《Arduino 烹饪书》第三版

音频输出

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9.0 引言

谷歌上关于 "Arduino 音乐项目 "的搜索结果数以百万计，而本章仅有篇幅介绍 Arduino 音频技术和一些示例，希望能帮助大家入门。Arduino 并不是为了成为一个复杂的音频合成器而制造的，但它肯定可以通过扬声器等输出设备产生声音。

本章将介绍如何制作噪音、播放预先录制的声音、制作一些简单的输出，甚至尝试声音合成。

如果您想为自己的项目寻找灵感，请访问音乐项目网站：

• Arduino 博客条目，包含 172 个音乐项目
• Arduino 关于音乐的博客条目

以下是两个极好的例子，说明了使用 Arduino、一些硬件和大量创意可以实现什么：

• 激光竖琴
• Theremin （这种早期电子乐器的简易版见配方 9.6，但也可根据此信息制作真品）。

声音是由空气振动产生的。如果振动有规律地重复，声音就会有独特的音高。Arduino 可以通过驱动扬声器 或压电器件 （一种小型陶瓷换能器，脉冲时会产生声音）来产生声音，将电子振动转换为扬声器脉冲，从而振动空气。声音的音调（频率）由扬声器脉冲输入和输出所需的时间决定；时间越短，频率越高。

提示

您可能会遇到两种类型的压电扬声器。压电扬声器可以产生不同频率的声音。压电蜂鸣器（ ）则包含振荡器电路，通电时会以固定频率发出蜂鸣。本章中基于压电技术的解决方案假定您使用的是压电扬声器，而不是蜂鸣器。

频率的单位是赫兹，它指的是信号在一秒钟内重复周期的次数。人类的听力范围从 20 赫兹（Hz）左右到 20,000 赫兹（但因人而异，并随年龄而变化）。

Arduino 软件包含一个用于发出声音的tone 函数。配方9.1和9.2演示了如何使用该函数发出声音和曲调。tone 函数使用硬件定时器。在标准 Arduino 板（Uno 和类似板）上，一次只能发出一个音调。当您使用tone 函数时，它将占用analogWrite 在引脚 3 和 11 上使用的定时器，因此如果您需要模拟输出，则需要选择不同的引脚。为了克服这一限制，Recipe 9.3演示了如何使用增强音色库来产生多个音色，Recipe 9.4演示了如何在不使用tone 函数或硬件定时器的情况下产生声音。

扬声器脉冲所能产生的声音有限，听起来也没有什么音乐感。输出是方波 （见图 9-1），听起来很刺耳，更像是古董电脑游戏，而不是乐器。

如果没有外部硬件，Arduino Uno 等基本电路板很难产生音乐性更复杂的声音。您可以添加一个可扩展 Uno 功能的屏蔽 ，如 Adafruit Wave Shield，以播放屏蔽上存储卡中的音频文件。

一些较新的 Arduino 板具有数模转换器输出 (DAC)，可产生高质量音频--既可播放 SD 卡中的声音文件，也可在软件中合成声音（见配方 1.8）。较新电路板的另一个选项是I2S（Inter-IC Sound）。这是一种用于与外部芯片通信的数字接口，可产生高质量的立体声音频接口（包括输入和输出）。

您还可以使用 Arduino 控制为发出声音而构建的外部设备。配方 9.5展示了如何向 MIDI 设备发送乐器数字接口 (MIDI) 信息。这些设备能发出各种乐器的高品质声音，并能同时发出多种乐器的声音。配方 9.5中的草图展示了如何生成 MIDI 信息以播放音阶。

利用数字脉冲产生声音

配方 9.6概述了一款名为 Auduino 的应用程序，它使用复杂的软件处理来合成声音。配方 9.7 ...