【自由研究】初心者キットで作る「ツマミで音階が変わる電子オルガン」｜音と数字の関係を体験

ツマミを回すと音階が変わる楽器を作ろう

電子工作で音に関する自由研究やりたいんだけど、音楽の知識ないんだ。

音楽は分からなくても作れるよ。「ツマミで音階が変わる電子オルガン」を作って、音と数字 (周波数) の関係を実験するのが今日のテーマだよ。

今回は、自由研究で音について調べたい中学生・高校生のお子さんに向けて、初心者キットだけで作れる「ツマミで音階が変わる電子オルガン」を紹介します。

ポテンショメータ (ツマミ式の抵抗) を回して、パッシブブザーから出る音の高さを変える装置です。ドレミファソラシドが何ヘルツかを実測できる、音楽と理科が合わさった研究テーマになります。

この記事で作るもの

ツマミを回すと音の高さが変わる
シリアルモニタに今の周波数 (ヘルツ) が表示
ボタンを押した時だけ音が鳴る (任意)
チューナーアプリや楽器と聞き比べて「これがド」を見つけられる

使う部品

部品	役割	個数
Arduino UNO R3	装置の頭脳	1
ポテンショメータ	音階を変えるツマミ	1
パッシブブザー	音を出す	1
タクトスイッチ	鳴らすボタン	1
ブレッドボード	配線をする台	1
ジャンパーワイヤー	つなぐ線	8本前後

配線図

        a b c d e
       +─────────+
[+]rail| . . . . . | ← 5V (Arduino から)
[-]rail| . . . . . | ← GND (Arduino から)
       +─────────+
row 5  | X . . . . | ← ポテンショ 1足 ([+])
row 6  | X . . . . | ← ポテンショ 中足 (A0)
row 8  | X . . . . | ← ポテンショ 3足 ([-])
row 12 | X . . . . | ← SW 片足 (D2)
row 14 | X . . . . | ← SW 反対足 ([-])
row 17 | X . . . . | ← ブザー+足 (D8)
row 18 | X . . . . | ← ブザー-足 ([-])
       +─────────+

部品同士のつながり

Arduino       ポテンショメータ
  5V    ──→   1番足
  A0    ←──   中足 (ツマミの位置)
  GND   ──→   3番足

Arduino       ブザー / SW
  D2    ←──   タクトSW
  D8    ──→   パッシブブザー

ポテンショメータは3本足の可変抵抗で、ツマミの位置で中足の電圧が変わる部品です。A0で0〜1023の数字として読めます。

プログラム

#define POT_PIN A0
#define BTN_PIN 2
#define BUZZER_PIN 8

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(BTN_PIN, INPUT_PULLUP);
  Serial.println("電子オルガン スタート!");
}

void loop() {
  int potValue = analogRead(POT_PIN);
  int frequency = map(potValue, 0, 1023, 200, 2000);

  Serial.print("周波数: ");
  Serial.print(frequency);
  Serial.println("Hz");

  if (digitalRead(BTN_PIN) == LOW) {
    tone(BUZZER_PIN, frequency);
  } else {
    noTone(BUZZER_PIN);
  }
  delay(50);
}

プログラムの動き

flowchart TD A[起動] --> B[ツマミの値を読む] B --> C["周波数に変換
200〜2000Hz"] C --> D{"ボタンを
押してる?"} D -->|Yes| E[ブザー鳴らす] D -->|No| F[ブザー止める] E --> G[50ms待つ] F --> G G --> B