阿簡生物筆記: 用Micro:bit的Java Script玩音樂

2019年11月25日

用Micro:bit的Java Script玩音樂

在Micro:bit的程式積木中預設就有演奏音樂的功能，不過如果要自己透過積木來編寫樂譜演奏音樂的話，積木得拉得非常長一串，實在難以編寫。於是我轉向利用Java Script開發，希望把樂曲的簡譜以陣列方式書寫，再以程式讀取簡譜的陣列來播放。

而在實作的過程中，我又遇到音高和頻率的問題，實在不想直接指定哪個音名需播放什麼頻率，於是我也轉向用程式直接計算頻率，這麼一來編寫出來的程式居然有了新功能，我能夠指定要以什麼調性來演奏。例如同樣一篇簡譜的歌曲，我可以任意指定以C大調演奏，或是以D大調、C小調演奏，完全不須更動簡譜。
而且除了演奏簡譜之外，你也可以輸入一串如圓周率的數字，這樣也能演奏出歌曲。或是DNA或蛋白質的序列都可以演奏的。

我在十幾年前寫過的兩篇序列產生音樂的介紹文【聽蛋白質唱歌】、【你也可以讓DNA唱歌】，現在你也可以用這方式自己寫程式產生音樂了。

以下就以頻率計算的部分來說明，詳細的專案我都已經錄製成影片，另外影片中使用的簡報也在最後，同時程式碼也附在簡報當中。

簡報 https://docs.google.com/presentation/d/1oiTV2FZl3g6xoEAYOyrB-N58UG8BzBNby9efYuhM-Qc/edit?usp=sharing

以下幾張簡報要說明的是下面這串程式是怎麼寫出來的，這是最基本的程式，細節都可以看影片的說明

let scale = [0, 2, 4, 5, 7, 9, 11]

let start = 60

input.onButtonPressed(Button.A, function () {

let sound = 1

let playtime = 150

let midiNumber = start + scale[(Math.abs(sound - 1)) % 7] + 12 * Math.floor((sound - 1) / 7)

let frequency = 440 * (1.0594 ** (midiNumber - 69))

music.playTone(frequency, playtime)

})

只要改變sound的數值，就可以產生不同音高的聲音。以sound =1 就是發出Do的音，若是 =2則是Re，以此類推。而高音的Do則是 sound = 8，低音的Do則是 sound = -1。

要演奏音樂，就只是讓sound依序等於一串string或是陣列裡的某個數字就可以，而那個數字可能是pi的一個位數或是蛋白質序列轉成ASCII Code，又或是正常樂曲裡的一個音符。

第一，要知道的基本知識，國際化標準組織訂出了A6(中音La) 的頻率是440Hz，此為標準音高，其他音高是由此標準音高去計算出來的

第二，每個八度音之間的關係是兩倍的頻率，例如中音La是440Hz，而高音La是880Hz，低音La是220Hz。

第三，八度音之間有12個半音

每個半音是前一個半音的常數倍，2^(1/12)倍，約等於 1.059倍。只要知道標準音高是440，則下一個半音的頻率就是440x1.059，再下一個就是440*1.059*1.059，以此類推

而在MIDI標準中，中音La的Midi number訂為69，因此我們可以用這個數字來參照。例如中音Si是71，和69相差兩個半音，所以知道Si的頻率是440*(1.059)^(71-69)

但又有下一個問題，我怎麼知道一個音的midi number呢？同樣可以用換算的

規定好C大調的鍵盤順序。大調的音階都是按鋼琴鍵盤的白鍵，把Do當作第0鍵，則Re Mi....依序為 2 4 5 7 9 11鍵。也就是鍵盤順序 =[ 0,2,4,5,7,9,11]
已知Do的Midi number是60

用上面這兩個小知識就可以給簡譜的數字，換算出Midi Number了。例如給簡譜數字2，這是Re，Midi Number就是60再加上鍵盤順序的第(2-1)項(註:鍵盤順序的第一個字稱為第0項)

如果是給簡譜數字6，Midi Number就是60加上鍵盤順序的第(6-1)項 = 60+9 =69

接下來是高音和低音的簡譜表示法，分別用不同的邏輯寫成，高音是加上7，低音則是前面加負號。

然後用這個公式就可以得到Midi Number

midiNumber = start + scale[(Math.abs(sound - 1)) % 7] + 12 * Math.floor((sound - 1) / 7)

最後就可以寫出程式，給予簡譜數字後，讓程式自動計算對應的頻率。
而最開始所說，可以任意更改成小調或是D大調等，也只是修改那個對應的鍵盤順序和起始的Midi Number而已。所有完整的程式在上述簡報的最後一頁，全選複製貼到Makecode的編輯器就可以。

如果是C大調，就是start = 60 ， scale = [0, 2, 4, 5, 7, 9, 11]
如果是D大調，就是start = 62 ， scale = [0, 2, 4, 5, 7, 9, 11] (起始音階換成 D這個音)
如果是C小調，就是start = 60 ， scale = [0, 2, 3, 5, 7, 8, 10] (小調按的鍵盤順序和大調不同)

2019年11月25日

用Micro:bit的Java Script玩音樂

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