Дослідження та вирішення проблеми багатофункціонального цифрового тюнера-камертона

Анотація

У статті розглянуто дослідження портативного багатофункціонального цифрового тюнера-камертона для музичного навчання, який у межах єдиного приладу поєднує сім автономних функцій: синтез еталонних тонів, цифровий тюнер, розпізнавання акордів, арпеджіатор, вокальні розспівки, диктофон та семплер. Розкрито проблему відсутності єдиного доступного рішення, здатного одночасно забезпечувати синтез еталонних тонів, налаштування інструментів, розпізнавання акордів, виконання вокальних вправ та звукозапис. Запропоновано розподілену апаратну архітектуру з розділенням обчислювального навантаження: цифровий синтез і обробку сигналів покладено на мікроконтролер STM32 із модулем обчислень з рухомою комою, а бездротову трансляцію аудіо за профілем Bluetooth A2DP реалізовано через ESP32. Описано реалізацію адитивного синтезу звуку з апаратним виведенням через інтерфейс I2S та подвійною буферизацією на базі DMA, а також алгоритми визначення висоти тону методом автокореляції з параболічною інтерполяцією та розпізнавання акордів алгоритмом Герцеля. Експериментальна перевірка прототипу підтвердила, що похибка визначення та відтворення висоти тону не перевищує ±1,5 цента, правильність розпізнавання тризвуків перевищує 90 %. Доведено працездатність усіх семи режимів роботи приладу.