ESP32で電子ピアノ風楽器を作ってみた

2023年3月8日

　皆さんこんにちは。最近電子工作オタクになり始めているロクです。

　今回は、手元で手軽に曲を演奏できる楽器を作りたいなと思ったので、めちゃくちゃ簡単にそれっぽいものを作ってみようかと思います。

　イメージは、どこにでも持ち運べて、車の中でも草原の中でも家のリビングでも演奏できる小型電子ピアノです。

　それではどうぞお付き合いください。

Contents

作るものの機能について
使う部品・材料・道具
電子ピアノの回路図
実際にはんだ付けをしてみる
ESP32にプログラムを組んでいく
- プログラムの概要
ボタン電池を設置する
実際に音を鳴らしてみる
- 問題発生？
- 気を取り直して演奏してみる
最後に

作るものの機能について

　僕が今回作ろうと思う工作の大まかな機能については、以下のようになります。

７つのボタンでドレミファソラシを指定する
＋2つのボタンでオクターブを指定する
さらにほかの１つのボタンで半音上げる（♯）かどうかの指定をする
圧電スピーカーで指定された音を出す

　これさえ押さえておけば、これから実際に作っていく過程は流し見してくださって結構です。

使う部品・材料・道具

　【使う部品・材料↓】

基板
タクトスイッチ（小）×7個
タクトスイッチ（大）×3個
抵抗(2.2Ω）×10個
トグルスイッチ×１
メスの単列ピンヘッダ　18ピン分×２個
圧電スピーカー×1個
ESP32
ボタン電池1.5V×3個
導線、はんだ

　【使う道具↓】

はんだごて
ニッパ
ラジオペンチ
ピンセット

　下の画像が部品一覧になります。

　ここで、赤のLEDと青色の抵抗が写っていますが、今回使わないので考えなくていいです。また、ここには写っていませんが、1.5Vのボタン電池を３個用意します。

電子ピアノの回路図

　下の画像が、僕が簡単に作った回路図になります。

　スイッチが下側に７個、上側に３個あり、スピーカーが中央右あたりにあります。

　スピーカーは、＋側を33番ピンに接続するようにしてください。

　今回、電源として1.5ボルトのボタン電池を三つ直列で接続しようと思います。

実際にはんだ付けをしてみる

　さっそく回路図通りに基板に部品や導線をはんだ付けしていきます。

　回路図は、完成品を上から見たものになるので、実際に回路を組むときは、左右反転させて作っていく必要があります。

　２～３時間くらいかけて何とか完成させたものがこちらになります。

　また、基板を裏から見たものがこちらになります。

　「メスのピンヘッダ、下の方がなんか足りてない・・・？」と思った方、見逃してください！まあいろいろと事情があるんですが、別に今回はなくても困らないからいいやと思ってしまいました。(^^;

ESP32にプログラムを組んでいく

　ここからは、実際にESP32というマイコンのほうにプログラムを組んで、動かしていこうと思います。利用する環境はarduinoIDEです。

　ただ、ESP32でarduinoIDEを使う場合は、初期設定が必要になりますので、都合に合わせて以下の記事を読んでいただくといいかと思います。

ESP32で簡単な電子工作をやってみた

プログラムの概要

　今回作成したプログラムは、以下のようになります。

float data1[]={261.626,293.665,329.628,349.228,391.995,440,493.883};
float data2[]={277.183,311.127,0,369.994,415.305,466.164,0};
bool onkai[]={false,false,false,false,false,false,false};
bool option[]={false,false,false};//1音程左、２音程右、３シャープ
bool onoff=false;
int staytime=0;
int times=0;
char buttons[]={0,4,16,17,5,19,18,12,14,27};
void inputbutton();
void timeset();
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  for(int i=0;i<10;i++)
  {
   // pinMode(buttons[i],INPUT);
  }
  pinMode(33,OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
 if(staytime!=0)
  {
    if(onoff==false)
    {
      //スピーカーオン
      onoff=true;
      digitalWrite(33,HIGH);
    }
    else
    {
      //スピーカーオフ
      onoff=false;
      digitalWrite(33,LOW);
    }
    delayMicroseconds(staytime);
    times+=staytime;
    if(times>=10000)
    {
      times=0;
      inputbutton();
      timeset();
    }
  }
  else
  {
    delay(10);
    inputbutton();
    timeset();
  }
}
void inputbutton()
{
  for(int i=0;i<7;i++)
  {
    if(digitalRead(buttons[i])==true)
    {
      onkai[i]=true;
    }
    else
    {
      onkai[i]=false;
    }
  }
  for(int i=7;i<10;i++)
  {
    if(digitalRead(buttons[i])==true)
    {
      option[i-7]=true;
    }
    else
    {
      option[i-7]=false;
    }
  }
}

void timeset()
{
  for(int i=0;i<7;i++)
  {
    if(onkai[i]==true)
    {
      float heltz=0;
      if(i!=2&&i!=6&&option[2]==true)
      {
        heltz=data2[i];
      }
      else
      {
        heltz=data1[i];
      }
      char onkainum=(char)option[0]*2+(char)option[1];
      int heltz2;
      if(onkainum!=0)
      {
        heltz2=(int)(heltz*1000)<<(onkainum-1);
      }
      else
      {
        heltz2=(int)(heltz*1000)>>1;
      }
      staytime=1000000000/((heltz2)*2);
      return;
    }else
    {
      staytime=0;
    }
  }
}

　プログラムの細かい説明やそれぞれの変数についての説明は、かなりややこしいので省略します。ただ、このプログラムを使用したい場合は個人的な利用目的に限りご自由にお使いください。

　説明を省略するとはいえ、プログラムだけをポンとおいていくのはあまりにも雑なので、大まかな雰囲気だけでも説明しようと思います。