Arduinoによるシンセ制作！ Mozziの発音
ArduinoとMozziライブラリを使ったシンセサイザーを作っています。これまでは、ボタンやLEDなど、回路の設計と実験に集中していたのですが、発音に関してはMozziというライブラリを使うのが良い様です。
Mozziライブラリについて
回路の実験では圧電ブザーを使用していたのですが、実際に楽器として波形合成を含んだ発音をする場合にはMozziというライブラリを使用することにしました。
Mozziのサンプルコード
#include <Mozzi.h>
#include <Oscil.h> // oscillator template
#include <tables/sin2048_int8.h> // sine table for oscillator
#define MOZZI_CONTROL_RATE 64
Oscil <SIN2048_NUM_CELLS, MOZZI_AUDIO_RATE> aSin(SIN2048_DATA);
void setup(){
startMozzi();
aSin.setFreq(440);
}
void updateControl(){
}
AudioOutput updateAudio(){
return MonoOutput::from8Bit(aSin.next());
}
void loop(){
audioHook();
}これはMozziのライブラリに入っている最も基本的なコードを私が一部編集したもので、サイン波を出力するだけのコードになっています。
Arduinoの配線としてはD９ピン（これは固定）にスピーカー出力、およびスピーカーからのGNDをArduinoのGNDに繋げただけのもので実行できるはずです。
とにかく音は鳴る。そこまではいけました。このようなコードを改変していけば、ぶっちゃけタクトスイッチなどの反応で音階を奏でるぐらいのところまではいけそうです。
。。。。。。。しかし、なぜこの様に発音できるのか、気になります。最低限は理解したほうが良いのかな、と思い、自分なりに精査してみました。
各種コードの内容
#include <Mozzi.h>
#include <Oscil.h> // oscillator template
#include <tables/sin2048_int8.h> // sine table for oscillatorMozziのライブラリ、オシレータのテンプレート、およびオシレーターとして使用されるウェーブテーブルをIncludeしています。
#define MOZZI_CONTROL_RATE 64
Oscil <SIN2048_NUM_CELLS, MOZZI_AUDIO_RATE> aSin(SIN2048_DATA);ウェーブテーブルを再生するための解像度を設定しており、
その後、サイン波のインスタンスaSinを生成しています。
SIN2048_DATAというウェーブテーブルのデータ（実態はライブラリのsin2048_int8.hファイルに記述された配列）をaSinに与えています。
void setup(){
startMozzi();
aSin.setFreq(440);
}Mozziライブラリの開始および、aSinの周波数（音程）を設定するsetup関数が呼び出されています。
void updateControl(){
}ここには何も書かれていないのですが、いわゆるArduinoのvoid loop()に該当する箇所です。Mozziの場合はここに１フレーム毎の処理を記載することになります。
AudioOutput updateAudio(){
return MonoOutput::from8Bit(aSin.next());
}
void loop(){
audioHook();
}ここがMozzi特有の部分だと思います。updateAudio()では、実際の発音処理に関する記述をしています。
このコードの場合はaSinに割り振られたウェーブテーブルの次のコマに進めて（.next()して）いて、loopはそのアップデートを逐次呼び出している様です（違っていたらすみません。イメージです）。
この繰り返しによってサイン波が発音されています。
ウェーブテーブルの中身
#ifndef SIN2048_H_
#define SIN2048_H_
#include <Arduino.h>
#include "mozzi_pgmspace.h"
#define SIN2048_NUM_CELLS 2048
#define SIN2048_SAMPLERATE 2048
CONSTTABLE_STORAGE(int8_t) SIN2048_DATA [] =
{
0, 0, 0, 1, 1, 1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 5,
5, 5, 6, 6, 7, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 9, 10, 10, 10, 11, 11, 12, 12, 12, 13, 13, 14,
14, 14, 15, 15, 16, 16, 16, 17, 17, 18, 18, 18, 19, 19, 19, 20, 20, 21, 21, 21,
22, 22, 23, 23, 23, 24, 24, 24, 25, 25, 26, 26, 26, 27, 27, 28, 28, 28, 29, 29,
29, 30, 30, 31, 31, 31, 32, 32, 32, 33, 33, 34, 34, 34, 35, 35, 36, 36, 36, 37,
37, 37, 38, 38, 39, 39, 39, 40, 40, 40, 41, 41, 42, 42, 42, 43, 43, 43, 44, 44,
44, 45, 45, 46, 46, 46, 47, 47, 47, 48, 48, 48, 49, 49, 50, 50, 50, 51, 51, 51,
52, 52, 52, 53, 53, 54, 54, 54, 55, 55, 55, 56, 56, 56, 57, 57, 57, 58, 58, 58,
59, 59, 59, 60, 60, 61, 61, 61, 62, 62, 62, 63, 63, 63, 64, 64, 64, 65, 65, 65,
66, 66, 66, 67, 67, 67, 68, 68, 68, 69, 69, 69, 70, 70, 70, 71, 71, 71, 72, 72,
72, 73, 73, 73, 74, 74, 74, 74, 75, 75, 75, 76, 76, 76, 77, 77, 77, 78, 78, 78,
79, 79, 79, 79, 80, 80, 80, 81, 81, 81, 82, 82, 82, 83, 83, 83, 83, 84, 84, 84,
85, 85, 85, 85, 86, 86, 86, 87, 87, 87, 87, 88, 88, 88, 89, 89, 89, 89, 90, 90,
90, 91, 91, 91, 91, 92, 92, 92, 92, 93, 93, 93, 94, 94, 94, 94, 95, 95, 95, 95,
96, 96, 96, 96, 97, 97, 97, 97, 98, 98, 98, 98, 99, 99, 99, 99, 100, 100, 100,
100, 101, 101, 101, 101, 102, 102, 102, 102, 103, 103, 103, 103, 103, 104, 104,
104, 104, 105, 105, 105, 105, 105, 106, 106, 106, 106, 107, 107, 107, 107, 107,
108, 108, 108, 108, 108, 109, 109, 109, 109, 109, 110, 110, 110, 110, 110, 111,
111, 111, 111, 111, 112, 112, 112, 112, 112, 113, 113, 113, 113, 113, 113, 114,
114, 114, 114, 114, 115, 115, 115, 115, 115, 115, 116, 116, 116, 116, 116, 116,
117, 117, 117, 117, 117, 117, 117, 118, 118, 118, 118, 118, 118, 119, 119, 119,
119, 119, 119, 119, 119, 120, 120, 120, 120, 120, 120, 120, 121, 121, 121, 121,
121, 121, 121, 121, 122, 122, 122, 122, 122, 122, 122, 122, 122, 123, 123, 123,
123, 123, 123, 123, 123, 123, 123, 124, 124, 124, 124, 124, 124, 124, 124, 124,
124, 124, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 126,
126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126,
127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127,
127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127,
127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127,
127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127,
127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127, 127,
127, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126, 126,
126, 126, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 125, 124,
124, 124, 124, 124, 124, 124, 124, 124, 124, 124, 123, 123, 123, 123, 123, 123,
123, 123, 123, 123, 122, 122, 122, 122, 122, 122, 122, 122, 122, 121, 121, 121,
121, 121, 121, 121, 121, 120, 120, 120, 120, 120, 120, 120, 119, 119, 119, 119,
119, 119, 119, 118, 118, 118, 118, 118, 118, 118, 117, 117, 117, 117, 117, 117,
117, 116, 116, 116, 116, 116, 116, 115, 115, 115, 115, 115, 115, 114, 114, 114,
114, 114, 113, 113, 113, 113, 113, 113, 112, 112, 112, 112, 112, 111, 111, 111,
111, 111, 110, 110, 110, 110, 110, 109, 109, 109, 109, 109, 108, 108, 108, 108,
108, 107, 107, 107, 107, 107, 106, 106, 106, 106, 106, 105, 105, 105, 105, 104,
104, 104, 104, 103, 103, 103, 103, 103, 102, 102, 102, 102, 101, 101, 101, 101,
100, 100, 100, 100, 99, 99, 99, 99, 98, 98, 98, 98, 97, 97, 97, 97, 96, 96, 96,
96, 95, 95, 95, 95, 94, 94, 94, 94, 93, 93, 93, 92, 92, 92, 92, 91, 91, 91, 91,
90, 90, 90, 89, 89, 89, 89, 88, 88, 88, 87, 87, 87, 87, 86, 86, 86, 85, 85, 85,
85, 84, 84, 84, 83, 83, 83, 83, 82, 82, 82, 81, 81, 81, 80, 80, 80, 79, 79, 79,
79, 78, 78, 78, 77, 77, 77, 76, 76, 76, 75, 75, 75, 74, 74, 74, 74, 73, 73, 73,
72, 72, 72, 71, 71, 71, 70, 70, 70, 69, 69, 69, 68, 68, 68, 67, 67, 67, 66, 66,
66, 65, 65, 65, 64, 64, 64, 63, 63, 63, 62, 62, 62, 61, 61, 61, 60, 60, 59, 59,
59, 58, 58, 58, 57, 57, 57, 56, 56, 56, 55, 55, 55, 54, 54, 54, 53, 53, 52, 52,
52, 51, 51, 51, 50, 50, 50, 49, 49, 48, 48, 48, 47, 47, 47, 46, 46, 46, 45, 45,
44, 44, 44, 43, 43, 43, 42, 42, 42, 41, 41, 40, 40, 40, 39, 39, 39, 38, 38, 37,
37, 37, 36, 36, 36, 35, 35, 34, 34, 34, 34, 33, 33, 32, 32, 31, 31, 31, 30, 30,
29, 29, 29, 28, 28, 28, 27, 27, 26, 26, 26, 25, 25, 24, 24, 24, 23, 23, 23, 22,
22, 21, 21, 21, 20, 20, 19, 19, 19, 18, 18, 18, 17, 17, 16, 16, 16, 15, 15, 14,
14, 14, 13, 13, 12, 12, 12, 11, 11, 10, 10, 10, 9, 9, 9, 8, 8, 7, 7, 7, 6, 6, 5,
5, 5, 4, 4, 3, 3, 3, 2, 2, 1, 1, 1, 0, 0, -1, -1, -1, -2, -2, -2, -3, -3, -4,
-4, -4, -5, -5, -6, -6, -6, -7, -7, -8, -8, -8, -9, -9, -10, -10, -10, -11, -11,
-11, -12, -12, -13, -13, -13, -14, -14, -15, -15, -15, -16, -16, -17, -17, -17,
-18, -18, -19, -19, -19, -20, -20, -20, -21, -21, -22, -22, -22, -23, -23, -24,
-24, -24, -25, -25, -25, -26, -26, -27, -27, -27, -28, -28, -29, -29, -29, -30,
-30, -30, -31, -31, -32, -32, -32, -33, -33, -33, -34, -34, -35, -35, -35, -36,
-36, -37, -37, -37, -38, -38, -38, -39, -39, -40, -40, -40, -41, -41, -41, -42,
-42, -42, -43, -43, -44, -44, -44, -45, -45, -45, -46, -46, -47, -47, -47, -48,
-48, -48, -49, -49, -49, -50, -50, -51, -51, -51, -52, -52, -52, -53, -53, -53,
-54, -54, -55, -55, -55, -56, -56, -56, -57, -57, -57, -58, -58, -58, -59, -59,
-59, -60, -60, -60, -61, -61, -62, -62, -62, -63, -63, -63, -64, -64, -64, -65,
-65, -65, -66, -66, -66, -67, -67, -67, -68, -68, -68, -69, -69, -69, -70, -70,
-70, -71, -71, -71, -72, -72, -72, -73, -73, -73, -74, -74, -74, -75, -75, -75,
-75, -76, -76, -76, -77, -77, -77, -78, -78, -78, -79, -79, -79, -80, -80, -80,
-80, -81, -81, -81, -82, -82, -82, -83, -83, -83, -84, -84, -84, -84, -85, -85,
-85, -86, -86, -86, -86, -87, -87, -87, -88, -88, -88, -88, -89, -89, -89, -90,
-90, -90, -90, -91, -91, -91, -92, -92, -92, -92, -93, -93, -93, -93, -94, -94,
-94, -95, -95, -95, -95, -96, -96, -96, -96, -97, -97, -97, -97, -98, -98, -98,
-98, -99, -99, -99, -99, -100, -100, -100, -100, -101, -101, -101, -101, -102,
-102, -102, -102, -103, -103, -103, -103, -104, -104, -104, -104, -104, -105,
-105, -105, -105, -106, -106, -106, -106, -106, -107, -107, -107, -107, -108,
-108, -108, -108, -108, -109, -109, -109, -109, -109, -110, -110, -110, -110,
-110, -111, -111, -111, -111, -111, -112, -112, -112, -112, -112, -113, -113,
-113, -113, -113, -114, -114, -114, -114, -114, -114, -115, -115, -115, -115,
-115, -116, -116, -116, -116, -116, -116, -117, -117, -117, -117, -117, -117,
-118, -118, -118, -118, -118, -118, -118, -119, -119, -119, -119, -119, -119,
-119, -120, -120, -120, -120, -120, -120, -120, -121, -121, -121, -121, -121,
-121, -121, -122, -122, -122, -122, -122, -122, -122, -122, -123, -123, -123,
-123, -123, -123, -123, -123, -123, -124, -124, -124, -124, -124, -124, -124,
-124, -124, -124, -125, -125, -125, -125, -125, -125, -125, -125, -125, -125,
-125, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126,
-126, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127,
-127, -127, -127, -127, -127, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128,
-128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128,
-128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128,
-128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128,
-128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128,
-128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128,
-128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -128, -127, -127, -127, -127, -127,
-127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -127, -126,
-126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -126, -125,
-125, -125, -125, -125, -125, -125, -125, -125, -125, -125, -124, -124, -124,
-124, -124, -124, -124, -124, -124, -124, -123, -123, -123, -123, -123, -123,
-123, -123, -123, -122, -122, -122, -122, -122, -122, -122, -122, -121, -121,
-121, -121, -121, -121, -121, -120, -120, -120, -120, -120, -120, -120, -120,
-119, -119, -119, -119, -119, -119, -118, -118, -118, -118, -118, -118, -118,
-117, -117, -117, -117, -117, -117, -116, -116, -116, -116, -116, -116, -115,
-115, -115, -115, -115, -114, -114, -114, -114, -114, -114, -113, -113, -113,
-113, -113, -112, -112, -112, -112, -112, -111, -111, -111, -111, -111, -110,
-110, -110, -110, -110, -109, -109, -109, -109, -109, -108, -108, -108, -108,
-108, -107, -107, -107, -107, -106, -106, -106, -106, -106, -105, -105, -105,
-105, -104, -104, -104, -104, -104, -103, -103, -103, -103, -102, -102, -102,
-102, -101, -101, -101, -101, -100, -100, -100, -100, -99, -99, -99, -99, -98,
-98, -98, -98, -97, -97, -97, -97, -96, -96, -96, -96, -95, -95, -95, -95, -94,
-94, -94, -93, -93, -93, -93, -92, -92, -92, -92, -91, -91, -91, -90, -90, -90,
-90, -89, -89, -89, -88, -88, -88, -88, -87, -87, -87, -86, -86, -86, -86, -85,
-85, -85, -84, -84, -84, -84, -83, -83, -83, -82, -82, -82, -81, -81, -81, -80,
-80, -80, -80, -79, -79, -79, -78, -78, -78, -77, -77, -77, -76, -76, -76, -75,
-75, -75, -75, -74, -74, -74, -73, -73, -73, -72, -72, -72, -71, -71, -71, -70,
-70, -70, -69, -69, -69, -68, -68, -68, -67, -67, -67, -66, -66, -66, -65, -65,
-65, -64, -64, -64, -63, -63, -63, -62, -62, -62, -61, -61, -60, -60, -60, -59,
-59, -59, -58, -58, -58, -57, -57, -57, -56, -56, -56, -55, -55, -55, -54, -54,
-53, -53, -53, -52, -52, -52, -51, -51, -51, -50, -50, -49, -49, -49, -48, -48,
-48, -47, -47, -47, -46, -46, -45, -45, -45, -44, -44, -44, -43, -43, -43, -42,
-42, -41, -41, -41, -40, -40, -40, -39, -39, -38, -38, -38, -37, -37, -37, -36,
-36, -35, -35, -35, -34, -34, -34, -33, -33, -32, -32, -32, -31, -31, -30, -30,
-30, -29, -29, -29, -28, -28, -27, -27, -27, -26, -26, -25, -25, -25, -24, -24,
-24, -23, -23, -22, -22, -22, -21, -21, -20, -20, -20, -19, -19, -19, -18, -18,
-17, -17, -17, -16, -16, -15, -15, -15, -14, -14, -13, -13, -13, -12, -12, -11,
-11, -11, -10, -10, -10, -9, -9, -8, -8, -8, -7, -7, -6, -6, -6, -5, -5, -4, -4,
-4, -3, -3, -2, -2, -2, -1, -1,
};
#endif /* SIN2048_H_ */Mozziライブラリに含まれているsin2048_int8.hを実際に開いてみるとサイン波を表現するために SIN2048_DATA []という配列が定義されていて、これが、いわゆるウェーブテーブルとなっている様です。この配列内に代入された値がaSin.next()とaudioHook();によって、どえらいスピードで再生されているのでしょう。
とにかく音が鳴る仕組みはこれで解ったことにして先に進むことにしました。
かなり何となく理解できた感じですね。
それでも開発は進んでおります。
またがんばります。