Nerves Livebook でパッシブブザーを演奏しドレミの歌を奏でる

はじめに

Nerves Livebook で Raspberry Pi 用スターター電子工作キットを楽しんでいます

SunFounder Raspberry Pi 用のスターター電子工作キット

これまでの記事

• Nerves Livebook で Raspberry Pi 4 のLチカ
• Nerves Livebook + Delux で簡単Lチカ
• MacBook 上の Livebook から Raspberry Pi 上の Livebook に接続してLチカする
• Nerves Livebook から GPIO 拡張ボードの LED を点滅させる
• Nerves Livebook から RGB LED を制御する（ソフトPWMもやってみる）
• Nerves Livebook から LED 棒グラフを制御する
• Nerves Livebook でボタンとLEDを連動させる
• Nerves Livebook で 7 セグメントディスプレイに文字を表示する
• Nerves Livebook で 4 桁 7 セグメントディスプレイに文字を表示する
• Nerves Livebook で LED ドットマトリックスにアニメーションを表示する
• Nerves Livebook でアクティブブザーを鳴らす

この記事ではアクティブブザーを鳴らします

また、必要なモジュールを追加するため、 Nerves Livebook をカスタマイズします

実装したノートブックはこちら

パッシブブザー

与えられた電気の周波数によって音程が変化します

回路の組み立て

オンライン説明書の通りに回路を組みます

Nerves Livebook のカスタマイズ

Raspberry Pi 4 を使っている場合、音階 = 周波数を操作する必要があるため、 PWM を実行する必要があります

以下の記事に従って、 PWM を実行するための Pigpiox を Nerves Livebook に追加してください

Raspberry Pi 0 〜 3 の場合は改造する必要がありません

ノートブックの実装

Nerves Livebook を開き、以降のコードを実行していきます

使用するピン

Raspberry Pi 4 では GPIO12 と GPIO13 が PWM に対応しているようです

今回は GPIO12 を使います

ブザーを鳴らす

まずは特定の周波数（音階）で音を鳴らしてみます

Pigpiox.Pwm.hardware_pwm の引数は以下の通りです

• ピンの番号
• 周波数
• デューティー比（0 〜 1,000,000）

デューティー比を 1000_000 にしたときが 100% 出力で、 500_000 を指定すれば 50% 出力になります

デューティー比によって音量が調節できます

gpio = 12
# 50%
Pigpiox.Pwm.hardware_pwm(gpio, 440, 500_000)

デューティー比を 0 にしたときが 0% 出力なので、音が止まります

# 0%
Pigpiox.Pwm.hardware_pwm(gpio, 440, 0)

音階を鳴らす

3 オクターブ分のドレミファソラシに対応した周波数を用意します

codes = [
  131,
  147,
  165,
  175,
  196,
  211,
  248,
  262,
  294,
  330,
  350,
  393,
  441,
  495,
  525,
  589,
  661,
  700,
  786,
  882,
  990
]

scales に何番目の音階を鳴らすかを指定します

scales = [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]

beats に各音の長さ（八分音符何個分伸ばすか）を指定します

beats = [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]

以下のコードを実行すると、ドレミファソラシドが演奏できます

scales
|> Enum.zip(beats)
|> Enum.map(fn {code_index, beat} ->
  code = Enum.at(codes, code_index)
  Pigpiox.Pwm.hardware_pwm(gpio, code, 500_000)
  Process.sleep(beat * 500)
end)

Pigpiox.Pwm.hardware_pwm(gpio, 440, 0)

ドレミの歌を演奏する

演奏を関数化し、任意の音階、リズムで演奏できるようにします

play = fn gpio, scales, beats ->
  scales
  |> Enum.zip(beats)
  |> Enum.map(fn {code_index, beat} ->
    code = Enum.at(codes, code_index)
    Pigpiox.Pwm.hardware_pwm(gpio, code, 500_000)
    Process.sleep(beat * 250)
  end)

  Pigpiox.Pwm.hardware_pwm(gpio, 440, 0)
end

以下のコードを実行すると、ドレミの歌の冒頭部分が演奏されます

scales = [7, 8, 9, 7, 9, 7, 9, 8, 9, 10, 10, 9, 8, 10]
beats = [2, 1, 2, 1, 2, 2, 4, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 8]
play.(gpio, scales, beats)

まとめ

パッシブブザーを使うことで、メロディーを奏でることができました

また、 Nerves Livebook をカスタマイズすることもできたため、これから色々応用できそうです