RETO 7: CREANDO MÚSICA ELECTRÓNICA – ZUMBADOR

Si eres fan de la increíble música que producen artistas como The Chemical Brothers, Kraftwerk, Untherworld, Daft Punk o Leftfield, este va a ser probablemente uno de los retos en los que más disfrutes: Cómo crear verdadera música electrónica con Arduino.

En esta sesión vamos a trabajar con un sencillo sistema de sonido que podemos incorporar a nuestros montajes en la placa de prototipado. Utilizaremos un buzzer o zumbador, el cual es un componente activo –output digital-, que estará a la espera de recibir las instrucciones necesarias para convertirlas en apasionantes melodías digitales.

 

En primer lugar es necesario conocer que un zumbador es un transductor electroacústico (con material piezoeléctrico) capaz de crear un sonido o zumbido, continuo o intermitente, de un mismo tono. En su interior está formado por un electroimán y una lámina metálica de acero. Al ser accionado, la corriente atravesará la bobina del electroimán y producirá un campo magnético variable que hará vibrar la lámina de acero sobre la armadura.

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Arduino UNO, buzzer, speaker, zumbador

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Los materiales piezoeléctricos (cuarzo, turmalina…) tienen la propiedad especial de variar su volumen al ser atravesados por corrientes eléctricas (en este caso, serán las señales digitales que le mandemos desde la placa de Arduino UNO), y recuperar su estado inicial al cesar dicha corriente. La calidad del sonido producido es reducida, sin embargo, los zumbadores son componentes con alta durabilidad y bajo consumo eléctrico.

En definitiva, un buzzer convierte señales eléctricas en sonido, de ahí que sea el principio de la gran música electrónica.

 Para qué vayamos a utilizar nuestro pequeño buzzer ya dependerá de la creatividad que pongamos en los proyectos, bien podríamos usarlo en montajes para realizar avisos sonoros, reproducir melodías ante algún evento, etc…

El MONTAJE es bien sencillo. Por un lado haremos una conexión desde uno de los dos  terminales del zumbador hasta GND en la placa Arduino; y el terminal restante a cualquiera de las salidas digitales, el pin nº 8, por ejemplo. Los zumbadores carecen de polaridad por tanto es indistinto cuál de los terminales conectemos a qué salida.

Debería resultar algo similar al siguiente esquema:

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Arduino UNO, buzzer, speaker, zumbador

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Una vez realizado el montaje deberemos cargar en nuestro IDE Arduino el CÓDIGO fuente procedente de Ejemplos > Digital > Tonemelody.

Vamos a analizar el código fuente de forma secuencial. Veamos la primera parte:

#include "pitches.h"

// notes in the melody:
 int melody[] = {
 NOTE_C4, NOTE_G3, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_G3, 0, NOTE_B3, NOTE_C4
 };

// note durations: 4 = quarter note, 8 = eighth note, etc.:
 int noteDurations[] = {
 4, 8, 8, 4, 4, 4, 4, 4
 };

En primer lugar nos encontramos la inclusión de la librería pitches.h, ya contenida en Arduino, y que comprende todas las posibles variantes de notas. En esta librería lo que se realiza es una asignación de una nota concreta a una freciuencia determinada, el rango de frecuencias va de 31 Hz a 65535 Hz. Estas notas (NOTE _C4, NOTE_G3…) son las que se citan en el array de tipo entero melody[ ]. Ambas instrucciones serán las que nos permitirán reproducir los distintos sonidos.

El contenido de la librería pitches.h sería el siguiente:

/*************************************************
 * Public Constants
 *************************************************/
 
 #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

Por otra parte, en el array también de tipo entero noteDurations[ ] vamos a poder decidir la duración de cada una de estas notas, donde un 4 será un cuarto de tono, un 8 un octavo de tono, y así sucesivamente. Presta también especial atención al silencio musical o pausa que viene definido con un 0, ocupa el sexto lugar del array melody[ ]

A continuación nos encontramos con el contenido de la función setup():

void setup() {
  // iterate over the notes of the melody:
  for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) {

 // to calculate the note duration, take one second
  // divided by the note type.
  //e.g. quarter note = 1000 / 4, eighth note = 1000/8, etc.
  int noteDuration = 1000 / noteDurations[thisNote];
  tone(8, melody[thisNote], noteDuration);

 // to distinguish the notes, set a minimum time between them.
  // the note's duration + 30% seems to work well:
  int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;
  delay(pauseBetweenNotes);
  // stop the tone playing:
  noTone(8);
  }
 }

Aspectos importantes a comentar:

  • La estructura de control for, ya vista en el reto nº 1 al programar de forma eficiente nuestro coche fantástico, está programado para repetirse 8 veces, de 0 a 7, tantas como notas tenemos en nuestra melodía, incluyendo el silencio musical o pausa.
  • La función tone() tiene tres argumentos:
    • La salida digital donde hemos conectado uno de los terminales del buzzer, en este caso el PIN digital nº 8.
    • La FRECUENCIA o nota correspondiente según el paso del bucle forLos rangos de la función tone son de 31 Hz a 65535 Hz.
    • La DURACIÓN de la nota que la hemos calculado en la instrucción anterior.
  • Hacemos una pausa o delay tras reproducir la nota, será la pausa entre notas, calculada en la instrucción anterior.
  • Para terminar detenemos la reproducción de notas con la función noTone() y el pin digital de nuestro buzzer.

Una vez que conocemos el funcionamiento del speaker, vamos a probar con otro ejemplo, donde cambiaremos la melodía. Podéis obtener el código necesario en este enlace.

Para refrozar conceptos, probad el siguiente código, es muy sencillo y seguro que os ayuda:

const int pinBuzzer = 9;
 
const int tonos[] = {261, 277, 294, 311, 330, 349, 370, 392, 415, 440, 466, 494};
const int countTonos = 12;
 
void setup()
{ 
}
 
void loop()
{
 for (int iTono = 0; iTono < countTonos; iTono++)
 {
 tone(pinBuzzer, tonos[iTono]);
 delay(500);
 }
 noTone(pinBuzzer);
 delay (5000);
}

A partir de aquí que ya conoces cómo programar un sencillo sketch para reproducir música con tu buzzer  y Arduino, no tienes más que bucear por Internet para encontrar las melodías más robóticas, ¡incluso de videojuegos de Arcade! Tan solo te hará falta seleccionar adecuadamente las palabras clave a buscar, por ejemplo arduino buzzer melodies…

EXTRA BALLS

  • La primera ampliación de reto sería en añadir a nuestro montaje dos botones, de tal manera que al pulsar uno suene una melodía, y al pulsar el otro, una melodía distinta.

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Arduino zumbador 2 botones

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  • Para complicarlo un poco más, podéis añadir dos leds a vuestro montaje de tal manera que cada uno de ellos se encienda cuando empiece a sonar su respectiva melodía, y se apaguen al acabar. Podéis ayudaros analizando la parte final del código de este sketch,  aquí. También puedes consultar este enlace.

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Arduino zumbador 2 botones 2 leds

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  • Otra ampliación de retos muy interesante sería conseguir con el montaje de los dos leds que al sonar cada nota se vayan encendiendo de forma alterna y, se mantengan encendidos el tiempo que dura cada una de las notas.
  • Por último, el reto que os propongo es reproducir la escala musical con sus siete notas.

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ESCALA MUSICAL 7 NOTAS CON ARDUINO Y BUZZER

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Para terminar, como siempre, una de mis citas o frases motivantes preferidas, en esta ocasión de Jeff Bezos, fundador de Amazon:

Work hard, have fun, make history. 

Jeff Bezos