Precisie Arduino Gitaarstemmer: Snelle, Accurate Automatische Stemming voor Musici

Onderdelen en Benodigdheden

Apps en Onlinediensten

• Simulink (MathWorks)

Over dit project

Een goed gestemde gitaar is essentieel voor elke gitarist. Handmatig stemmen met een standaard stemmer is gangbaar, maar een automatische stemmer maakt het veel eenvoudiger en leuker! Dit Arduino-project stemt je gitaar automatisch.

Video demonstratie: Automatische gitaarstemmer met Simulink en Arduino

Overzicht

Het systeem bestaat uit:

• Een drukknop om de te stemmen snaar te selecteren
• Een 6-LED display die aangeeft welke snaar geselecteerd is
• Een greifer op een motor die de stemmechaniek draait tot de snaar in toon is

De in- en uitgangen worden bestuurd door vier schakelingen: digitale ingang voor de drukknop, analoge audio-ingang voor de gitaar, digitale uitgang voor de LED-display, en een motor-aansturingsschakeling voor de greifer. Allemaal gecontroleerd door een Arduino Due met een in Simulink ontwikkeld algoritme.

Audio-ingangsschakeling

De gitaar wordt aangesloten via een standaard gitarkabel (tip en sleeve). De kabel wordt aangesloten op een invoerjack met draden naar de audio-ingangsschakeling. Aanbevolen: TL972 op-amp (zeer laag ruis, rail-to-rail, werkt bij lage voedingsspanningen).

Gemotoriseerde Stemmechaniek-greifer

Een gelijkstroommotor met tandwielkast is vereist: lage snelheid, hoog koppel. De gebruikte motor: 6 RPM, max koppel 613 oz-in (≈4,3 Nm), spanningsbereik 3-12V (9V batterij gebruikt). Op de motoras zit een simpel grijpmechanisme met klemnaaf, vier schroeven en tape.

Software: Simulink en Stateflow

Het algoritme is ontwikkeld met Simulink en de Arduino-ondersteuningspakket. Simulink is een blokdiagram-omgeving voor algoritme-ontwikkeling en modellering. Het ondersteuningspakket stelt het lezen/schrijven van Arduino-pinnen toe via Simulink-blokken. Externe modus laat toe om te simuleren op de hardware met automatische codegeneratie en parameter-tuning tijdens draaiende simulatie, zonder hercompilatie. Vervolgens kan het algoritme standalone op de hardware draaien.

Snaarselectie met Stateflow

Een Stateflow-grafiek "Select String" heeft zes staten (één per snaar) en schakelt op basis van een stijgende flank van de drukknop. Bij binnenkomst in een staat gaat de bijbehorende LED aan, bij verlaten uit. Standaard begint het bij de lage E-snaar (laagste snaar).

De grafiek heeft zeven uitgangen: zes voor de LED's en één "periodRange" voor de toonhoogteberekening.

Audioverwerking en toonhoogtebepaling

Het gitarsignaal komt via de analoge ingang (sampletijd 0,0002s = 5 kHz). Een scope-blok helpt de potentiometer in te stellen voor maximale versterking zonder clipping (max 1023). Bij rust is het signaal een platte lijn rond 550; drempelwaarde 575 gekozen voor verwerking alleen bij gespeelde noot.

Een MATLAB-functie in een MATLAB Function-blok schat de toonhoogte door de periode van de golfform te bepalen. Op basis van "periodRange" uit de Stateflow-grafiek bepaalt de functie of de snaar te hoog, te laag of in toon is, en genereert motorbesturingssignalen (drie pinnen naar L293D H-brug).

Implementatie

Na verificatie in externe modus wordt het algoritme gedeployed naar de hardware voor standalone uitvoering, onafhankelijk van PC en Simulink.

Bestanden en bronnen

Alle benodigde bestanden: MathWorks File Exchange

Schema's

• Drukknop: Simpele schakelaar met pull-down weerstand.
• LED-display: 6 LED's met stroombegrenzende weerstand.
• Audio-ingang: Op-amp schakeling voor versterking, DC-offset en laagdoorlaatfilter (2,5 kHz voor 5 kHz sampling).
• Motor-aansturing: L293D H-brug met drie digitale uitgangen (enable, richting A, richting B).