Raspberry Pi Pico 2を使ってみた〜C/C++ SDKでLチカプログラミング

以前に買ったまま放置状態で、昨年あたりから本格的に使い始めているRaspberry Pi Picoですが、その後継機としてRaspberry Pi Pico 2が開発・販売されています。搭載されているチップが、Pi PicoのRP2040（←DatasheetのPDF）からPi Pico 2のRP2350（←DatasheetのPDF）に変更になっていることが大きな違いのようですが、使用感としてどんな違いがあるのか（それほど違いはないのか）確かめてみたいと思います。
＃Pi PicoとPi Pico 2の詳しい違いは、Pico Seriseのページにまとまっています。

これまでPi Picoを使って実験的なことをやってきましたが、Pi PicoでできたことがPi Pico 2でもできるかどうか検証してみたいと思います。（その前に、今回購入したPi Pico 2はピンヘッダなしのものだったので、ピンヘッダのはんだ付けもしました）

無駄なこととは思いながら、以前Pi Pico用にLinux Mintで動かしている自作PCで作った、動作確認（Lチカ）するための「blink.uf2」（プログラムファイル）をPi Pico 2に入れてみたらどうなるだろうかと思って、試しにやってみました。（C/C++でのプログラミング環境の作り方の詳細は、拙Blogの過去記事をご覧ください）当たり前と言えば当たり前のことですが、うんともすんとも言いませんでした。Pico SDKをPi Pico 2に対応したものにするためにアップデートする必要があります。Pi Picoのときと同じように、Linux Mintの自作PC上でPi Pico 2に対応したC/C++ SDK環境を整えたいと思います。

ちょっと調べてみると、「pico-sdk」の中にRP2350に対応したsrc（source）のセットがないとダメだということがわかりました。ネットの情報を頼りに自分がインストールした「pico」フォルダを開いて「pico-sdk」→「src」とフォルダを開いてみると、確かに「rp2350」フォルダはありませんでした。そこで、「ターミナル（端末）」を起動して、「pico-sdk」フォルダに移動してからPico SDKのアップデートを行いました。手順は以下の通りです。
＃今回は、デバイスビジネス開拓団さんの「Pico三昧(22) Raspberry Pico 2、C/C++ SDKで吉例Lチカ」を参考にしました。

$ cd pico/pico-sdk/
$ git pull

しばらく待つとアップデート作業が終わって「src」フォルダ内に「rp2350」というフォルダが出来上がっていました。（他にも増えたところはありましたが、たくさんあるので説明は割愛します）これでPi Pico 2に対応したC/C++ SDKが整ったことになります。早速ですが、Lチカの実行ファイル（.uf2）を作ってみたいと思います。「cd」コマンドで元のユーザーディレクトリのトップに移動してから、以下のようにコマンドを打ち込みます。

$ cd pico/pico-examples/build/
$ export PICO_SDK_PATH=../../pico-sdk
$ cmake -DPICO_PLATFORM=rp2350 -DPICO_BOARD=pico2 ..

ここまでできたら、あとは「blink」フォルダ内で「make」するだけのはずです。（上記のコマンドに続いて作業を行います）

$ cd blink/
$ make -j4

Pi Picoのときと同じようにやってみたつもりですが、エラーを吐いてうまくコンパイルできません。「Makefile」に何らかの問題があるようなエラーメッセージが出ていて、「CMakefile」フォルダに「CMakeError.log」というエラーの内容をレポートするファイルが出来上がっているとも書かれていました。これを見ながら、複数のエラーが発生しているような感じだったので、元々のpico-examplesの更新が必要なのではないかと考えて、gitコマンドでのダウンロード作業からやり直してみることにしました。（この作業は、私の作業環境である「pico」フォルダ内に移動したところから行いましたが、このフォルダ名は任意で構いません）

$ git clone -b master https://github.com/raspberrypi/pico-examples.git
$ cd pico-examples/
$ mkdir build
$ cd build/
$ export PICO_SDK_PATH=../../pico-sdk
$ cmake -DPICO_PLATFORM=rp2350 -DPICO_BOARD=pico2 ..

この作業をしているフォルダ内に、既に「pico-examples」フォルダがあると作業はうまくいきません。これまで使っていた「pico-examples」フォルダを残したままだとgit cloneコマンドが通らないためです。（強制的に上書きすることはできるかもしれませんが、ちょっとややこしいみたい…）今後も以前の「pico-examples」を使用する可能性がある場合には、以前のものを別のところに移動させておくと良いと思います。

これで準備が整ったと思いますので、以下のコマンドで再度実行ファイルのコンパイルに挑戦してみます。

$ cd blink/
$ make -j4

これで、無事に実行ファイル「blink.uf2」が出来上がりました。PCにPi Pico 2をつないで（初回はUSBケールでつなぐだけでUSBメモリのように認識しますが、2回目以降は「BOOTSEL」ボタンを押しながらつなぎます）、USBメモリのように開いた窓に「blink.uf2」をコピーすると、自動的にプログラムしたものが動き始めます。少々時間はかかりましたが、無事にLチカ動作実験成功ということになりました。これからは、Pi Pico（無印）の実行ファイルを作る環境との共存が可能なのかを確認したり、Pi Pico 2のThonnyやビジュアルプログラミングへの対応などを一通り確認したりしてみたいと思います。（やることいっぱい思いつくのだけれど、相変わらず時間がない…。orz）

音声合成LSI（ATP3011とATP3012）を使ってみる〜MacBook Proからコントロールする

以前の続きです。（長くなってしまったので、2回に分けました）株式会社アクエストが開発している「音声合成LSI」を秋月電子通商で購入して、使えるように準備するところまで書きました。念の為、「音声合成LSI「AquesTalk pico LSI」」の「ATP3011」と「ATP3012」のデータシートのリンクも再掲しておきます。

• 音声合成LSI「AquesTalk pico LSI」ATP3011データシート
• 音声合成LSI「AquesTalk pico LSI」ATP3012データシート

前回は、この「ATP3011」と「ATP3012」がMICROCHIP（Atmelを買収）のAtmega328をベースにして作られていて、Arduino（及びその互換マイコンボード）のATmega328と載せ替えれば簡単に使えるようになるという情報をもとに準備をしました。秋月電子通商で販売されているAE-Atmegaを使って作った「Diavolino」ベースの自作Arduino互換ボードを引っ張り出してきて、実験環境を整えるところまで書きました。今回は、その続きをやっていきたいと思います。

まずは自作Arduino互換ボードに元々挿していたATmega328Pを慎重に取り外して、ATP3012R5-PU（小型ロボットの音声）に挿し替えました。これをMacBook ProにつないでArduino IDEを起動して音声が出せるか実験をしていきました。大小様々なつまずきがありましたが、最終的には使えるようになりました。注意点を以下にまとめておきます。
＃Arduino IDE（実験時の最新版はver.2.3.4）の起動は、配線を済ませてからの方が良いと思います。

• スピーカーは、アンプを経由するかアンプ内蔵のものを使う。（YAZAWAのTVR35WHを使用）
  ※IchigoJamで実験をしたときに作ったケーブルでアンプをつなぎました。電源なしで圧電スピーカーをつないでも動きませんでした。（シリアル通信すらできない感じ）
  →ATP3011系は、GNDとDIGITAL 6番にアンプをつなぎます。ATP3012系はGNDとDIGITAL 9番にアンプをつなぎます。
• ボードを「Arduino Duemilanove or Diecimila」にする。
  ※動作解説動画では、Arduino UNOが使われていましたが、Diavolinoは、Duemilanoveをベースにして開発されたものなので。
• ポートを「/dev/cu.usbserial-xxxxx（ターミナルから「ls -l /dev/cu.*」コマンドで接続されているシリアルポートを確認できる）」にする。
• 「ツール」メニューから「シリアルモニタ」を開く。
  ※ここで、シリアル接続の確認もしてくれるので、とても便利です。
• 改行コードは「CRのみ」を選択する。
  ※ATP3011/3012は、コマンドの最後に「CR」を送らないと実行しない仕様とのことなので。

実は、USBシリアル変換アダプターモジュールでつないだときに、ポートの設定をしようとしたところでつまずきました。元々Prolific社製のPL2303HXというUSBシリアル変換アダプターモジュールを使っていたのですが、これがMacBook Pro（macOS）からはシリアルポートとして認識されないのです。「ターミナル」を起動させて「ls -l /dev/cu.*」で確認しても、接続前と接続後で何も変わりません。しばらく使っていなかったので、ドライバが古くなっているかもしれないと思い、最新のドライバをインストールしてみましたが、認識されないのは変わりませんでした。新しいmacOSでは使えないのだろうと諦めることにしました。

仕方がないので、FTDI社製の（ド定番の）FT232RLを載せたUSBシリアル変換ケーブル（半分自作）を使うことにしました。これを使うと、シリアルポートが認識されて使えそうな感じになったので、テストのためにいくつかローマ字を打ち込んで音声を出させてみたところ、無事に音声が出てくれました。ということで、macOSではFT232RLのUSBシリアル変換ケーブルを使うことにします。
＃Linux MIntでは、PL2303HXでも問題なく動作してくれました。Arduino IDEは、レガシーIDE ver.1.8.19、最新版IDE ver.2.3.4の両方で動作確認しました。

試行錯誤しながらいろいろやってみましたが、とりあえず音声が出るところまではできました。配線を変更したり、コマンドでエラーが出てしまったりした場合は、無理に作業を続けようとしないでArduino IDEを終了してから、再度起動してシリアルでの接続が確認されてから作業をすると動作が確実になると思います。一つ一つ、自分がやったことを検証しながら問題を解決して行ったので、いちいち再起動するのは面倒ではありましたが、急がば回れということだと思いました。
＃アクエストのオンラインデモのサイトで、日本語をAquesTalk Pico用のローマ字表記にしてもらえるのは地味に便利でした。

【前回記事】
・音声合成LSI（ATP3011とATP3012）を使ってみる〜まずは基本的な準備をする

音声合成LSI（ATP3011とATP3012）を使ってみる〜まずは基本的な準備をする

シンセサイザーのように音を作ることができるICや音を増幅させるアンプICなど、音楽や楽器に関わることを電子的にやってみることが楽しくてアレやコレやと手を出している中で、「音声合成LSI」という物があることを知りました。きっと自分がいろいろやっている周辺にはちらほら見えていたのだろうけれど、これまでは無意識にスルーしていて見えなかっただけかもしれませんが、ふと急に気になりだして調べてみることにしました。一度興味をもってしまうと実験してみたくなるのはいつものことですが、値段が手頃だったこともあって早速購入して試用してみることにしました。

今回購入した「音声合成LSI」は、株式会社アクエストが開発しているもので、秋月電子通商で販売されているものを購入しました。簡単な使い方は、公式Webサイトの「音声合成LSI「AquesTalk pico LSI」」で確認することができます。音声合成LSIの「ATP3011」と「ATP3012」のデータシートも公開されているので、以下にリンクを貼っておきます。

• 音声合成LSI「AquesTalk pico LSI」ATP3011データシート
• 音声合成LSI「AquesTalk pico LSI」ATP3012データシート

簡単に説明すると、アクエスト社で開発された「AquesTalk」という「日本語音声合成エンジン」をMICROCHIP（AtmelがMICROCHIPに買収された）のAtmega328に実装したのが「AquesTalk pico LSI」で、同じATmega328を搭載するArduino（動作解説動画ではUNOを使用）のICチップと載せ替えることで簡単に使うことができるようです。

自宅にはArduino Duemilanoveあたりから、その互換ボードを含めて複数のArduinoがあるのですが、実験的に使うことを考えて、だいぶ昔にAE-AtmegaというArduinoの互換ボードを作るための基板（これも秋月電子通商で購入）で組み立てた自作Arduino互換ボードを使って、この互換ボードのATmega328をAquesTalk pico LSIに換装して音を鳴らすことができるかやってみることにしました。

このArduino互換ボードは、秋月電子通商で購入したAE-Atmegaを使って作りましたが、マイコンボードや電子工作を学ぶために、パーツセットではなく基板と必要な部品を購入して、様々なパターンで試作しながらマイコンボードの構造や作り方、それによってできることを学んでいたものの1つです。ベースとなっているのは、アメリカのEvil Mad Scientist（現在はBantam Toolsに買収されています）で開発・販売されていた「Diavolino」というArduino互換機です。2011年に基板だけを購入して、部品を揃えて何枚か作っていました。
＃AE-Atmega基板は、Picotec International Co.,Ltdという台湾と中国にある会社で作られているようで、自宅にはまだ数枚在庫がありました。

UNOとDiavolinoでは、世代から考えてもだいぶ違う気がしますが、Arduinoの設計コンセプトとしては同系統だろうと思ったので、多分大丈夫だろうと考えました。ということで、Diavolinoベースの自作Arduino互換ボードのATmega328と音声合成LSIを載せ替えて実験を進めていきたいと思います。ここまでやって、だいぶ長くなってしまいました。しばらくArduinoをいじっていなかったので、自分で作った互換機も使う予定がないくらいにしまい込んでいました。あっちこっち探し回って実験する環境を引っ張り出してきて、どうにかスタート地点に立ったという感じです。近日中に続きを書きますので、しばしお待ちください。

【次回予告】
・音声合成LSI（ATP3011とATP3012）を使ってみる〜MacBook Proからコントロールする

Raspberry Pi Zero 2を使ってみる

約10年前に発売されたRaspberry Pi Zero Wの後継機として、Zero 2 Wが数年前に発売されています。Pi Zeroについては、このBlogでも何度か話題にしてきましたが、久しぶりに後継機が出たので何がどう変わったかを確認したくなり、日本での販売開始から少々時間が経ってしまいましたが、購入して使ってみることにしました。既知のことではありますが、USBコネクタが少なく有線LANも使うことができないなど使い道が限られているため、正直なところ私自身はこれまであまり使っていませんでした。今回、Zero 2 Wとの比較をするために、久しぶりにZero Wを出してきてアップデート作業などのメンテナンスを行いました。（Zero無印の方は、IchigoJam Basicで動かしているので今回はパスです）
＃今回の後継機発売は、Zero無印はなしでW付だけみたいです。

Zero WとZero 2 Wの共通する仕様は、本体サイズとI/O周りの数と規格です。この辺りは、これまでのZero Wユーザーが使用している周辺機器との接続を考慮して、置き換えがスムーズに行くように配慮されたのではないかと思われます。対応する無線LANの規格も同じですが、Bluetoothは4.1対応から4.2対応になっているようです。その他で仕様が変わったところだけをまとめると以下のようになっています。

〈Zero W〉

• Broadcom BCM2835（Single core 32 bit SoC…ARM1176JZF-S（ARMv6）1 GHz）
• 内蔵メモリ512 MB DDR2 SDRAM
• micro USB電源（5 V/1 A）
• CSI カメラコネクタ

〈Zero 2 W〉

• Broadcom BCM2710A1（Quad core 64 bit SoC…Arm Cortex-A53 1 GHz）
• 内蔵メモリ512 MB LPDDR2
• micro USB給電（5 V/2.5 A）
• CSI-2カメラコネクタ

＃micro USBとmini HDMIだけでなく、HAT互換40ピンヘッダも共通仕様です。GPUのVideoCore IVも同じようですが、バージョンアップはされているようです。

本音を言うと、USBはUSB-Cの方が便利だし、HDMIもminiではなくmicroの方が扱いやすいしという問題点は感じるところですが、micro USBとmicro HDMIだと挿し間違いが発生しそうだから変更するならUSB-Cとmicro HDMIでお願いしたいところです。

問題提起はさておき、Zero 2 Wのセッティングを進めていくことにします。やることは他のRPiと大きくは変わらず、「Raspberry Pi Imager」を使って起動microSDカードを作るところから始めます。今回は、在庫していた東芝製の16GBのものを使いました。64 bitのRaspberry Pi OSをRecommendされるので、これを使って起動microSDカードを作成し、Zero 2 Wに挿して起動します。RPi 5に比べるとかなりもっさりとした感じですが、これは単にCPUが非力だからなのか、メモリ512MBでは少なすぎるということなのか、microSDカードとの相性問題なのか、諸々の複合的な問題なのかなどなど、はっきりとした原因はわかりません。まぁこんなものだと思って使い方を選んで使うというのが正解だと思います。
＃Zero Wの方は、32 bitがRecommendされました。メンテナンスがてら、Zero WのOSも最新の32 bit版（Raspbian GNU/Linux 12 (bookworm)）をインストールしました。動作感は、Zero 2 Wとあまり変わらないかな…。

Zero 2 WのRaspberry Pi OSのバージョンを確認するために「$ lsb_release -a」コマンドを実行すると、「Debian GNU/Linux 12 (bookworm)」になっていました。現時点で最新のOSで動かせることがわかりました。とは言え、できることが限られていることを前提にして、実験してみたいソフトだけ追加でインストールしておきました。

〈「Recommended Software」より〉

• Mu
• Scratch
• Scratch 3

〈「add / Remove Software」より〉

• Arduino IDE
• Fcitx-Mozc（日本語入力）

非力なのでそれなりに時間はかかりましたが、どうにかインストール作業を終えました。Zero Wの方も、32 bit版の同じソフトをインストールして、ほぼ同じことができるように設定をしました。今後の活用を考えて、Zero W/2 Wを他のPCなどからコントロールできるようにするのが実用的なのではないかと考えています。

Raspberry Pi 5と歴代Raspberry Piの使い道を考える

前回の続きです。約1年前に重い腰を上げて歴代RPiのメンテナンスを行いましたが、Raspberry Pi 5を購入してセットアップしたことをきっかけに、過去のRaspberry Pi（RPi）たちでも快適に使える状態を維持するにはどうしたらよいか考えてみました。Scratch 3などのビジュアルプログラミング環境を活用したい場合には、過去のRPiではかなり重くなりますので新しいRPi 5の出番だと思います。しかし、世代に合わせたOSを入れて、軽い作業のみをするか単一の機能に絞り込むかといった工夫をすれば、まだまだ使い道があるように思います。

以前のメンテナンスの際に歴代RPiで使っているOSを確認しましたが、RPi初代とRPi+はあえて古いOSを残す（ソフトの動作確認や作った環境をキープするため）として、RPi 2以降は新しいOSにしてしまって良いと思っています。中でも、3台もあるRPi 3にはしっかり仕事をしてもらおうかなと。ということで、歴代RPiのメンテナンスをサクッと終わらせて、3台のRPi 3のうち1台を実験台にすることにして、OSのインストールからやってみることにしました。

いつものように、Raspberry Pi Imagerを使って、microSDカードに最新のOSを入れます。Recommendに従って、64 bitのOSを入れることにしました。起動microSDカードをRPi 3に挿して起動すると、思ったよりスムーズに起動してくれて過去のRPiでも快適に動作するような調整がされているのかもしれないと思いました。「$ lsb_release -a」コマンドでOSのバージョンを表示させると「Debian GNU/Linux 12 (bookworm)」となっていました。RPi 5のときと同じように、表示を英語表記から日本語表記に設定して、指示に従って再起動しました。次に、この実験台RPi 3に以下のソフトをインストールしました。

〈「Recommended Software」より〉

• KiCad
• Mu
• Scratch
• Scratch 3

〈「Add / Remove Software」より〉

• Arduino IDE
• LMMS
• Fcitx-Mozc（日本語入力）

実のところ、RPi 3で最新の64 bitOSがまともに動くとは思っていなかったのですが、しっかり動いてくれたのでちょっと感動してしまいました。職場でデジタルサイネージによる情報発信を考えているのですが、RPiならうってつけだと思っています。（以前の職場でも同じような取り組みをしていたので）私がいる間は、私物のRPi持ち込み（ネット接続は不可）でやってみるという手もあるかなと思っています。その他にも、どんな使い方ができるか考えてみたいと思います。
＃5V 3AのUSB電源を使っても、「Low voltage warning」が出てしまうのは、どうしたものかと思っています。

（本当は、Raspberry Pi Zeroの方が、安いし用途を絞って使うには良いと思うのだけど、学校予算で買ってしまったら引き続き使ってもらうのは難しいかもしれないし、後任の負担になるようなことはしたくないし…。一方で、この程度のものを使いこなせないというのも情けないとは思うし、でもそれを強要するのは違うとも思うし…）

Raspberry Pi 5を使ってみる

世界的なインフレ傾向や円安の影響もあってか、価格が上がって気軽に購入できない感じになっているRaspberry Pi 5でしたが、ほぼ全世代のRaspberry Pi（RPi）を購入している私としては逡巡する気持ちもありつつ、発売開始から供給が安定するまでしばらく待っていました。先日、我慢の限界に足して半分衝動的に購入してしまいました。購入したのは、コスパ重視で4 GBモデルにしましたが、Smrazaのアルミのヒートシンク兼ケースと5.1V-5.0A対応のACアダプターも一緒に購入して1.4万円程度でした。（ケースは割引がありました）
＃詳しくは、過去のRaspberry Pi関連記事もご覧ください。

OSを入れるmicroSDカードは、自宅に在庫していたKIOXIAの32 GBのものを使うことにして、MacBook Proにインストールしてある「Raspberry Pi Imager」を使ってOSイメージをこのmicroSDカードに焼きました。今回使用するOSは、64 bitのRaspberry Pi OSにしました。焼き上がったmicroSDカードをRPi 5に挿して、モニタ、マウス、キーボード、LANケーブルをつないで起動しました。体感ではありますが、起動までの動作は速くなっているように感じました。ケース付属のFANも静音性が高く、起動後は最小限の動作になるようでしばらく止まっていました。ケース自体がヒートシンクになっているものなので、ぬるめのカイロくらいには温かくなっていました。

さて、起動まではスムーズだったのですが、デフォルトの設定が英語なため日本語に設定を変更したいと思います。デスクトップの左上のRaspberry Piメニューから、「Settings」→「Raspberry Pi Configuration」を起動して、「Localisation」内の「Locale」を「ja（Japanese）」←つまり日本語に、「Country」を「JP（Japan）」←これも日本に設定しました。すると、それに合わせてTimeゾーンも「Asia」「Tokyo」と自動的に変更されました。「Keyboard」の設定は、日本語キーボードになっているかと思いましたが、実際に接続しているUSキーボードになっていました。これは、USキーボードが認識されているのかと思いましたが、よく考えたらRaspberry Pi Imagerで設定されていました(^^;;;。これらの設定を終えて「OK」ボタンをクリックすると、再起動を求められるので指示に従って再起動します。すると、メニューを含めてほとんどが日本語表示に設定変更されました。

確認のため、「$ lsb_release -a」コマンドでOSのバージョンを表示させると「Debian GNU/Linux 12 (bookworm)」となっていました。再起動をしたタイミングでWindow上部のメニューバーにアップデートがあることを示すアイコンが表示されていることに気づいたので、このアイコンをクリックしてアップデート作業を行います。これはかなり時間がかかりましたが、しばらく放置して終わるのを待ちました。途中から、流石にヒートシンク（ケース）が熱くなってきたので、FANも回り始めました。アップデートが終わったところで、「Recommended Software」から以下のソフトをインストールしました。

• KiCad
• LibreOffice
• Mathematica
• Mu
• Scratch
• Scratch 3

これらを選択したら、「Apply」ボタンをクリックします。すると、ダウンロードが始まってインストール作業が進んでいきます。これもやはり時間がかかるので、別のことをしながら気長に待ちました。新しい環境なのでちょっと欲ばってインストールしてしまいましたが、何とかインストール作業を終えることができました。続けて、さらに追加したいソフトについて「add / Remove Software」からインストールします。今回追加でインストールしたのは以下のものです。

• Arduino IDE
• LMMS
• Fcitx-Mozc（日本語入力）

こちらもソフトを検索してチェックボックスにチェックを入れて、「Apply」ボタンをクリックするとまとめてインストールが始まります。ちょっと違うのは、このインストール作業にはパスワードが求められることです。パスワードの設定は、「Raspberry Piの設定」から「パスワードを変更」を選択して設定することができます。パスワードを設定してインストール作業を終えました。それぞれ動作確認してみましたが、起動については問題なくできました。ここでもやはり動作が速いと感じました。

今回は、RPi 5を使える状態にまでセットアップしましたが、これまでに購入してきている初代からのRPiたちをどのように活用していくかを考えなければならないと思っています。古いものにはより軽いOSを入れて、使い方を限定したら快適に使えるのではないかとか、そうするためのOSの選び方や特化させる機能や使い方をどうするかとか、あえてGUIの環境を捨ててCUIだけ、あるいは、ネットワークからアクセスして動かすだけにしてしまうとか、アイデアはいろいろと出てくるのですが…。

12平均律を鳴らすプログラムについて考える

これまでの続きです。Raspberry Pi Picoを使って、音を鳴らすこと（楽曲の演奏）ができるところまではやってみましたが、これも以前にIchigoJamで「（PC用）キーボードを鍵盤のように使って音楽の演奏をする」ことにチャレンジしたように、各キーに任意の音を割り振って楽曲の演奏ができるようにすることができないか、そのプログラムはどう書いたらよいのかということについて考えています。

キーボードの各キーに1音1音を割り当てるのは、力技ではあるものの可能であることは想像ができます。しかし今回は、できるだけスマートにプログラムを書くことを目標に考えていきたいと思っています。そのため、「12平均律の式をプログラムに活かす」ことを目指し、12平均律の仕組みや音の周波数はどのような式で表せるのか、そしてそれをプログラムとして書き表せるのかを検証することにしました。
＃以下、わかっている人には当たり前の話が続きます。広い心でご覧ください。(^^;;;

はじめに、「A*2^(n/12)」を使って12平均律の音階をExcelでグラフ化してみました。（「A=440」としてセルに入力した値を参照させ、nはAを0としてAから半音上を1、全音上を2…と表したセルを参照させた）すると、見覚えのある曲線のようなものが見えてきます。すっかり忘れていたので、記憶を頼りに「〇〇曲線」とか「〇〇関数」とか、いろいろなキーワードでGoogle先生に尋ねてみました。

すると、当たり前ではありますが「y=a^x（aのx乗）」の描く曲線にたどり着きました。「指数関数」というやつですね。昔学んだことを思い出してきました。以前にPicoで音を鳴らしたときのMicroPythonでのプログラムの中に、「ahz*(2**(2/12))」や「ahz * (2 ** (3/12))」のような表記をしましたが、「ahz」がA4の周波数を表していて、それに「2の(2/12)乗」や「2の(3/12)乗」をかけるという計算をしています。もう少し汎用的な式で表すと「A[i]*2^(n/12)」というような式になると思います。「i=4」なら「A[4]=440」、「i=3」なら「A[3]=220」となるようにプログラムして、「n」の値を「0」〜「12」までの数値で変化させれば、音階に必要な周波数が得られると考えました。

Excelで作った表には、以前紹介した「12平均律と周波数」で示されている数値と同じ周波数値が並びました。第1段階はクリアできました。しかしこれだと、A[i]の値をいちいち用意しなければなりません。そこで、「A[i]*2^(n/12)」（0≦n≦12）という考え方を改めて、初項の「ahz=440」だけを決めて、「ahz*2^(z/12)」（z=整数）という数式で考えることにしました。「z」には、12を超えた数を入れたり、0よりも小さい負の数を入れたりしても、「A4=440Hz」からの音階的な距離（1あたりの変化量は半音）で表現できることがわかり、実際にExcelで表を作って平均律の周波数を得ることができることも確かめました。

MicroPythonでのプログラミングでは、「ahz*(2**(z/12))」のように表現すればよいことになります。この関数に、「A4」の距離を「0」として、そこからの音階的な距離を表す数値「z」を入れると目的の周波数が得られることになります。これならば、「ahz=442」にしたとしても、12平均律を簡単に作ることができるはずです。

試しにプログラムを作ってみているのですが、どうもうまく動かなくてまだ試行錯誤中です。うまくいったら、失敗の原因も含めてお知らせできればと思っています。