讓micro：bit和音樂互動起來

謝作如 張敬云

當下火遍整個創客教育圈的莫過于micro：bit了。如圖1所示，micro：bit是一個很小的可編程的微型電腦，能夠使用makecode、Mixly、Python等編程語言設計智能作品。一直期望能夠用micro：bit來識別音樂節奏，可惜micro：bit的功能太弱沒辦法實現，只能轉而希望借助于電腦的幫忙，即讓電腦識別音樂節奏，再將識別結果告訴micro：bit。這種做法其實就是在設計一款互動媒體作品。

互動媒體方面，最有名的編程軟件當屬Processing，Processing的Minim庫中有個范例程序——窗口的矩形會隨著音樂的節拍而跳動，效果圖如2所示。我們準備借助這個庫來識別音樂，然后實現micro：bit和音樂進行互動。比如，按下micro：bit的B鍵，音樂播放，按下micro：bit的A鍵，暫停播放，當音樂中有節拍時，則發送信息給micro：bit讓LED點陣屏快速閃爍心型圖像。

互動作品的原理分析

窗口的矩形隨著音樂的節拍而跳動的效果是由Processing的Minim庫中的“Frequency EnergyBearDetection”范例程序實現的，此程序是用頻率能量模式對音樂中的節拍進行監測，使用快速傅立葉變換（FFT）算法來獲得頻譜，然后將頻譜劃分為平均頻帶，并且獨立地監測在頻譜的不同部分發出的聲音（如底鼓、軍鼓和小擦）。簡單來說，此范例程序是對音樂的頻率進行監測，而Processing窗口中矩形的出現以及位置便是由實時監測到的頻率決定的。

那么，只要在這個范例程序中增加功能，當特定頻率出現的時候，向micro：bit發送信息，就可以達到音樂互動的目的?？梢?，完成這個互動作品的關鍵在于讓micro：bit和Processing之間相互通信。

Processing支持網絡通信，通過WIFI進行互動本來是很好的方式，只是micro：bit自身不帶WIFI功能，外加無線設備又比較麻煩。幸好Processing和micro：bit都支持串口通信，二者的互動只能通過串口來實現。如果需要無線互動，則可以用一塊micro：bit作為中轉設備，多塊micro：bit作為終端同時顯示效果。

為了讓互動更加有意思一些，我們在micro：bit中加上了音樂控制功能。這個互動媒體作品的運行流程如圖3所示。

開發環境準備

1.安裝串口驅動

micro：bit在windows中需要另外安裝Mbed串口驅動。而在Linux和Mac OS上無需安裝驅動。下面以Win7為例介紹Mbed串口驅動的安裝。首先連接micro：bit到計算機，然后雙擊Mbed串口驅動進行安裝，安裝完成后，便可通過設備管理器查看micro：bit的端口號了，如圖4所示的COM1是筆者使用的計算機中micro：bit的端口號。端口號與計算機連接過的設備有關，不同的設備端口號不同。

2.安裝Minim庫

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

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

代碼編寫

1.修改Processign范例程序

范例中用Minim庫中的BeatDetect實時讀取Buffer中的數據并采集音頻頻率識別Kick（底鼓）、Snare（軍鼓）和Hi-Hat（小擦）三種鼓點。本案例的音樂互動作品便是在此范例程序的基礎上完成的。將代碼另存后開始修改范例程序，主要增加了定義串口語句、接收信息語句以及發送信息語句（加下畫線部分），以下是修改過的Processing代碼（限于篇幅，僅僅提供部分代碼，如果有需要請發郵件索取）。

Processing代碼說明：運行程序，開始播放音樂，并且Processing窗口中的矩形會隨著節拍的變化而變化，窗口上的文字KICK、SNARE、HAT也會隨著各自的鼓點大小發生變化。當檢測到Kick時，則向micro：bit發送信息K；當接收到信息為48（即數字0）時，則停止播放音樂；當接收到信息為49（即數字1）時，則繼續播放音樂（如下頁表1）。

2.編寫micro：bit代碼

當micro：bit接收到信息K時，則LED顯示圖像；當按下A鍵時，則向Processing發送信息0；當按下B鍵時，則向Processing發送信息1。下頁表2為micro：bit代碼。

互動效果測試

運行程序，其測試效果如下頁圖8所示。隨著音樂的律動，電腦的畫面和micro：bit的LED屏幕也跟著閃爍，感覺很酷。因為手頭的micro：bit不夠，筆者沒有測試多塊micro：bit一起無線互動的效果，但理論上是沒有問題的。實現無線也很簡單，只要在代碼中加一句發送，其他的板子接收并且判斷這一信息即可。

結語

和音樂互動的方式很多，這個互動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是一款很不錯的互動編程軟件，很多看起來很難的問題，如音樂識別、視頻識別、語音識別等，都可以借助各種擴展庫來完成。讓學生們玩玩有趣的新技術從而愛上技術，這正是創客教育的核心工作之一。