโน้ตที่เล่นโดยเครื่องดนตรี โครงงานนี้จะแสดงความถี่โดยประมาณรวมถึงโน้ตดนตรีที่เล่นบนคีย์บอร์ดอิเล็กทรอนิกส์ แอพเปียโน หรือเครื่องดนตรีอื่นๆ

รายละเอียด

สำหรับโครงการนี้ เอาต์พุตแอนะล็อกจากเครื่องตรวจจับโมดูลเสียงจะถูกส่งไปยังอินพุตอนาล็อก A0 ของ Arduino Uno สัญญาณแอนะล็อกจะถูกสุ่มตัวอย่างและหาปริมาณ (ดิจิทัล) รหัสความสัมพันธ์อัตโนมัติ การถ่วงน้ำหนัก และการปรับใช้เพื่อค้นหาความถี่พื้นฐานโดยใช้ 3 ช่วงเวลาแรก จากนั้น ความถี่พื้นฐานโดยประมาณจะถูกเปรียบเทียบกับความถี่ในช่วงอ็อกเทฟ 3, 4 และ 5 เพื่อกำหนดความถี่โน้ตดนตรีที่ใกล้ที่สุด ในที่สุดโน้ตที่คาดเดาสำหรับความถี่ที่ใกล้เคียงที่สุดจะถูกพิมพ์ไปที่หน้าจอ

หมายเหตุ: คำแนะนำนี้เน้นเฉพาะวิธีการสร้างโครงการ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับรายละเอียดและเหตุผลในการออกแบบ โปรดไปที่ลิงก์นี้: ข้อมูลเพิ่มเติม

เสบียง

• (1) Arduino Uno (หรือ Genuino Uno)
• (1) DEVMO ไมโครโฟน เซนเซอร์ ความไวสูง โมดูลตรวจจับเสียง เข้ากันได้
• (1) เขียงหั่นขนม Solderless
• (1) สาย USB-A เป็น B
• สายจัมเปอร์
• แหล่งดนตรี (แอพเปียโน คีย์บอร์ด หรือแอพ paino พร้อมลำโพง)
• (1) คอมพิวเตอร์หรือแล็ปท็อป

ขั้นตอนที่ 1: สร้างฮาร์ดแวร์สำหรับตัวตรวจจับโน้ตดนตรี

การใช้ Arduino Uno, สายเชื่อมต่อ, เขียงหั่นขนมแบบไม่มีบัดกรี และ DEVMO Microphone Sensor โมดูลตรวจจับเสียงความไวสูง (หรือที่คล้ายกัน) สร้างวงจรที่แสดงในภาพนี้

ขั้นตอนที่ 2: ตั้งโปรแกรมตัวตรวจจับโน้ตดนตรี

ใน Arduino IDE ให้เพิ่มโค้ดต่อไปนี้

gistfile1.txt

/*

ชื่อไฟล์/ร่าง: MusicalNoteDetector

หมายเลขเวอร์ชัน: v1.0 สร้างเมื่อ 7 มิถุนายน 2020

ผู้เขียนต้นฉบับ: Clyde A. Lettsome, PhD, PE, MEM

คำอธิบาย: รหัส/ร่างนี้แสดงความถี่โดยประมาณรวมถึงโน้ตดนตรีที่เล่นบนคีย์บอร์ดอิเล็กทรอนิกส์หรือแอปเปียโน สำหรับโปรเจ็กต์นี้ เอาต์พุตแอนะล็อกจาก

เครื่องตรวจจับโมดูลเสียงจะถูกส่งไปยังอินพุตอนาล็อก A0 ของ Arduino Uno สัญญาณแอนะล็อกจะถูกสุ่มตัวอย่างและหาปริมาณ (ดิจิทัล) ใช้รหัส Autocorrelation, weighting และ tuning เพื่อ

หาความถี่พื้นฐานโดยใช้ 3 ช่วงเวลาแรก จากนั้น ความถี่พื้นฐานโดยประมาณจะถูกเปรียบเทียบกับความถี่ในช่วงอ็อกเทฟ 3, 4 และ 5 เพื่อกำหนดดนตรีที่ใกล้เคียงที่สุด

บันทึกความถี่ ในที่สุดโน้ตที่คาดเดาสำหรับความถี่ที่ใกล้เคียงที่สุดจะถูกพิมพ์ไปที่หน้าจอ

ใบอนุญาต: โปรแกรมนี้เป็นซอฟต์แวร์ฟรี คุณสามารถแจกจ่ายซ้ำและ/หรือแก้ไขได้ภายใต้เงื่อนไขของ GNU General Public License (GPL) เวอร์ชัน 3 หรือเวอร์ชันที่ใหม่กว่า

เวอร์ชันที่คุณเลือกตามที่เผยแพร่โดย Free Software Foundation

หมายเหตุ: ลิขสิทธิ์ (c) 2020 โดย C. A. Lettsome Services, LLC

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดไปที่

*/

#define SAMPLES 128 // สูงสุด 128 สำหรับ Arduino Uno

#define SAMPLING_FREQUENCY 2048 //Fs = ขึ้นอยู่กับ Nyquist ต้องเป็น 2 เท่าของความถี่ที่คาดไว้สูงสุด

#define OFFSETSAMPLES 40 // ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการสอบเทียบ

#define TUNER -3 //ปรับจนกระทั่ง C3 เป็น 130.50

การสุ่มตัวอย่างลอยตัวระยะเวลา;

microSeconds แบบยาวที่ไม่ได้ลงนาม

int X[ตัวอย่าง]; //สร้างเวกเตอร์ขนาด SAMPLES เพื่อเก็บค่าจริง

float autoCorr[ตัวอย่าง]; //สร้างเวกเตอร์ขนาด SAMPLES เพื่อเก็บค่าจินตภาพ

float ที่เก็บไว้NoteFreq[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]; //สร้าง offset vector

int avgOffSet; //สร้าง offset vector

int i, k, periodEnd, periodBegin, period, adjuster, noteLocation, octaveRange;

ลอย maxValue, minValue;

ผลรวมยาว;

int นวดข้าว = 0;

int numOfCycles = 0;

สัญญาณลอยความถี่, สัญญาณความถี่2, สัญญาณความถี่3, สัญญาณความถี่Guess, รวม;

ไบต์ state_machine = 0;

ตัวอย่าง int ช่วงเวลา = 0;

การตั้งค่าเป็นโมฆะ ()

{

Serial.begin(115200); //115200 อัตราบอดสำหรับ Serial Monitor

}

วงเป็นโมฆะ ()

{

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

//ส่วนสอบเทียบ

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

Serial.println("กำลังสอบเทียบ กรุณาอย่าเล่นโน้ตใดๆ ในระหว่างการสอบเทียบ");

สำหรับ (i = 0; i < OFFSETSAMPLES; i++)

{

offSet = analogRead(0); // อ่านค่าจากพินอะนาล็อก 0 (A0) หาปริมาณและบันทึกเป็นเทอมจริง

//Serial.println(ออฟเซ็ต); // ใช้สิ่งนี้เพื่อปรับโมดูลการตรวจจับเสียงเป็นประมาณครึ่งหนึ่งหรือ 512 เมื่อไม่มีเสียงเล่น

sumOffSet = sumOffSet + offSet;

}

ตัวอย่างPerPeriod = 0;

ค่าสูงสุด = 0;

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

//เตรียมรับข้อมูลจาก A0

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

avgOffSet = รอบ (sumOffSet / OFFSETSAMPLES);

Serial.println("นับถอยหลัง");

ล่าช้า (1000); //หยุด 1 วินาที

Serial.println("3");

ล่าช้า (1000); //หยุด 1 วินาที

Serial.println("2");

ล่าช้า (1000); //หยุด 1

Serial.println("1");

ล่าช้า (1000); //หยุด 1 วินาที

Serial.println("เปิดโน้ตของคุณ!");

ล่าช้า (250); // หยุดชั่วคราวเป็นเวลา 1/4 วินาทีสำหรับเวลาตอบสนอง

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

// รวบรวมตัวอย่าง SAMPLES จาก A0 พร้อมช่วงตัวอย่างของแซมปลิ้ง

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

ช่วงสุ่มตัวอย่าง = 1.0 / SAMPLING_FREQUENCY; //ระยะเวลาในหน่วยไมโครวินาที

สำหรับ (i = 0; i < ตัวอย่าง; i++)

{

ไมโครวินาที = ไมโคร (); //ส่งคืนจำนวนไมโครวินาทีตั้งแต่บอร์ด Arduino เริ่มรันสคริปต์ปัจจุบัน

X = analogRead(0); // อ่านค่าจากพินอะนาล็อก 0 (A0) หาปริมาณและบันทึกเป็นเทอมจริง

/*เวลารอที่เหลือระหว่างตัวอย่างถ้าจำเป็นเป็นวินาที */

ในขณะที่ (micros() < (microSeconds + (samplingPeriod * 1000000)))

{

//ไม่ต้องทำอะไรรอก่อน

}

}

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

//ฟังก์ชันสหสัมพันธ์อัตโนมัติ

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

สำหรับ (i = 0; i < ตัวอย่าง; i++) //i=delay

{

ผลรวม = 0;

สำหรับ (k = 0; k < SAMPLES - i; k++) // จับคู่สัญญาณกับสัญญาณล่าช้า

{

ผลรวม = ผลรวม + (((X[k]) - avgOffSet) * ((X[k + i]) - avgOffSet)); //X[k] คือสัญญาณ และ X[k+i] คือเวอร์ชันที่ล่าช้า

}

autoCorr = ผลรวม / ตัวอย่าง;

// เครื่องตรวจสถานะ Peak Detect ครั้งแรก

ถ้า (state_machine==0 && i == 0)

{

thresh = autoCorr * 0.5;

state_machine = 1;

}

else if (state_machine == 1 && i>0 && thresh 0) //state_machine=1, หา 1 คาบสำหรับใช้รอบแรก

{

maxValue = autoCorr;

}

อื่น 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;

ตัวอย่างPerPeriod = (periodBegin - 0);

ระยะเวลา = ตัวอย่างระยะเวลา;

ตัวปรับ = TUNER+(50.04 * exp(-0.102 * ตัวอย่างPerPeriod));

signalFrequency = ((SAMPLING_FREQUENCY) / (samplesPeriod)) - ตัวปรับ; // f = fs/N

}

else if (state_machine == 2 && i>0 && thresh 0) //state_machine=2, ค้นหา 2 ช่วงเวลาสำหรับรอบที่ 1 และ 2

{

maxValue = autoCorr ;

}

อื่น 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) / (samplesPerPeriod)) - ตัวปรับ; // f = (2*fs)/(2*N)

ค่าสูงสุด = 0;

}

else if (state_machine == 3 && i>0 && thresh 0) //state_machine=3, ค้นหา 3 ช่วงเวลาสำหรับรอบที่ 1, 2 และ 3

{

maxValue = autoCorr ;

}

อื่น 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) / (samplesPerPeriod)) - ตัวปรับ; // f = (3*fs)/(3*N)

}

}

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

//การวิเคราะห์ผลลัพธ์

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

ถ้า (samplesPerPeriod == 0)

{

Serial.println("อืม….. ฉันไม่แน่ใจ คุณกำลังพยายามหลอกฉันอยู่หรือเปล่า?");

}

อื่น

{

//เตรียมฟังก์ชั่นการถ่วงน้ำหนัก

รวม = 0;

ถ้า (สัญญาณความถี่ !=0)

{

รวม = 1;

}

ถ้า(สัญญาณความถี่2 !=0)

{

รวม = รวม + 2;

}

ถ้า (สัญญาณความถี่3 !=0)

{

รวม = รวม + 3;

}

//คำนวณความถี่โดยใช้ฟังก์ชันการถ่วงน้ำหนัก

signalFrequencyGuess = ((1/ทั้งหมด) * signalFrequency) + ((2/รวม) * signalFrequency2) + ((3/ทั้งหมด) * signalFrequency3); // ค้นหาความถี่ถ่วงน้ำหนัก

Serial.print("โน้ตที่คุณเล่นอยู่ประมาณ ");

Serial.print(สัญญาณความถี่Guess); //พิมพ์ความถี่เดา

Serial.println("Hz.");

// ค้นหาช่วงอ็อกเทฟตามการเดา

อ็อกเทฟเรนจ์=3;

ในขณะที่ (!(signalFrequencyGuess >= เก็บไว้NoteFreq[0]-7 && signalFrequencyGuess <= เก็บไว้NoteFreq[11]+7))

{

สำหรับ(i = 0; i < 12; i++)

{

storeNoteFreq = 2 * ที่เก็บไว้NoteFreq;

}

อ็อกเทฟเรนจ์++;

}

// ค้นหาโน้ตที่ใกล้ที่สุด

ค่าต่ำสุด = 10000000;

noteLocation = 0;

สำหรับ (i = 0; i < 12; i++)

{

if(minValue> abs(signalFrequencyGuess-storedNoteFreq))

{

minValue = เอบีเอส (signalFrequencyGuess-storedNoteFreq);

noteLocation = ผม;

}

}

//พิมพ์โน้ต

Serial.print("ฉันคิดว่าคุณเล่น");

ถ้า(noteLocation==0)

{

Serial.print ("C");

}

อื่น if(noteLocation==1)

{

Serial.print("C#");

}

อื่น if(noteLocation==2)

{

Serial.print ("D");

}

อื่น ๆ ถ้า (noteLocation==3)

{

Serial.print("D#");

}

อื่น ๆ ถ้า (noteLocation==4)

{

Serial.print("E");

}

อื่น ๆ ถ้า (noteLocation==5)

{

Serial.print ("F");

}

อื่น if(noteLocation==6)

{

Serial.print("F#");

}

อื่น ๆ ถ้า (noteLocation==7)

{

Serial.print ("G");

}

อื่น ๆ ถ้า (noteLocation==8)

{

Serial.print("G#");

}

อื่น if(noteLocation==9)

{

Serial.print ("A");

}

อื่น if(noteLocation==10)

{

Serial.print("A#");

}

อื่น if(noteLocation==11)

{

Serial.print ("B");

}

Serial.println (ช่วงแปดเสียง);

}

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

//หยุดตรงนี้. กดปุ่มรีเซ็ตบน Arduino เพื่อรีสตาร์ท

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

ในขณะที่ (1);

}

ดู rawgistfile1.txt ที่โฮสต์ด้วย ❤ โดย GitHub

ขั้นตอนที่ 3: ตั้งค่าตัวตรวจจับโน้ตดนตรี

เชื่อมต่อ Arduino Uno กับพีซีด้วยรหัสที่เขียนหรือโหลดใน Arduino IDE รวบรวมและอัปโหลดรหัสไปยัง Arduino วางวงจรไว้ใกล้กับแหล่งดนตรี หมายเหตุ: ในวิดีโอแนะนำ ฉันใช้แอพที่ติดตั้งบนแท็บเล็ตร่วมกับลำโพง PC เป็นแหล่งเพลงของฉัน กดปุ่มรีเซ็ตบนบอร์ด Arduino แล้วเล่นโน้ตบนแหล่งเพลง หลังจากนั้นไม่กี่วินาที Musical Note Detector จะแสดงโน้ตที่เล่นและความถี่