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3.2 パッシブブザーでカスタムトーンを再生

このレッスンでは、Raspberry Pi Pico 2 Wを使用して パッシブブザー で異なるトーンや簡単なメロディーを再生する方法を学びます！アクティブブザーとは異なり、パッシブブザーは音を生成するために変化する電気信号を必要とし、信号の周波数を変えることで音のピッチを制御できます。

必要な部品

このプロジェクトに必要な部品は以下の通りです。

全ての部品がセットになったキットを購入するのが便利です。こちらのリンクをご覧ください：

名前

このキットのアイテム

リンク

Pico 2 Wスターターキット

450+

Pico 2 W Kit

また、以下のリンクから部品を個別に購入することもできます。

SN

コンポーネント

数量

リンク

1

Pico 2 Wの概要

1

2

マイクロUSBケーブル

1

3

ブレッドボード

1

買う

4

ジャンパーワイヤー

数本

買う

5

トランジスタ

1(S8050)

買う

6

抵抗器

1(1KΩ)

買う

7

パッシブ ブザー

1

買う

パッシブブザーの理解

パッシブブザーは小型スピーカーのように機能します。自身で音を発することはなく、音を出すためには振動する信号が必要です。異なる周波数の信号を提供することで、ブザーから異なるピッチの音を出すことができ、音符やメロディーを演奏できます。

img_buzzer

回路図

sch_buzzer

この回路では、パッシブブザーはトランジスタ（ S8050 NPN）を通じて電源が供給されます。トランジスタは電流を増幅し、Picoに直接接続されている場合よりもブザーの音を大きくします。

ここでの流れは以下の通りです：

  • GP15 が高信号を出力してトランジスタを制御します。

  • トランジスタが作動すると、ブザーを通じて電流が流れ、ブザーが鳴ります。

1kΩの抵抗 は、トランジスタを保護するために電流を制限します。

配線図

パッシブブザー を使用していることを確認してください。裸のPCBが見えるものが正しいブザーです（アクティブブザーは裏面が封印されています）。

img_buzzer

wiring_buzzer

コードの記述

それでは、異なるトーンを再生するためのコードを書いてみましょう。

注釈

  • pico-2w-kit-main/micropython から 3.2_custom_tone.py を開くか、コードをThonnyにコピーして、「実行」をクリックするか、F5を押します。

  • 正しいインタープリターが選択されていることを確認してください：MicroPython（Raspberry Pi Pico）.COMxx。

import machine
import utime

# GP15でPWMを初期化
buzzer = machine.PWM(machine.Pin(15))

def play_tone(frequency, duration):
    # PWM信号の周波数を設定
    buzzer.freq(frequency)
    # デューティサイクルを50%に設定
    buzzer.duty_u16(32768)
    # 指定された期間でトーンを再生
    utime.sleep_ms(duration)
    # ブザーをオフにする
    buzzer.duty_u16(0)

# いくつかのトーンを再生
play_tone(440, 500)  # 500msのA4ノート
utime.sleep_ms(200)
play_tone(494, 500)  # 500msのB4ノート
utime.sleep_ms(200)
play_tone(523, 500)  # 500msのC5ノート

このコードが実行されると、パッシブブザーはそれぞれ500ミリ秒でA4、B4、C5の音符を演奏します。 コードを実行すると、パッシブブザーがそれぞれ500ms間、A4ノート、B4ノート、C5ノートを再生します。

コードの説明

  1. PWMの初期化：

    • buzzer = machine.PWM(machine.Pin(15)): これにより、GP15ピンでPWM（パルス幅変調）を設定し、ブザーの制御に使用します。

  2. play_tone 関数の定義：

    def play_tone(frequency, duration):
    buzzer.freq(frequency)
    buzzer.duty_u16(32768)
    utime.sleep_ms(duration)
    buzzer.duty_u16(0)

    • frequency: 音の高さ（周波数）。周波数が高いほど音程が高くなります。

    • duration: トーンの再生時間（ミリ秒単位）。

    • buzzer.duty_u16(32768): デューティサイクルを50%に設定（65535の半分）、音を出すのに最適です。

    • 再生時間後、デューティサイクルを0に設定してブザーをオフにします。

  3. ノートの再生：

    play_tone を呼び出し、異なる周波数の音符を再生します。

    # いくつかのトーンを再生
play_tone(440, 500)  # A4ノートを500ms再生
utime.sleep_ms(200)
play_tone(494, 500)  # B4ノートを500ms再生
utime.sleep_ms(200)
play_tone(523, 500)  # C5ノートを500ms再生

メロディーの再生

パッシブブザーで個別のトーンを再生する方法を学んだので、次は簡単なメロディーを作成しましょう！これにより、ノートを並べ、音符の持続時間を制御して音楽を作る方法が理解できます。

import machine
import utime

# 音符の周波数（Hz）
NOTE_C4 = 262
NOTE_D4 = 294
NOTE_E4 = 330
NOTE_F4 = 349
NOTE_G4 = 392
NOTE_A4 = 440
NOTE_B4 = 494
NOTE_C5 = 523

melody = [
    NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4,
    NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C5
]

note_durations = [
    500, 500, 500, 500,
    500, 500, 500, 500
]

# GP15でPWMを初期化
buzzer = machine.PWM(machine.Pin(15))

def play_tone(frequency, duration):
    buzzer.freq(frequency)
    buzzer.duty_u16(32768)
    utime.sleep_ms(duration)
    buzzer.duty_u16(0)
    utime.sleep_ms(50)  # 音符間の短い休止

for i in range(len(melody)):
    play_tone(melody[i], note_durations[i])

このコードを実行すると、ブザーはシーケンスの各音符を再生する簡単なメロディーを演奏します。各音符は500ミリ秒持続し、音符の間に短い休止があります。ブザーはミドルC（C4）から次のオクターブのC（C5）まで、上昇するスケールを再生します。

さらに実験する

  • 自分だけのメロディーを作成する: メロディーと note_durations リストの音符と持続時間を変更して、自分の曲を作成しましょう。

  • テンポを調整する: note_durations の値を変更して、メロディーの速さを調整できます。

  • 音符を追加する: 音符の周波数を定義し、メロディーに追加して、より多くの音符を使ってみましょう。

  • 音量を調整する: buzzer.duty_u16() でデューティサイクルを調整し、ブザーの音量を大きくしたり小さくしたりできます。32768の値は50%のデューティサイクルです。

結論

このレッスンでは、Raspberry Pi Pico 2 Wを使ってパッシブブザーでトーンやメロディーを再生する方法を学びました。PWM信号の周波数を制御することで、さまざまな音を作り、シンプルな曲まで演奏できるようになります。これは、プロジェクトに音声フィードバックや楽しい音楽要素を加える素晴らしい方法です。