【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（14） DF创客社区

驴友花雕 发表于 2022-8-8 12:21:07

【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（14）

本帖最后由驴友花雕于 2022-8-9 09:59 编辑

偶然心血来潮，想要做一个声音可视化的系列专题。这个专题的难度有点高，涉及面也比较广泛，相关的FFT和FHT等算法也相当复杂，不过还是打算从最简单的开始，实际动手做做试验，耐心尝试一下各种方案，逐步积累些有用的音乐频谱可视化的资料，也会争取成型一些实用好玩的音乐可视器项目。

今天开始尝试使用最普通的水杯，还有矿泉水瓶子，来实现简单的音乐可视化的效果。

驴友花雕 发表于 2022-8-14 11:41:15

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（14）---水杯水瓶灯
项目之五：Arduino 和 FastLED多彩音乐节拍灯

/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（14）---水杯水瓶灯
项目之五：Arduino 和 FastLED多彩音乐节拍灯
*/

#include <FastLED.h>
#define SAMPLEPERIODUS 200
#define MIC_PIN A0
#define LED_DT 6
#define COLOR_ORDER GRB
#define LED_TYPE WS2812
#define NUM_LEDS 120
uint8_t max_bright = 33;
struct CRGB leds;
CRGBPalette16 currentPalette = RainbowColors_p;
CRGBPalette16 targetPalette;

void setup() {
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
LEDS.addLeds<LED_TYPE, LED_DT, COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS);
FastLED.setBrightness(max_bright);
}

float bassFilter(float sample) {
static float xv = {0, 0, 0}, yv = {0, 0, 0};
xv = xv; xv = xv;
xv = sample / 9.1f;
yv = yv; yv = yv;
yv = (xv - xv) + (-0.7960060012f * yv) + (1.7903124146f * yv);
return yv;
}

float envelopeFilter(float sample) {
static float xv = {0, 0}, yv = {0, 0};
xv = xv;
xv = sample / 160.f;
yv = yv;
yv = (xv + xv) + (0.9875119299f * yv);
return yv;
}

float beatFilter(float sample) {
static float xv = {0, 0, 0}, yv = {0, 0, 0};
xv = xv; xv = xv;
xv = sample / 7.015f;
yv = yv; yv = yv;
yv = (xv - xv) + (-0.7169861741f * yv) + (1.4453653501f * yv);
return yv;
}

void loop() {
unsigned long time = micros();
float sample, value, envelope, beat, thresh, micLev;
for (uint8_t i = 0; ; ++i) {
sample = (float)analogRead(MIC_PIN);
micLev = ((micLev * 67) + sample) / 68;
sample -= micLev;
value = bassFilter(sample);
value = abs(value);
envelope = envelopeFilter(value);
if (i == 200) {
   beat = beatFilter(envelope);
   thresh = 0.02f * 75.;

   if (beat > thresh) {
   digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);

   int strt = random8(NUM_LEDS / 2);
   int ende = strt + random8(NUM_LEDS / 2);
   for (int i = strt; i < ende; i++) {
      uint8_t index = inoise8(i * 30, millis() + i * 30);
      leds = ColorFromPalette(currentPalette, index, 255, LINEARBLEND);
   }
   } else {
   digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
   }
   i = 0;
}

EVERY_N_SECONDS(5) {
   uint8_t baseC = random8();
   targetPalette = CRGBPalette16(CHSV(baseC + random8(32), 255, random8(128, 255)),
                                 CHSV(baseC + random8(64), 255, random8(128, 255)),
                                 CHSV(baseC + random8(64), 192, random8(128, 255)),
                                 CHSV(baseC + random8(), 255, random8(128, 255)));
}

EVERY_N_MILLISECONDS(50) {
   uint8_t maxChanges = 24;
   nblendPaletteTowardPalette(currentPalette, targetPalette, maxChanges);
}

EVERY_N_MILLIS(50) {
   fadeToBlackBy(leds, NUM_LEDS, 64);
   FastLED.show();
}

for (unsigned long up = time + SAMPLEPERIODUS; time > 20 && time < up; time = micros()) {}

} // for i
} // loop()

驴友花雕 发表于 2022-8-9 09:11:50

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（14）---水杯水瓶灯
项目程序之三：Adafruit_NeoPixel音乐可视化水灯

/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（14）---水杯水瓶灯
项目程序之三：Adafruit_NeoPixel音乐可视化水灯
*/

#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#define MIC A0
#define LED_PIN 6
#define N_PIXELS 12
#define N 100
#define fadeDelay 10
#define noiseLevel 10
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(N_PIXELS, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
int samples;
int periodFactor = 0;
int t1 = -1;
int T;
int slope;
byte periodChanged = 0;

void setup() {
strip.begin();
ledsOff();
delay(500);
displayColor(Wheel(100));
strip.show();
delay(500);
}

void loop() {
Samples();
}

void Samples() {
for (int i = 0; i < N; i++) {
samples = analogRead(0);
if (i > 0) {
   slope = samples - samples;
}
else {
   slope = samples - samples;
}

if (abs(slope) > noiseLevel) {
   if (slope < 0) {
   calculatePeriod(i);
   if (periodChanged == 1) {
      displayColor(getColor(T));
   }
   }
}
else {
   ledsOff();
}
periodFactor += 1;
delay(1);
}
}

void calculatePeriod(int i) {
if (t1 == -1) {

t1 = i;
}
else {

int period = periodFactor * (i - t1);
periodChanged = T == period ? 0 : 1;
T = period;

t1 = i;
periodFactor = 0;
}
}

uint32_t getColor(int period) {
if (period == -1)
return Wheel(0);
else if (period > 400)
return Wheel(5);
else
return Wheel(map(-1 * period, -400, -1, 50, 255));
}

void fadeOut(){
for (int i = 0; i < 5; i++) {
strip.setBrightness(110 - i * 20);
strip.show(); // Update strip
delay(fadeDelay);
periodFactor += fadeDelay;
}
}

void fadeIn() {
strip.setBrightness(100);
strip.show();

for (int i = 0; i < 5; i++) {
delay(fadeDelay);
periodFactor += fadeDelay;
}
}

void ledsOff() {
fadeOut();
for (int i = 0; i < N_PIXELS; i++) {
strip.setPixelColor(i, 0, 0, 0);
}
}

void displayColor(uint32_t color) {
for (int i = 0; i < N_PIXELS; i++) {
strip.setPixelColor(i, color);
}
fadeIn();
}

uint32_t Wheel(byte WheelPos) {
if (WheelPos < 85) {

return strip.Color(WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0);
}
else if (WheelPos < 170) {
WheelPos -= 85;
return strip.Color(255 - WheelPos * 3, 0, WheelPos * 3);
}
else {
WheelPos -= 170;
return strip.Color(0, WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3);
}
}

驴友花雕 发表于 2022-10-5 10:02:27

【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（1）---LED节奏灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311167-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（2）---OLED频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311174-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（3）---RGB律动灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311183-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（4）---WS2812条灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311190-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（5）---WS2812柱跳灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311192-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（6）---点阵频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311201-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（7）---大方格频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311364-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（8）---四位32段点阵屏
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311490-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（9）---X Music Spectrum
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311627-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（10）---WS2812硬板屏
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311641-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（11）---WS2812幻彩灯带
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313648-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（12）---米管快速节奏灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313708-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（13）---有机棒立柱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313723-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（14）---水杯水瓶灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313803-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（15）--横排LED方管灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313811-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（16）--热干胶棒棒灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313844-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列（17）--光导纤维灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313867-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（18）--LED平面板灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313951-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（19）--通体光纤灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313962-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（20）--首饰盒镜子灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313969-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（21）--CD 光盘灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313984-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（22）--LED无限魔方
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313994-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（23）--3合1闪点光纤
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314168-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（24）--无限LED镜子灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314180-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化（25）--水龙卷旋涡灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314231-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列（26）--LED 超立方体
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314244-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（27）--磁搅LED水旋灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314273-1-1.html

驴友花雕 发表于 2022-8-8 12:29:37

声音模块，使用性价比更高的MAX4466声音传感器。

驴友花雕 发表于 2022-8-8 12:35:32

MAX4466
是微功率运算放大器，经过优化，可用作麦克风前置放大器。它们提供了优化的增益带宽产品与电源电流的理想组合，以及超小型封装中实现低电压工件环境。 MAX4466具有增益稳定特性，仅需24μA的电源电流即可提供200kHz的增益带宽。经过解压缩，可实现+5V/V的最小稳定增益，并提供600KHZ增益带宽。此外这些放大器具有轨到轨输出，高 AVOL ，以及出色的电源抑制和共模抑制比，适合在嘈杂环境中工作。广泛应用于蜂窝电话、数字复读装置、耳机、助听器、麦克风前置放大器、便携计算机和语音识别系统中。

驴友花雕 发表于 2022-8-8 12:41:09

主要特性
1、+2.4V 至 +5.5V 电源电压运行版本，
2、可提供 5nA 完全关断(MAX4467/MAX4468)
3、出色的电源抑制比：112dB
4、出色的共模抑制比：126dB
5、高 AVOL：125dB (RL= 100kΩ)
6、轨到轨输出
7、低 24μA 静态电源
8、电流增益带宽积：
200kHz (MAX4465/MAX4467/MAX4469)
600kHz AV≥5 (MAX4466/MAX4468)
9、采用节省空间的封装
5-Pin SC70 (MAX4465/MAX4466)
8 引脚 SOT23 (MAX4467/MAX4468/MAX4469)

驴友花雕 发表于 2022-8-8 12:45:25

MAX4466功能框图

附件：MAX4466相关技术资料链接（英文，来自MAXIM美信公司官网）
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX4465-MAX4469.pdf

附注：MAXIM
是美信公司（Maxim Integrated Products）的英文缩写，全球最好的模拟信号和混合信号半导体公司。Maxim Integrated Products成立于1983年，总部位于美国加利福尼亚的Sunnyvale，公司拥有9300多名员工，是世界范围内模拟和混合信号集成产品的设计、开发与生产领域的领导者之一。通过对温度、压力、声音等现实世界的各种信号进行检测、放大，并将其转换成计算机处理所需要的数字信号, Maxim的电路把现实世界与数字世界“连接”在一起。Maxim是全球模拟、混合信号、高频及数字电路设计、研发、制造的领导者，所提供的产品能够实现上述数字内核与周边系统的连接。它们在世界范围内拥有大约35,000个大型客户。
MAXIM官网：https://www.maximintegrated.com/cn.html

驴友花雕 发表于 2022-8-8 12:52:14

MAX4466模块特点
电源电压：+2.4V至+5.5V（可直接接STM/ARDUNIO/树莓派等开发板）
电源抑制比：112dB
共模抑制比：126dB
AVOL：125dB（RL = 100kΩ) 轨到轨输出
静态电源电流：24μA
增益带宽：600kHz
尺寸：20.8mm x 13.8mm x 7.5mm/0.8 x 0.5 x 0.3inch

驴友花雕 发表于 2022-8-8 12:55:42

该模块在 Vcc 和接地引线上都包含铁氧体，以最大限度地减少电源噪声。如果与 MCU 一起使用，最好使用 2.4V – 5.5V 范围内可用的最安静的电源。在 Arduino 上，这通常是 3.3V 电源。
输出是直流耦合的。当输出信号处于静止状态时，它将位于 Vcc/2。如果 Vcc 为 5V，则输出将为 2.5V。如果输出需要交流耦合，可以在输出引脚和它驱动的电路的输入之间增加一个100uF的电容。
背面的小型单圈电位器可让您将增益从 25x 调整到 125x。逆时针旋转电位器会增加增益，而逆时针旋转会降低增益。

驴友花雕 发表于 2022-8-8 16:59:42

灯环开发板采用12位WS2812智能全彩圆盘LED模块

驴友花雕 发表于 2022-8-8 17:07:03

WS2812B
是一种将控制电路和rgb芯片集成在一起的智能控制led光源。5050组件的包装。内部包括智能数字端口数据锁存和信号整形放大驱动电路。还包括精密内部振荡器和12V电压可编程恒流控制部分，有效保证了像素点光色高度一致。数据传输协议采用单NZR通信方式。像素上电复位后，DIN端口接收数据来自控制器，第一个像素收集初始24位数据，然后发送到内部数据锁存器，其他数据由内部信号整形放大电路通过DO端口发送到下一个级联像素进行整形。后对于每个像素的传输，信号要减少24位。像素采用自动整形传输技术，使像素级联数不受信号传输的限制，只取决于信号传输的速度。复位时间>280μs，中断时不会造成误复位，支持较低频率，价格低廉单片机。刷新频率更新到2kHz，画面频率低，高清摄像机无闪烁，提高出色的展示效果。LED具有驱动电压低、环保节能、亮度高、散射角大、一致性好、功率低、寿命长等优点。集成在led上的控制芯片越来越多电路简单，体积小，安装方便。

驴友花雕 发表于 2022-8-8 17:31:07

实验场景图

驴友花雕 发表于 2022-8-8 17:45:09

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（14）---水杯水瓶灯
项目程序之一：FastLED音乐反应灯
模块接线：WS2812B接D6
MAX4466    UNO
VCC       5V
GND       GND
OUT       D7

/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（14）---水杯水瓶灯
项目程序之一：FastLED音乐反应灯
模块接线：WS2812B接D6
MAX4466    UNO
VCC       5V
GND       GND
OUT       D7
*/

#include<FastLED.h>
#define LED_PIN 6
#define NUM_LEDS 12

CRGB leds;
uint8_t hue = 0;
int soundsensor = 7;

void setup() {
delay(2000);
FastLED.setBrightness(60);
pinMode(soundsensor, INPUT);
FastLED.addLeds<WS2812B, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
}

void loop() {
int sensval = digitalRead(soundsensor);

if (sensval == 1) {
Serial.println("ON");
leds = CRGB :: Red;
fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB :: Blue);
rainbow_moving();
FastLED.show();
delay(10);
}
else {
leds = CRGB :: Black;
fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB :: Black);
FastLED.show();
delay(10);
}
}

void rainbow_moving() {
for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
leds = CHSV(hue + (i * 10), 255, 255);
}
EVERY_N_MILLISECONDS(10) {
hue++;
}
}

驴友花雕 发表于 2022-8-8 17:53:49

实验场景图动态图

驴友花雕 发表于 2022-8-8 18:00:18

实验的视频记录（1分06秒）

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MjA0NjYwOA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.3

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MjA0NjYwOA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.3

驴友花雕 发表于 2022-8-8 18:04:40

实验的视频记录之二（4分40秒）

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MzMzMzk1Mg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MzMzMzk1Mg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

驴友花雕 发表于 2022-8-8 18:07:43

矿泉水瓶实验场景图

驴友花雕 发表于 2022-8-8 18:12:59

实验的视频记录（1分21秒）

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MjA0ODM3Mg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.3

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MjA0ODM3Mg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.3

驴友花雕 发表于 2022-8-8 18:17:25

实验的视频记录之四（4分25秒）

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MzMzNDM0OA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MzMzNDM0OA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

驴友花雕 发表于 2022-8-8 18:35:37

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（14）---水杯水瓶灯
项目程序之二：多彩动态音乐反应灯
模块接线：WS2812B接D6
MAX4466    UNO
VCC       5V
GND       GND
OUT       D7

/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（14）---水杯水瓶灯
项目程序之二：多彩动态音乐反应灯
模块接线：WS2812B接D6
MAX4466    UNO
VCC       5V
GND       GND
OUT       D7
*/

#define FASTLED_INTERRUPT_RETRY_COUNT 0
#include <FastLED.h>
#define NUM_LEDS 12
CRGB leds;

const int ledPin = 6;
int sensorPin = 7;
boolean val = 0;

void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(sensorPin, INPUT);
FastLED.setBrightness(60);
FastLED.addLeds<WS2812B, ledPin, RGB>(leds, NUM_LEDS);
}

void loop () {
val = digitalRead(sensorPin);
Serial.println (val);
if (val == HIGH) {
leds = CRGB(180, 0, 0);
FastLED.show();
delay(3);
leds = CRGB(0, 180, 0);
FastLED.show();
delay(3);
leds = CRGB(0, 0, 240);
FastLED.show();
delay(3);
leds = CRGB(150, 0, 240);
FastLED.show();
delay(5);
leds = CRGB(180, 200, 20);
FastLED.show();
delay(5);
leds = CRGB(85, 60, 180);
FastLED.show();
delay(10);
leds = CRGB(50, 220, 20);
FastLED.show();
delay(5);
FastLED.show();
leds = CRGB(0, 0, 250);
FastLED.show();
delay(5);
FastLED.show();
leds = CRGB(240, 0, 0);
FastLED.show();
delay(10);
leds = CRGB(0, 250, 0);
FastLED.show();
delay(10);
leds = CRGB(0, 0, 255);
FastLED.show();
delay(10);
leds = CRGB(220, 200, 20);
FastLED.show();
delay(10);
}
else {
leds = CRGB(150, 0, 255);
FastLED.show();
}
FastLED.clear();
}

驴友花雕 发表于 2022-8-8 18:42:32

实验场景图动态图

驴友花雕 发表于 2022-8-8 20:10:28

实验的视频记录之五（1分39秒）

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MzM1MTI3Ng==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg5MzM1MTI3Ng==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

页: [1] 2

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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（14）