讓micro：bit和音樂互動(dòng)起來(lái)

謝作如 張敬云

當(dāng)下火遍整個(gè)創(chuàng)客教育圈的莫過(guò)于micro：bit了。如圖1所示，micro：bit是一個(gè)很小的可編程的微型電腦，能夠使用makecode、Mixly、Python等編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)智能作品。一直期望能夠用micro：bit來(lái)識(shí)別音樂節(jié)奏，可惜micro：bit的功能太弱沒辦法實(shí)現(xiàn)，只能轉(zhuǎn)而希望借助于電腦的幫忙，即讓電腦識(shí)別音樂節(jié)奏，再將識(shí)別結(jié)果告訴micro：bit。這種做法其實(shí)就是在設(shè)計(jì)一款互動(dòng)媒體作品。

互動(dòng)媒體方面，最有名的編程軟件當(dāng)屬Processing，Processing的Minim庫(kù)中有個(gè)范例程序——窗口的矩形會(huì)隨著音樂的節(jié)拍而跳動(dòng)，效果圖如2所示。我們準(zhǔn)備借助這個(gè)庫(kù)來(lái)識(shí)別音樂，然后實(shí)現(xiàn)micro：bit和音樂進(jìn)行互動(dòng)。比如，按下micro：bit的B鍵，音樂播放，按下micro：bit的A鍵，暫停播放，當(dāng)音樂中有節(jié)拍時(shí)，則發(fā)送信息給micro：bit讓LED點(diǎn)陣屏快速閃爍心型圖像。

互動(dòng)作品的原理分析

窗口的矩形隨著音樂的節(jié)拍而跳動(dòng)的效果是由Processing的Minim庫(kù)中的“Frequency EnergyBearDetection”范例程序?qū)崿F(xiàn)的，此程序是用頻率能量模式對(duì)音樂中的節(jié)拍進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使用快速傅立葉變換（FFT）算法來(lái)獲得頻譜，然后將頻譜劃分為平均頻帶，并且獨(dú)立地監(jiān)測(cè)在頻譜的不同部分發(fā)出的聲音（如底鼓、軍鼓和小擦）。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，此范例程序是對(duì)音樂的頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而Processing窗口中矩形的出現(xiàn)以及位置便是由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的頻率決定的。

那么，只要在這個(gè)范例程序中增加功能，當(dāng)特定頻率出現(xiàn)的時(shí)候，向micro：bit發(fā)送信息，就可以達(dá)到音樂互動(dòng)的目的。可見，完成這個(gè)互動(dòng)作品的關(guān)鍵在于讓micro：bit和Processing之間相互通信。

Processing支持網(wǎng)絡(luò)通信，通過(guò)WIFI進(jìn)行互動(dòng)本來(lái)是很好的方式，只是micro：bit自身不帶WIFI功能，外加無(wú)線設(shè)備又比較麻煩。幸好Processing和micro：bit都支持串口通信，二者的互動(dòng)只能通過(guò)串口來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果需要無(wú)線互動(dòng)，則可以用一塊micro：bit作為中轉(zhuǎn)設(shè)備，多塊micro：bit作為終端同時(shí)顯示效果。

為了讓互動(dòng)更加有意思一些，我們?cè)趍icro：bit中加上了音樂控制功能。這個(gè)互動(dòng)媒體作品的運(yùn)行流程如圖3所示。

開發(fā)環(huán)境準(zhǔn)備

1.安裝串口驅(qū)動(dòng)

micro：bit在windows中需要另外安裝Mbed串口驅(qū)動(dòng)。而在Linux和Mac OS上無(wú)需安裝驅(qū)動(dòng)。下面以Win7為例介紹Mbed串口驅(qū)動(dòng)的安裝。首先連接micro：bit到計(jì)算機(jī)，然后雙擊Mbed串口驅(qū)動(dòng)進(jìn)行安裝，安裝完成后，便可通過(guò)設(shè)備管理器查看micro：bit的端口號(hào)了，如圖4所示的COM1是筆者使用的計(jì)算機(jī)中micro：bit的端口號(hào)。端口號(hào)與計(jì)算機(jī)連接過(guò)的設(shè)備有關(guān)，不同的設(shè)備端口號(hào)不同。

2.安裝Minim庫(kù)

本案例中，Processing要用到Minim庫(kù)。3.3.6版本已內(nèi)置了Minim庫(kù)，我們可以從庫(kù)管理器中安裝它。通過(guò)“速寫本”—“引用庫(kù)文件”—“添加庫(kù)文件”打開管理器的Libraries選項(xiàng)卡，在Filter框中鍵入Minim，從列表中選擇庫(kù)，然后單擊Install（如圖5）。

安裝完成后，便可通過(guò)“文件”—“范例程序”看到添加的Minim庫(kù)（如圖6）。

代碼編寫

1.修改Processign范例程序

范例中用Minim庫(kù)中的BeatDetect實(shí)時(shí)讀取Buffer中的數(shù)據(jù)并采集音頻頻率識(shí)別Kick（底鼓）、Snare（軍鼓）和Hi-Hat（小擦）三種鼓點(diǎn)。本案例的音樂互動(dòng)作品便是在此范例程序的基礎(chǔ)上完成的。將代碼另存后開始修改范例程序，主要增加了定義串口語(yǔ)句、接收信息語(yǔ)句以及發(fā)送信息語(yǔ)句（加下畫線部分），以下是修改過(guò)的Processing代碼（限于篇幅，僅僅提供部分代碼，如果有需要請(qǐng)發(fā)郵件索取）。

Processing代碼說(shuō)明：運(yùn)行程序，開始播放音樂，并且Processing窗口中的矩形會(huì)隨著節(jié)拍的變化而變化，窗口上的文字KICK、SNARE、HAT也會(huì)隨著各自的鼓點(diǎn)大小發(fā)生變化。當(dāng)檢測(cè)到Kick時(shí)，則向micro：bit發(fā)送信息K；當(dāng)接收到信息為48（即數(shù)字0）時(shí)，則停止播放音樂；當(dāng)接收到信息為49（即數(shù)字1）時(shí)，則繼續(xù)播放音樂（如下頁(yè)表1）。

2.編寫micro：bit代碼

當(dāng)micro：bit接收到信息K時(shí)，則LED顯示圖像；當(dāng)按下A鍵時(shí)，則向Processing發(fā)送信息0；當(dāng)按下B鍵時(shí)，則向Processing發(fā)送信息1。下頁(yè)表2為micro：bit代碼。

互動(dòng)效果測(cè)試

運(yùn)行程序，其測(cè)試效果如下頁(yè)圖8所示。隨著音樂的律動(dòng)，電腦的畫面和micro：bit的LED屏幕也跟著閃爍，感覺很酷。因?yàn)槭诸^的micro：bit不夠，筆者沒有測(cè)試多塊micro：bit一起無(wú)線互動(dòng)的效果，但理論上是沒有問題的。實(shí)現(xiàn)無(wú)線也很簡(jiǎn)單，只要在代碼中加一句發(fā)送，其他的板子接收并且判斷這一信息即可。

結(jié)語(yǔ)

和音樂互動(dòng)的方式很多，這個(gè)互動(dòng)媒體作品還有很多地方可以改良：①micro：bit的A、B鍵控制背景切換；②micro：bit的LED陣列屏朝上控制音樂播放，LED陣列屏朝下暫停播放；③用micro：bit的A鍵控制下一首音樂的播放，用micro：bit的B鍵控制上一首音樂的播放等。Processing是一款很不錯(cuò)的互動(dòng)編程軟件，很多看起來(lái)很難的問題，如音樂識(shí)別、視頻識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等，都可以借助各種擴(kuò)展庫(kù)來(lái)完成。讓學(xué)生們玩玩有趣的新技術(shù)從而愛上技術(shù)，這正是創(chuàng)客教育的核心工作之一。