Arduino練習：loudspeaker揚聲器

之前一直在跟LED奮鬥（以開關切換LED明滅狀態、呼吸燈、霹靂車燈），現在玩玩聲音吧。

先發出一段官方範例程式碼的聲音，然後再播放兒歌妹妹揹著洋娃娃，然後再播放周杰倫的青花瓷。

電路圖（Fritzing格式）與程式原始碼，可在此下載。 

電路圖：

從Arduino板子的腳位8接到100 ohm電阻，電阻另一端接到揚聲器的正極，揚聲器的負極接地GND。


P.S. 我原本不清楚揚聲器、喇叭、蜂鳴器、loudspeaker、buzzer、等等有何不同，看了這幾篇後才了解：蜂鳴器（buzzer）與喇叭（speaker）有何不同，壓電式蜂鳴器（piezo buzzer）與電磁式蜂鳴器（magnetic buzzer）有何不同，如何選用蜂鳴器。所以下圖、我買的應該叫做蜂鳴器揚聲器（到底是哪一個啊）。


程式碼：

我們將使用函式tone()發出聲音。

首先需要各音階的頻率。其中的NOTE_C5就是一般的中音Do(523Hz)，NOTE_D5是Re(587Hz)，NOTE_E5是Mi(659Hz)，NOTE_F5是Fa(698Hz)，NOTE_G5是So(784Hz)，NOTE_A5是La(880Hz)，NOTE_B5是Si(988Hz)，而NOTE_C6是高音Do(1047Hz)。

我把NOTE_定義為頻率0，將拿來當做休止符。

#define NOTE_    0
#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

然後準備歌曲的資料，底下先用個短短的範例。
int melody[] = {
  NOTE_C4, NOTE_G3, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_G3, 0, NOTE_B3, NOTE_C4
};

int noteDurations[] = {
  4, 8, 8, 4, 4, 4, 4, 4
};
4代表四分音符，8代表八分音符，以此類推，數字越小，音符的持續時間越長。

然後寫個函式，傳入歌曲的資料，進行播放。
void play(int *melody, int *noteDurations, int num){
  for(int note = 0; note < num; note++){
    int noteDuration = 3000 / noteDurations[note];
    tone(8, melody[note], noteDuration);

    delay(noteDuration * 1.30);
  }
}
函式的第一個參數是所有音符的頻率，第二個參數是每一個音符要播放多久，第三個參數代表總共有幾個音符。

函式裡，先根據noteDurations算出該音符的播放時間長度，我以3000 milliseconds（三秒）為基準，你可以自行修改。

然後以tone()函式播放，第一個參數是腳位，第二個參數是音符的頻率，第三個參數代表播放多久。

然後，根據播放時間長度，增加0.3倍的延遲時間。前一個音符撥放完後，停頓一下下，再播放下一個。

然後就是setup()與loop()了。
void setup(){
}

void loop(){
  play(melody, noteDurations, sizeof(melody) / sizeof(int));
 
  delay(2000);
}
setup()不作事。在loop()裡播放歌曲，放完後停兩秒再播放一次。

上面這份歌曲資料是從Arduino官方範例抄來的，底下則是兒歌妹妹揹著洋娃娃的歌曲資料。

int melody[] = {
  NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_C4,
  NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_G3,
  NOTE_A3, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4,
  NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_C4,
};

int noteDurations[] = {
  6, 16, 8, 8, 8, 8, 4,
  6, 16, 8, 8, 8, 8, 4,
  6, 16, 8, 8, 8, 8, 4,
  6, 16, 8, 8, 8, 8, 4,
};

如果還不過癮的話，可以試試看周杰倫的青花瓷。

int melody[] = {
  NOTE_, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_G3, NOTE_,
  NOTE_, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_,
 
  NOTE_, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_,
  NOTE_, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_,
 
  NOTE_, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_G3, NOTE_,
  NOTE_, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_,
 
  NOTE_, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_D4,
  NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_,
  //
  NOTE_, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_A3, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_,
  NOTE_, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G3, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_,
 
  NOTE_, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_,
  NOTE_, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_,
 
  NOTE_, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_A3, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_,
  NOTE_, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G3, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_,
 
  NOTE_, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_D4,
  NOTE_G3, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_,
};

int noteDurations[] = {
  16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 16, 8, 8,
  16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 16, 8, 8,
 
  16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 8,
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 8, 8,
 
  16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 16, 8, 8,
  16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 16, 8, 8,
 
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 8,
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 8, 16, 4, 8,
  //
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 16, 4, 8,
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 16, 4, 8,
 
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 4, 8,
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 8, 8,
 
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 16, 4, 8,
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 8, 16, 16, 16, 16, 4, 8,
 
  16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 16, 4,
  16, 8, 16, 16, 16, 4, 8,
};

完成後，播放出來的聲音效果，我有上傳到YouTube，有興趣的話可以聽聽看：範例樂音、妹妹揹著洋娃娃、青花瓷。


參考資料：

• Arduino官方範例，Examples > Digital > Tone、Tone2、Tone3、Tone4。
• Arduino官方網站關於函式tone()、noTone()的說明。
• 維基百科，鋼琴鍵的頻率。
• Cooper Maa的Arduino教學文章，Lab6 控制蜂鳴器發聲。