描述

靈感

我一直對能夠實時響應聲音的彩色顯示器著迷。能夠看到聲波令人著迷，當聲波被分解成其組成部分時會更好。查看聲音數據的一種方法是使用頻率分析儀，其中從左到右的條形圖根據給定頻帶的幅度擴展和收縮。我想重新創造這種效果，但要有所改變——讓它變得線性且更加豐富多彩。

所需硬件

這個項目的主處理器是一個 Teensy 4，它負責接收傳入的聲音數據并進行處理。在音頻被分解成頻率箱后，它會沿著一串 LED 輸出，從而創建一個燈光秀。至于燈本身，我選擇了一條 240 個 WS2812 LED。

發送音頻

在 Teensy 4 中，內置的音頻庫提供了幾種獲取音頻輸入的方法。其中一些包括 ADC、I2S 甚至 TDM。但是，我選擇了 SD 卡 WAV 音頻，因為它在傳輸音樂時簡單易用。然后，Teensy 4 獲取 WAV 文件并通過 I2S 將其發送到用于輔助輸出的音頻屏蔽，以及通過 USB。這使得 Teensy 顯示為音頻輸入，類似于 USB 麥克風。

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混合與分析

USB 音頻輸入類允許將其兩個通道（左聲道和右聲道）“修補”到其他塊中。可以使用 Teensy 音頻系統設計工具查看此布局。對于這個項目，WAV 文件輸入進入混頻器，在此流被均勻放大，然后輸出到 1024 bin FFT 分析儀、峰值模塊，最后是 I2S 輸出模塊。1024 bin FFT 分析儀使用快速傅里葉變換從單個波形中分離出某些頻率，然后將幅度放入 1024 bin。然后通過賦予較低頻率的權重比較高的頻率更多的權重，將這些組合成 16 個 bin。此外，讀取電流波形的峰值，這決定了 LED 的亮度（聲音越大 = 越亮）。

塊布局

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控制 LED

WS2812 的工作原理是讀取一系列脈沖，將它們解析為顏色信息，然后傳遞其余的信息。由于我想快速更新字符串而不阻塞其他所有內容，因此我使用了 WS2812Serial 庫。它通過使用直接內存訪問 (DMA) 與 Teensy 4 配合使用，該直接內存訪問 (DMA) 使用專用硬件將數據從緩沖區發送到串行端口，同時繞過 CPU。這釋放了一些急需的循環，這些循環可用于處理更多的音頻信息和分析。

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視覺效果

音頻庫將聽覺數據直接從 wav 流閱讀器發送到 FFT1024 對象和 Peak 對象。峰值分析儀測量聲波的當前整體幅度，并用 設置 LED 燈條的亮度WS2812Serial.setBrightness()。給定 bin 的值（縮放后）的范圍為 0 到 8。由于一個 bin 中有 15 個 LED，因此 0 表示不亮，1 表示中間的一個亮，2 表示中間的和緊鄰左右亮燈等

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當 Teensy 通電并啟動時，顏色是隨機確定的，因此兩個燈光秀幾乎不可能相同。

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未來的可能性

這是一個非常有趣的項目，而且觀看起來更有趣。還有很多其他方法可以將此項目修改為更好的東西，例如添加效果開關庫、其他輸入音頻的方法以及更多燈光。