Die ersten Töne - Nutzung eines Summers
Materialien
- Summer
- Potentiometer
Grundlagen
Ein Summer oder Piezo ist ein Bauteil, welches elektrische Signale in Töne umwandelt. Die Lautstärke beträgt bis zu 80dB. Der Summer hat zwei Pins, mit denen er auf das Steckboard gesteckt werden kann. Die Betriebsspannung des Summers liegt zwischen 1V und 12V, wobei er bis zu 19mA verbraucht. Wie bei der LED kann der Strom nur in eine Richtung fließen. Der kürzer Pin muss mit Ground (GND) verbunden werden und der längere mit einer Spannungsquelle. Das Potentiometer ist ein elektrisches Bauelement dessen Widerstandswert sich stufenlos einstellen lässt. Über einen Widerstandskörper wird der sogenannte Schleifer bewegt. Die Position des Schleifers bestimmten den Widerstand. Gewöhnlich hat ein Potentiometer drei Anschlüsse: Zwei für den Widerstand und einen dritten für den Abgriff. Unser Potentiometer hat einen maximalen Widerstand von 10k Ohm.Summer
Potentiometer
Aufbau
Schritt 1
Der Summer benötigt einen Minus und einen Pluspol. Stecke den Schaltkreis so wie auf der Abbildung zu sehen.
Wenn ihr den Schaltkreis wie in der Grafik steckt und den Arduino mit dem Netzteil verbindet, sollte der Summer einen lauten Dauerton erzeugen. Damit haben wir unsere erste Aufgabe bereits erledigt.
Schritt 2
Nun wollen wir ein weiteres Bauteil in unseren Schaltkreis integrieren, mit dessen Hilfe sich die Lautstärke des Summers verändern lässt. Wie in älteren Radios wollen wir dazu ein Potentiometer verwenden.
Verbinde dazu den 5V Ausgang des Arduinos mit dem Potentiometer, und dieses mit dem längeren Pin des Summers. Nun musst du den kurzen Pin des Summers noch mit GND verbinden und schon kannst du über das Potentiometer die Lautstärke verändern.
Schritt 3
Ein einzelner durchgehender Ton ist nicht besonders spannend; unser Summer kann mehr. Um dem Summer verschiedene Töne zu entlocken, müssen wir Pulsweiten ausgeben. Für nähere Information zu Pulsweitenmodulation (PWM) kannst du hier mehr erfahren. Für dieses Projekt ist das aber nicht unbedingt nötig.
Ein Summer setzt jede Pulsweite in einen spezifischen Ton um. Wir wollen unser Programm so schreiben, dass eine Note (Tonleiter: c, d, e, f, g, a, h, c) für eine Pulsweite steht. Dazu benutzen wird das Konstrukt #define wie folgt:
Definieren der Noten
#define h 4064 // 246 Hz
#define c 3830 // 261 Hz
#define d 3400 // 294 Hz
#define e 3038 // 329 Hz
#define f 2864 // 349 Hz
#define g 2550 // 392 Hz
#define a 2272 // 440 Hz
#define h 2028 // 493 Hz
#define C 1912 // 523 Hz
#define E 1518 // 659 Hz
#define F 1432 // 698 Hz
#define R 0 // Definiere eine Note als Ersatz für eine Pause
Nun benötigen wir einige Variablen um das spätere Abspielverhalten des Arduinos zu steuern. Die Werte könnt ihr für den Anfang so übernehmen. Wenn ihr später ein fertiges Programm habt, dann könnt ihr verschiedene Werte einsetzen und prüfen wie sich das auf die Melodie auswirkt:
Zusätzlich benötigen wir noch einige globale Variablen welche von den Abspielfunktionen intern genutzt werden, und definieren im setup unseren Ausgangs-Pin:Definieren der globalen Variablen und setup()-Funktion
// Geschwindigkeit
long tempo = 26000;
// Länge der Pausen zwischen den Noten
int pause = 1000;
// Variable für die Schleife um die Rest-Länge zu erhöhen
int rest_count = 50;
int sound = 0;
int beat = 0;
long duration = 0 ;
int speakerOut = 1; // Abhängig von dem Port an dem ihr den Summer angeschlossen habt
void setup(){
pinMode(speakerOut,OUTPUT);
}
Jetzt könne wir unsere Melodie in ein Array schreiben. Ein weiteres Array beats definiert, wie lange die entsprechende Note in melody gespielt werden soll:
Natürlich dürft ihr hier später eure eigene Melodie einfügen. Dazu könnt ihr im Internet einmal die Noten eures Lieblingssongs suchen (siehe unten).Definieren der Melodie
int melody[] = { g, e, R, R, R, e, f, g, E, E, C }; //example melody
int beats[] = { 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 16, 16, 32 };
Wir schreiben uns eine Hilfsmethode, welche genau einen Ton unserer Melodie abspielt. Dazu überprüft sie in der ersten if-Anweisung ob es sich um eine Note oder eine Pause handelt. Falls es sich um eine Note handelt, wird die Note in einer Schleife für duration Millisekunden gespielt:
Definieren der Hilfsmethode Nr.1
void playTone() {
long elapsed_time = 0;
if (tone > 0) { // if this isn't a Rest beat
while (elapsed_time < duration) {
digitalWrite(speakerOut,HIGH);
delayMicroseconds(tone / 2);
// DOWN
digitalWrite(speakerOut, LOW);
delayMicroseconds(tone / 2);
// Keep track of how long we pulsed
elapsed_time += (tone);
}
}
else { // Rest beat;
for (int j = 0; j < rest_count; j++) {
delayMicroseconds(duration/2);
}
}
}
Nach dem wir jetzt einen Ton abspielen können, soll eine weitere Hilfsmethode die gesamte Melodie abspielen. Dazu geht eine for-Schleife unser Array melody durch und ruft für jeden Eintrag die Hilfsfunktion playTone() auf, die wir weiter oben definiert haben. Zusätzlich wird nach jeder Note eine kurze Pause eingefügt.
Definieren der Hilfsmethode Nr.2
int MAX_COUNT = sizeof(melody) / 2; // number of tones
void playMelody(){
for (int i=0; i<MAX_COUNT; i++) {
tone = melody[i];
beat = beats[i];
duration = beat * tempo; // Set up timing
playTone();
delayMicroseconds(pause);
}
}
Es fehlt uns nur noch die Hauptschleife, welche den Ablauf des Programms steuert:
loop()-Funktion
void loop(){
playMelody();
}