"Я угадаю эту мелодию... с семи нот!"
Кейс может быть отнесён к нескольким предметным областям: физика, музыка, математика, технология. Рассмотрим примеры встраивания в образовательную программу.
Физика
Тема: "Колебания и волны" (9 класс)
Урок: Звуковые волны
На данном уроке можно реализовать данный кейс частично. Ребята производят расчёт звуковых частот и тонов для платы Arduino. Вносят результаты расчёта в заготовку скетча, тестируют результат.
Музыка
Тема: "Основы музыкальной грамоты"
Уроки: "Звук. Свойства музыкального звука", "Метроритм. Паузы"
На уроке ребята знакомятся с понятием длительности нот и пауз (четвертные, восьмые, целые, половинные). В соответствии с полученными знаниями по имеющейся инструкции и нотам той или иной композиции вписывают в заготовку скетча длительность нот и пауз, тестируют результат.
Информатика
Тема: "Алгоритмизация и программирование"
Уроки: "Линейные алгоритмы", "Циклические алгоритмы", "Типы данных на языке C++"
Работа над данным кейсом может вестись как над проектом на протяжении нескольких занятий. В завершении проекта команды представляют результаты работы. Возможна модернизация кейса (например, использование клавиатуры позволит превратить установку в макет синтезатора).
Ниже следует описание кейса.
В преддверии Нового года предлагаю сыграть в любопытную игру - "Угадай мелодию". Попутно я расскажу, какие инструменты использованы для создания простых мелодий на компьютере. Итак, в нашем распоряжении плата Arduino UNO. Данный микроконтроллер получает питание от порта USB, но может работать и автономно от батарейки 9В ("Крона"). К плате через макетную доску подключаем пьезоэлемент: один контакт - к пину 9, другой - к земле. Этот элемент выступает здесь в роли преобразователя энергии электрических импульсов в механическую энергию звуковых колебаний. О пьезоэлектрическом эффекте и использовании пьезоэлементов в технике можно кратко прочитать здесь. Конечно, я не сразу научилась воспроизводить мелодии. Сначала пришлось добиться получения периодических тихих щелчков.
Код
void setup () { pinMode (9, OUTPUT); } void loop () { digitalWrite (9, HIGH); delay (1000); digitalWrite (9, LOW); delay (1000); }
Для программирования звука использовалась среда Arduino IDE. Можно собирать мелодии и в среде Scratch for Arduino (S4A) или в ArduBlock, однако, там они будут выглядеть достаточно громоздко. Здесь же вся мелодия займёт одну строку. Например: char notes[] = "dbbabgdddbbCaD DeeCCbagdbbabg "; В другой строке описываются длительности используемых нот. К примеру, если условиться, что одна восьмая нота ♪=1, то четвертная нота будет равна двум, четверть с точкой - трём и так далее. Пример: int beats[] = { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 , 2, 1 }; В такой работе важно понимать природу звука и особенности его восприятия человеком. Ведь звук - это колебания, но далеко не все колебания мы слышим. Частоты нот и любых других звуков, которые различает человеческое ухо, лежат в диапазоне от 20 Гц (низкие звуки) до 20 кГц (высокие звуки). Мой пьезоэлемент вместо низких частот выдавал щелчки. Как же научить его "петь"? Нота "ля" первой октавы имеет частоты 440 Гц. В сети с лёгкостью можно отыскать таблицы соответствия нот определённым частотам (например). Однако, среда программирования Arduino использует не частоты, а тона. Расчёт тонов производится следующим образом: тон = 1/(2*частота)*10^6. Тогда для той же ноты "ля" получаем следующий тон: 1/(2*440)*10^6=1136. Такие расчёты пришлось произвести для всех нот, использующихся в мелодии. Разобраться в теории вопроса и программировании мне помогли разнообразные примеры (один из них). Привожу скетч одной из мелодий: взяв его за основу, можно закладывать тона и количество проигрываемых нот, задавать темп мелодии и интервалы между нотами.
Мелодия №1
Мелодия №2
Мелодия №3
В записи мелодии №1 и №2 принимал участие не пьезоэлемент, а динамик 8 Ом из конструктора "Знаток". Вы можете услышать, насколько отличаются звуки по мощности. И ещё несколько слов о том, где могут пригодиться подобные наработки. Возможно, вы слышали о проектах "умного" дома, когда человеческое жилище снабжено различными датчиками, регуляторами, системами распознавания и оповещения. Звуковые сигналы в таком доме могут сообщать об изменении в режимах работы каких-либо устройств: стиральной машины, холодильника, оконных жалюзи, уличного освещения вокруг дома, охранной сигнализации и т.д. Праздник Нового года может стать приятнее и интереснее, если для каждого гостя будет определена своя мелодия, которая зазвучит при его появлении у ворот. Желаю вам счастливых каникул и сказочных минут!
