Arduinoで音を鳴らす

今回はブザーを使って音を鳴らします。でもその前に、今回の実装に必要なC言語の文法を学びます。

アルゴリズム
繰り返し処理
インクリメント・デクリメント演算子
配列
コメント
準備
tone関数
課題１
PWM (パルス幅変調) とは
デューティ比でアナログ制御
課題２

アルゴリズム

プログラムの中で問題を解決するための手段を表現したものです。また、処理の手順を定式化して表現したものも指します。

例として、ソート、データ圧縮、顔認識が挙げられます。

繰り返し処理

for文の条件式(int i = 0; i < 100; i++)を判断してループ(繰り返し処理)します。

for (int i = 0; i < 100; i++)
{
    //ここに処理
}

int i = 0;が初期化処理、 i < 100;がループを抜ける条件、 i++が更新処理になります。条件を適切に設定しないと無限ループに陥ります。

インクリメント・デクリメント演算子

変数の値を「1」だけ加算・減算するとき使用します。

演算子	種別	例	意味
++	インクリメント	i++ または ++i	iの値を1増やす
—	デクリメント	i– または –i	iの値を1減らす

i++ や ++iの2種類あります。単独での使用では結果が同じですが、代入など式として扱う場合は結果が異なるので注意が必要です。

配列

同じ型の変数を連続したものです。

int name[3];

intがデータ型、 nameが配列名、[3]が要素数になります

int melody[3]; // 要素を1つずつ初期化
melody[0] = 0;
melody[1] = 1024;
melody[2] = 1386;

int melody[100]; // 繰り返し処理で一気に初期化
int i;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
    melody[i] = 0;
}

double melody[3] = {0, 1024, 1386}; // { }で初期化

配列の要素を直接指定して代入する方法や、繰り返し構文と組み合わせて使うケースもあります。

コードにはコメントを残しておきましょう。

• 単一行コメント
// コメント
/* コメント */
• 複数行コメント
/* コメント
コメント
*/
• 以下はいずれも正しい(エラーしない)
/* コメント */
// コメント
; // コメント
// コメント //
// コメ /**/ ント

準備

まずは新規スケッチをクリックします。

下記のコードをコピーします。

#define pinBZ 9

void setup() {
  pin****(pinBZ, OUTPUT);

  for (int i=0; i<100; i++){
    digital*****(pinBZ, HIGH);
    delay******(568);
    digital*****(pinBZ, ***);
    delay******(568);
  }
}

void loop() {

}

穴埋めをしていきましょう。

答え

#define pinBZ 9

void setup()
{
    pinMode(pinBZ, OUTPUT);

    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        digitalWrite(pinBZ, HIGH);
        delayMicroseconds(568);
        digitalWrite(pinBZ, LOW);
        delayMicroseconds(568);
    }
}

void loop()
{
}

tone関数

上のコードでもいいですが、もっとスマートにしましょう。

#define pinBZ 9

const int duration = 1000;　//1秒

void setup()
{
    pinMode(pinBZ, OUTPUT);

    tone(pinBZ, 880, duration); //880Hzで1秒鳴動
}

void loop()
{
}

tone関数を使うことで書くコードの量を減らすことができました。

鳴動を停止したい場合はnoTone関数を使います。

noTone(pinBZ);

課題１

音の長さを変えるには
音の高さを変えるには

PWM (パルス幅変調) とは

1周期あたりのオン区間のパルス幅を調節することで、LEDの輝度や音の音量を調整できるものです。周期を調整すると音の高低が変化します。

PWMは所定の周波数及びデューティサイクルで発振するデジタル信号です（矩形波信号）。

デューティ比でアナログ制御

デューティー比(デューティーサイクル)とは、一定周期で連続するパルス波において、パルスがオンになる時間とオフになる時間の比率のことです。

デューティー比が0%ならば電圧（実行電圧）は0%、50%や100％でも比例の関係です。

音の分野で言えば、デューティー比は音量や音色に影響を与えます。サンプルコードをコピーして実行してみましょう。

サンプルコード（クリックして開く）

#define NOTE_B0  31
#define NOTE_C1  33
#define NOTE_CS1 35
#define NOTE_D1  37
#define NOTE_DS1 39
#define NOTE_E1  41
#define NOTE_F1  44
#define NOTE_FS1 46
#define NOTE_G1  49
#define NOTE_GS1 52
#define NOTE_A1  55
#define NOTE_AS1 58
#define NOTE_B1  62
#define NOTE_C2  65
#define NOTE_CS2 69
#define NOTE_D2  73
#define NOTE_DS2 78
#define NOTE_E2  82
#define NOTE_F2  87
#define NOTE_FS2 93
#define NOTE_G2  98
#define NOTE_GS2 104
#define NOTE_A2  110
#define NOTE_AS2 117
#define NOTE_B2  123
#define NOTE_C3  131
#define NOTE_CS3 139
#define NOTE_D3  147
#define NOTE_DS3 156
#define NOTE_E3  165
#define NOTE_F3  175
#define NOTE_FS3 185
#define NOTE_G3  196
#define NOTE_GS3 208
#define NOTE_A3  220
#define NOTE_AS3 233
#define NOTE_B3  247
#define NOTE_C4  262
#define NOTE_CS4 277
#define NOTE_D4  294
#define NOTE_DS4 311
#define NOTE_E4  330
#define NOTE_F4  349
#define NOTE_FS4 370
#define NOTE_G4  392
#define NOTE_GS4 415
#define NOTE_A4  440
#define NOTE_AS4 466
#define NOTE_B4  494
#define NOTE_C5  523
#define NOTE_CS5 554
#define NOTE_D5  587
#define NOTE_DS5 622
#define NOTE_E5  659
#define NOTE_F5  698
#define NOTE_FS5 740
#define NOTE_G5  784
#define NOTE_GS5 831
#define NOTE_A5  880
#define NOTE_AS5 932
#define NOTE_B5  988
#define NOTE_C6  1047
#define NOTE_CS6 1109
#define NOTE_D6  1175
#define NOTE_DS6 1245
#define NOTE_E6  1319
#define NOTE_F6  1397
#define NOTE_FS6 1480
#define NOTE_G6  1568
#define NOTE_GS6 1661
#define NOTE_A6  1760
#define NOTE_AS6 1865
#define NOTE_B6  1976
#define NOTE_C7  2093
#define NOTE_CS7 2217
#define NOTE_D7  2349
#define NOTE_DS7 2489
#define NOTE_E7  2637
#define NOTE_F7  2794
#define NOTE_FS7 2960
#define NOTE_G7  3136
#define NOTE_GS7 3322
#define NOTE_A7  3520
#define NOTE_AS7 3729
#define NOTE_B7  3951
#define NOTE_C8  4186
#define NOTE_CS8 4435
#define NOTE_D8  4699
#define NOTE_DS8 4978

// notes in the melody:
int melody[] = {
  NOTE_C6, NOTE_G5, NOTE_G5, NOTE_A5, NOTE_G5, 0, NOTE_B5, NOTE_C6
};

// note durations: 4 = quarter note, 8 = eighth note, etc.:
int noteDurations[] = {
  4, 8, 8, 4, 4, 4, 4, 4
};

void setup() {
  // iterate over the notes of the melody:
  for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) {

    // to calculate the note duration, take one second divided by the note type.
    //e.g. quarter note = 1000 / 4, eighth note = 1000/8, etc.
    int noteDuration = 1000 / noteDurations[thisNote];
    tone(9, melody[thisNote], noteDuration);

    // to distinguish the notes, set a minimum time between them.
    // the note's duration + 30% seems to work well:
    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;
    delay(pauseBetweenNotes);
    // stop the tone playing:
    noTone(9);
  }
}

void loop() {

}

ここで音の並びを定義しています。0は休符です。

int melody[] = {
  NOTE_C6, NOTE_G5, NOTE_G5, NOTE_A5, NOTE_G5, 0, NOTE_B5, NOTE_C6
};

ここで音の長さを定義しています。音符と長さは1対1で対応づけます。

int noteDurations[] = {
  4, 8, 8, 4, 4, 4, 4, 4
};

課題２

音を1オクターブ上げるにはどうすればよいか
音を2倍の速さでブザーを鳴動させるにはどうすればよいか
ブザー鳴動時にLEDを点灯させるにはどうすればよいか