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前言

这是"拾颜播放器"项目学习记录的第一部分，用蜂鸣器，播放不同风格的音乐。

以前也玩过蜂鸣器，基本用法知道，比如小星星。但这次系统整理了一下，发现有很多细节之前没注意到，比如音符频率其实可以计算、不同音阶有不同情绪、和弦怎么编配等。这篇笔记把学习过程中觉得有用的内容都记录下来。

一、硬件准备

项目用的硬件：

组件说明

引脚连接：

BUZZER_PIN = board.D5

二、让蜂鸣器响起来

最开始的代码很简单：

import time
import board
import pwmio

buzzer = pwmio.PWMOut(board.D5, duty_cycle=0, frequency=440)
buzzer.duty_cycle = 32768  # 50% 音量
time.sleep(0.5)
buzzer.duty_cycle = 0      # 关闭

注意：duty_cycle 范围是 0-65535，32768 就是 50% 音量。

三、认识音符频率3.1 频率计算公式

其实不用死记硬背所有频率，记住一个公式就行：

频率 = 440 × 2^((n-69)/12)

其中 n 是 MIDI 音符编号。中央 C (C4) 的编号是 60。

def midi_to_freq(midi_note):
    """MIDI音符编号转频率"""
    return 440 * (2 ** ((midi_note - 69) / 12))# 计算几个常用音
    
print(f"C4 (60): {midi_to_freq(60):.2f} Hz")  # 261.63 Hz
print(f"A4 (69): {midi_to_freq(69):.2f} Hz")  # 440.00 H
zprint(f"C5 (72): {midi_to_freq(72):.2f} Hz")  # 523.25 Hz

3.2 常用频率表

下面是 test_buzzer.py 里直接用到的频率，整理成了表格：

音符频率音符频率

高音区：

音符频率音符频率

3.3 半音关系

相邻两个半音，频率比是 2^(1/12) ≈ 1.0595。

# 计算升号音符
def semitone_up(freq):
    return freq * 1.0595def semitone_down(freq):
    return freq / 1.0595# 从 C4 计算 C#4

print(f"C4: {NOTE_C4:.2f}")
print(f"C#4: {semitone_up(NOTE_C4):.2f}")  # 277.18

四、封装一个 BuzzerTest 类

把播放逻辑封装起来，代码更整洁：

class BuzzerTest:
    def __init__(self):
        self.buzzer = None
        self.enabled = False

    def setup(self):
        """初始化蜂鸣器"""
        try:
            self.buzzer = pwmio.PWMOut(board.D5, duty_cycle=0, frequency=440)
            self.enabled = True
            print("✓ 蜂鸣器初始化成功")
            return True
        except Exception as e:
            print(f"✗ 初始化失败: {e}")
            return False

    def play_tone(self, frequency, duration):
        """播放单个音调"""
        if not self.enabled or frequency <= 0:
            time.sleep(duration)
            return

        self.buzzer.frequency = int(frequency)
        duty_cycle = int((VOLUME / 100) * 65535)
        self.buzzer.duty_cycle = duty_cycle
        time.sleep(duration)

    def play_melody(self, melody, gap=0.02):
        """播放旋律（可选间隔）"""
        for freq, dur in melody:
            self.play_tone(freq, dur)
            time.sleep(gap)  # 避免杂音的间隔

为什么要封装：

• 统一管理 PWM 输出

• 方便调整音量

• 可以添加公共功能（间隔、音效等）

五、播放音阶

先测试八度音阶，确保能发出正确音高：

def test_scale(self):
    """测试：播放音阶"""
    scale = [
        (NOTE_C4, 0.3), (NOTE_D4, 0.3), (NOTE_E4, 0.3),
        (NOTE_F4, 0.3), (NOTE_G4, 0.3), (NOTE_A4, 0.3),
        (NOTE_B4, 0.4), (NOTE_C5, 0.4)
    ]
    self.play_melody(scale)

听到"do re mi fa so la si do"就对了！

六、经典旋律6.1 小星星

def test_melody(self):
    """测试：小星星"""
    melody = [
        (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_G4, 0.25), (NOTE_G4, 0.25),
        (NOTE_A4, 0.25), (NOTE_A4, 0.25), (NOTE_G4, 0.5),
        (NOTE_F4, 0.25), (NOTE_F4, 0.25), (NOTE_E4, 0.25), (NOTE_E4, 0.25),
        (NOTE_D4, 0.25), (NOTE_D4, 0.25), (NOTE_C4, 0.5),
    ]
    self.play_melody(melody)

数据结构：[(频率, 时长), ...]，时长单位是秒。

6.2 生日歌

def test_birthday(self):
    """生日歌"""
    birthday = [
        (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_D4, 0.5),
        (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_F4, 0.5), (NOTE_E4, 0.75),
        (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_D4, 0.5),
        (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_G4, 0.5), (NOTE_F4, 0.75),
        (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_C4, 0.25), (NOTE_C5, 0.5),
        (NOTE_A4, 0.25), (NOTE_F4, 0.25), (NOTE_E4, 0.25),
        (NOTE_D4, 0.25), (NOTE_AS4, 0.25), (NOTE_A4, 0.5),
    ]
    self.play_melody(birthday)

6.3 茉莉花

def test_jasmine(self):
    """茉莉花（简化版）"""
    jasmine = [
        (NOTE_D4, 0.5), (NOTE_E4, 0.25), (NOTE_F4, 0.25),
        (NOTE_G4, 0.5), (NOTE_A4, 0.25), (NOTE_B4, 0.25),
        (NOTE_A4, 0.25), (NOTE_G4, 0.25), (NOTE_F4, 0.25), (NOTE_E4, 0.25),
        (NOTE_D4, 0.5), (NOTE_D4, 0.25), (NOTE_E4, 0.25),
        (NOTE_D4, 0.5), (NOTE_G4, 0.25), (NOTE_G4, 0.75),
    ]
    self.play_melody(jasmine)

6.4 马里奥顶蘑菇音效

这个很有名，就几个音：

def test_mario(self):
    """马里奥音效 - 顶蘑菇"""
    self.play_tone(NOTE_E5, 0.1)
    self.play_tone(NOTE_E5, 0.1)
    self.play_tone(0, 0.1)  # 休止符
    self.play_tone(NOTE_E5, 0.1)
    self.play_tone(0, 0.1)
    self.play_tone(NOTE_C5, 0.1)
    self.play_tone(NOTE_E5, 0.4)

技巧：频率设为 0 就是休止符。

6.5 俄罗斯方块主题曲

def test_tetris(self):
    """俄罗斯方块主题曲"""
    tetris_theme = [
        (NOTE_E5, 0.2), (NOTE_B4, 0.15), (NOTE_C5, 0.15), (NOTE_D5, 0.2),
        (NOTE_C5, 0.15), (NOTE_B4, 0.15), (NOTE_A4, 0.2), (NOTE_A4, 0.15),
        (NOTE_C5, 0.15), (NOTE_E5, 0.2), (NOTE_D5, 0.15), (NOTE_C5, 0.15),
        (NOTE_B4, 0.3), (NOTE_C5, 0.15), (NOTE_D5, 0.2), (NOTE_E5, 0.2),
    ]
    self.play_melody(tetris_theme)

七、8-bit 游戏音效

这部分最好玩！

7.1 吃金币音效

MIDI 风格的经典音效：

def test_midi_coin(self):
    """经典吃金币音效"""
    for _ in range(3):
        self.play_tone(NOTE_E5, 0.08)
        self.play_tone(NOTE_G5, 0.08)
        time.sleep(0.15)

两个音快速交替，非常经典！

7.2 魂斗罗战斗音效

分 8 个阶段，完整还原街机感觉：

def test_contra(self):
    """超级魂斗罗战斗音效 (8阶段)"""
    stages = [
        ("开场急促", [
            (NOTE_E5, 0.08), (NOTE_G5, 0.08), (NOTE_E6, 0.08), (NOTE_G5, 0.08),
        ]),
        ("主旋律A", [
            (NOTE_E6, 0.12), (NOTE_G6, 0.12), (NOTE_E7, 0.12), (NOTE_G6, 0.12),
        ]),
        ("主旋律B", [
            (NOTE_E6, 0.12), (NOTE_G6, 0.12), (NOTE_E7, 0.12), (NOTE_G6, 0.12),
        ]),
        ("紧张段", [
            (NOTE_E6, 0.06), (NOTE_D6, 0.06), (NOTE_C6, 0.06), (NOTE_B5, 0.06),
        ]),
        ("爆发段", [
            (NOTE_E5, 0.10), (NOTE_G5, 0.10), (NOTE_E6, 0.10), (NOTE_G6, 0.10),
        ]),
        ("下行冲刺", [
            (NOTE_G7, 0.08), (NOTE_E7, 0.08), (NOTE_G6, 0.08), (NOTE_E6, 0.08),
        ]),
        ("紧张攀升", [
            (NOTE_E5, 0.08), (NOTE_G5, 0.08), (NOTE_E6, 0.08), (NOTE_G6, 0.08),
        ]),
        ("终止高潮", [
            (NOTE_E5, 0.15), (NOTE_G5, 0.15), (NOTE_E6, 0.15), (NOTE_E7, 0.3),
        ]),
    ]

    for stage_name, melody in stages:
        print(f"  播放: {stage_name}")
        self.play_melody(melody)
        time.sleep(0.2)

7.3 射击音效

def test_shoot(self):
    """射击音效"""
    # 频率快速下降，模拟"啾"的声音
    for freq in range(880, 220, -40):
        self.play_tone(freq, 0.02)

7.4 爆炸/撞击音效

def test_explosion(self):
    """爆炸音效 - 用噪声模拟"""
    # 蜂鸣器不好做真正的噪声，但可以做低频震动
    for _ in range(10):
        self.play_tone(100, 0.05)
        self.play_tone(80, 0.05)

7.5 升级/获取道具音效

def test_powerup(self):
    """升级音效 - 连续上滑"""
    for freq in range(440, 880, 20):
        self.play_tone(freq, 0.03)

八、音效特效8.1 颤音效果 (Vibrato)

快速在两个频率之间切换：

def test_vibrato(self):
    """颤音效果"""
    for _ in range(3):
        self.play_tone(440, 0.05)
        self.play_tone(450, 0.05)

8.2 滑音效果 (Glissando)

频率逐渐变化：

def play_tone_glide(self, start_freq, end_freq, duration):
    """滑音效果"""
    steps = 20
    step_time = duration / steps    for i in range(steps + 1):
        freq = start_freq + (end_freq - start_freq) * i / steps
        self.play_tone(freq, step_time)
        # 使用
        self.play_tone_glide(440, 880, 0.3)  # 上滑八度
        self.play_tone_glide(880, 440, 0.3)  # 下滑八度

8.3 渐强渐弱 (Crescendo/Diminuendo)

def play_tone_fade(self, frequency, duration, fade_in=True):
    """渐强/渐弱播放"""
    steps = 20
    step_time = duration / steps    for i in range(steps):
        factor = (i + 1) / steps if fade_in else (steps - i) / steps
        duty_cycle = int((VOLUME / 100) * 65535 * factor)
        self.buzzer.duty_cycle = duty_cycle
        self.play_tone(frequency, step_time)

8.4 颤音（正弦波调制）

def play_tone_vibrato_modulated(self, center_freq, duration):
    """带颤音的音调（正弦调制）"""
    import math
    steps = 100
    step_time = duration / steps    for i in range(steps):
        t = i * 0.1
        # 颤音：±10Hz 调制
        freq = center_freq + 10 * math.sin(t * 20)
        self.play_tone(freq, step_time)

8.5 PWM 音量控制

def test_pwm_volume(self):
    """PWM 音量对比测试"""
    volume_levels = [5, 10, 20, 50, 80, 100]
    for vol in volume_levels:
        duty_cycle = int((vol / 100) * 65535)
        self.buzzer.duty_cycle = duty_cycle
        time.sleep(0.3)

九、不同音阶风格9.1 大调音阶 (Major)

明亮、快乐的感觉：

# C大调
MAJOR_SCALE = [NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4,
               NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C5]

9.2 小调音阶 (Minor)

忧郁、悲伤的感觉：

# C小调（自然小调）
MINOR_SCALE = [NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_D4_SHARP, NOTE_F4,
               NOTE_G4, NOTE_G4_SHARP, NOTE_A4_SHARP, NOTE_C5]
               
# 计算变化音
NOTE_D4_SHARP = NOTE_D4 * 1.0595  # D#
NOTE_G4_SHARP = NOTE_G4 * 1.0595  # G#
NOTE_A4_SHARP = NOTE_A4 * 1.0595  # A#

9.3 五声音阶 (Pentatonic)

很多流行歌和民族音乐用的音阶，只有5个音：

# C五声音阶
PENTATONIC = [NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_C5]

# 特点：任意两个音组合都和谐，适合即兴
def test_pentatonic(self):
    """五声音阶测试"""
    self.play_melody([(freq, 0.3) for freq in PENTATONIC])

9.4 蓝调音阶 (Blues)

在五声音阶基础上加了"蓝调音符"：

# C蓝调音阶
BLUES_SCALE = [NOTE_C4, NOTE_D4_SHARP, NOTE_F4, NOTE_G4,
               NOTE_G4_SHARP, NOTE_B4, NOTE_C5]

十、和弦基础

单个音叫音符，多个音同时发出来叫和弦。

10.1 常用和弦

# 三和弦（根音-三度-五度）

CHORD_C = (NOTE_C4, NOTE_E4, NOTE_G4)      # C大三和弦
CHORD_DM = (NOTE_D4, NOTE_F4, NOTE_A4)     # D小三和弦
CHORD_EM = (NOTE_E4, NOTE_G4, NOTE_B4)     # E小三和弦
CHORD_F = (NOTE_F4, NOTE_A4, NOTE_C5)      # F大三和弦
CHORD_G = (NOTE_G4, NOTE_B4, NOTE_D5)      # G大三和弦
CHORD_AM = (NOTE_A4, NOTE_C5, NOTE_E5)     # A小三和弦

10.2 和弦进行

几个经典和弦进行：

# 卡农进行：C - G - Am - GCANON_PROGRESSION = [
    CHORD_C, CHORD_G, CHORD_EM, CHORD_AM,
    CHORD_F, CHORD_C, CHORD_G, CHORD_F,]

def test_chord_progression(self):
    """测试和弦进行（轮流播放）"""
    for chord in CANON_PROGRESSION:
        for freq in chord:
            self.play_tone(freq, 0.3)

10.3 琶音 (Arpeggio)

把和弦的音依次弹出来：

def test_arppegio(self, chord, tempo=0.15):
    """琶音播放"""
    for freq in chord:
        self.play_tone(freq, tempo)

十一、节奏模式11.1 拍子基础

# 假设以四分音符为一拍，每分钟120拍
# 每拍时长 = 60 / 120 = 0.5 秒

TEMPO_120 = 0.25  # 四分音符时长（120 BPM）
TEMPO_90 = 0.33   # 四分音符时长（90 BPM）
TEMPO_60 = 0.5    # 四分音符时长（60 BPM）

# 八分音符 = 四分音符的一半
EIGHTH_NOTE = TEMPO_120 / 2

11.2 常见节奏型

def test_rhythm_patterns(self):
    """各种节奏型测试"""

    # 1. 平均节奏（行进感）
    marching = [(freq, 0.25) for freq in [NOTE_C4, NOTE_E4, NOTE_G4] * 2]

    # 2. 切分音（节奏感强）
    syncopation = [
        (NOTE_C4, 0.2), (NOTE_E4, 0.1), (NOTE_G4, 0.2),
        (NOTE_G4, 0.1), (NOTE_E4, 0.2), (NOTE_C4, 0.2),
    ]

    # 3. 三连音（圆舞曲感）
    triplets = []
    for _ in range(4):
        triplets.extend([(NOTE_C4, 0.08), (NOTE_E4, 0.08), (NOTE_G4, 0.08)])

    # 4. 附点节奏（悠扬感）
    dotted = [
        (NOTE_C4, 0.45), (NOTE_E4, 0.15), (NOTE_G4, 0.3),
        (NOTE_E4, 0.45), (NOTE_G4, 0.15), (NOTE_C4, 0.3),
    ]

十二、实战：根据颜色播放音乐

这是"拾颜播放器"项目的核心功能：

# 颜色到情感的映射COLOR_MUSIC = {
    "red": {
        "name": "炽热红",
        "tempo": 0.12,      # 快节奏
        "scale": "major",   # 大调
        "melody": [         # 热情洋溢的旋律
            (NOTE_E5, 0.12), (NOTE_G5, 0.12), (NOTE_E6, 0.12), (NOTE_G5, 0.12),
            (NOTE_E5, 0.12), (NOTE_G5, 0.12), (NOTE_E6, 0.24),
        ]
    },
    "blue": {
        "name": "深海蓝",
        "tempo": 0.35,      # 慢节奏
        "scale": "minor",   # 小调
        "melody": [         # 舒缓的旋律
            (NOTE_A3, 0.35), (NOTE_C4, 0.35), (NOTE_E4, 0.35),
            (NOTE_A3, 0.35), (NOTE_C4, 0.35), (NOTE_E4, 0.7),
        ]
    },
    "green": {
        "name": "清新绿",
        "tempo": 0.25,
        "scale": "pentatonic",
        "melody": [         # 五声音阶，清新感
            (NOTE_E4, 0.25), (NOTE_G4, 0.25), (NOTE_A4, 0.25),
            (NOTE_C5, 0.25), (NOTE_D5, 0.25), (NOTE_E5, 0.5),
        ]
    },
    "yellow": {
        "name": "温暖黄",
        "tempo": 0.3,
        "scale": "major",
        "melody": [         # 明亮温暖
            (NOTE_C4, 0.3), (NOTE_E4, 0.3), (NOTE_G4, 0.3),
            (NOTE_C5, 0.6),
        ]
    },
    "purple": {
        "name": "神秘紫",
        "tempo": 0.4,
        "scale": "blues",
        "melody": [         # 蓝调风格
            (NOTE_A3, 0.2), (NOTE_C4, 0.2), (NOTE_D4_SHARP, 0.2),
            (NOTE_F4, 0.2), (NOTE_G4, 0.2), (NOTE_A4, 0.8),
        ]
    },}def play_color_music(self, color_name):
    """根据颜色播放音乐"""
    if color_name not in COLOR_MUSIC:
        return

    config = COLOR_MUSIC[color_name]
    print(f"播放: {config['name']}")

    for freq, base_dur in config['melody']:
        actual_dur = base_dur * config['tempo']
        self.play_tone(freq, actual_dur)
        time.sleep(0.02)  # 间隔

十三、常见问题Q1: 声音太小

检查 VOLUME 设置，建议 50-80。如果还小，检查硬件连接。

Q2: 播放时有杂音

在播放间隔加短暂静音：

def play_melody(self, melody):
    for freq, dur in melody:
        self.play_tone(freq, dur)
        time.sleep(0.02)  # 短暂间隔，避免杂音

Q3: 高音不稳定

高频音使用较短的时长。

Q4: 节奏不准

用固定的 tempo 变量控制，不要手写时长：

TEMPO = 0.25  # 四分音符melody = [
    (NOTE_C4, TEMPO),     # 一拍
    (NOTE_E4, TEMPO/2),   # 半拍
    (NOTE_G4, TEMPO/2),   # 半拍
    (NOTE_C5, TEMPO*2),   # 两拍]

Q5: 想演奏更长的曲子

把旋律数据放在单独的文件里：

# melodies.pyTETRIS_THEME = [
    (NOTE_E5, 0.2), (NOTE_B4, 0.15), (NOTE_C5, 0.15), (NOTE_D5, 0.2),
    # ... 更多音符]

# main.py
from melodies import TETRIS_THEME
self.play_melody(TETRIS_THEME)

十四、总结

通过 CircuitPython 的 PWM 模块，蜂鸣器可以实现：

1. 基础功能：播放准确音高的音符

2. 旋律演奏：演奏完整歌曲

3. 游戏音效：还原经典 8-bit 音效

4. 音效特效：颤音、滑音、渐强渐弱

5. 情感表达：不同颜色对应不同音乐风格

关键要点：

• 记住标准音 A4=440Hz，可以用公式推导其他音

• 理解大调、小调、五声音阶的情绪区别

• 节奏比音高更重要

• 多听多练，培养乐感

十五、播放效果

视频展示：https://www.bilibili.com/video/BV1y1viBcE8v

在"拾颜播放器"项目中，蜂鸣器负责把颜色检测结果转换成音乐输出，配合屏幕显示和颜色传感器，完成了"颜色→情感→音乐"的完整交互体验。