はじめに (対象読者・この記事でわかること)

この記事は、Raspberry PiとTeensy 4.0を使ったオーディオプロジェクトに取り組んでいる方、特にTeensyAudioライブラリを使用して音楽プレーヤーやシンセサイザーを開発している方向けです。電子工作やプログラミングに興味があり、オーディオ機器を自作したいと考えているメーカーさんにも最適です。

この記事を読むことで、TeensyAudio環境でのミュート機能の実装方法、Raspberry PiからTeensyを制御する方法、そして実際のプロジェクトでの応用例について理解できます。また、ハードウェア的な接続からソフトウェア的な実装まで、段階的に学ぶことができます。

前提知識

この記事を読み進める上で、以下の知識があるとスムーズです。 - Arduino IDEでの基本的なスケッチの書き方 - Raspberry Piでの基本的なコマンド操作 - 電子回路の基礎知識（抵抗、トランジスタなど）

TeensyAudioとミュート機能の重要性

TeensyAudioは、Teensy 4.0の高性能なDSP機能を活用したオーディオライブラリで、リアルタイムでの音響処理が可能です。しかし、実際のオーディオ機器として使用する際に、ミュート機能は欠かせません。急激に大きな音が出た時の保護、トランジション効果、そしてユーザビリティの向上のためにも、適切なミュート制御が求められます。

特にRaspberry Piと組み合わせたシステムでは、リモート制御や自動化されたミュート制御が可能になり、より高度なオーディオシステムの構築ができます。

具体的な実装方法と手順

それでは、実際にRaspberry PiとTeensy 4.0を使ったTeensyAudioのミュート機能を実装していきましょう。

ハードウェアの接続

まず、Raspberry PiとTeensy 4.0を接続します。今回はUART通信を使用して、Raspberry PiからTeensyへミュートコマンドを送信します。

必要な部品： - Raspberry Pi 3B以上 - Teensy 4.0 - ジャンパーワイヤー - 1kΩ抵抗（プルアップ用） - 2N2222トランジスタ（ミュート回路用）

接続図：

Raspberry Pi GPIO14 (TX) → Teensy RX1 (pin 0)
Raspberry Pi GPIO15 (RX) ← Teensy TX1 (pin 1)
Raspberry Pi 3.3V → 1kΩ抵抗 → Teensy RX1
Teensy pin 2 → 1kΩ抵抗 → 2N2222ベース
2N2222エミッタ → GND
2N2222コレクタ → オーディオ出力ライン

Teensy側のスケッチ

次に、Teensy 4.0用のスケッチを書きます。TeensyAudioライブラリを使用して、ミュート機能を実装します。

Cpp

#include <Audio.h>
#include <Wire.h>
#include <SPI.h>
#include <SD.h>
#include <SerialFlash.h>

// TeensyAudioオブジェクト
AudioSynthWaveformSine   sine1;
AudioOutputI2S           i2s1;
AudioConnection          patchCord1(sine1, 0, i2s1, 0);
AudioConnection          patchCord2(sine1, 0, i2s1, 1);
AudioControlSGTL5000     sgtl5000;

// ミュート制御用
bool isMuted = false;
const int MUTE_PIN = 2;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(MUTE_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(MUTE_PIN, LOW);

  AudioMemory(10);
  sgtl5000.enable();
  sgtl5000.volume(0.5);
  sine1.frequency(440);
  sine1.amplitude(0.5);
}

void loop() {
  // Raspberry Piからのコマンドを待機
  if (Serial.available() > 0) {
    char command = Serial.read();

    if (command == 'M') {  // ミュートON
      setMute(true);
    } else if (command == 'U') {  // ミュートOFF
      setMute(false);
    } else if (command == 'T') {  // トグル
      setMute(!isMuted);
    }
  }
}

void setMute(bool mute) {
  isMuted = mute;

  if (isMuted) {
    digitalWrite(MUTE_PIN, HIGH);  // トランジスタONでミュート
    sine1.amplitude(0);            // 振幅も0に
  } else {
    digitalWrite(MUTE_PIN, LOW);   // トランジスタOFF
    sine1.amplitude(0.5);          // 振幅復帰
  }

  // ステータスをRaspberry Piに送信
  Serial.print("Mute status: ");
  Serial.println(isMuted ? "ON" : "OFF");
}

Raspberry Pi側のPythonスクリプト

Raspberry PiからTeensyを制御するPythonスクリプトを作成します。

Python

#!/usr/bin/env python3
import serial
import time
import RPi.GPIO as GPIO

class TeensyAudioController:
    def __init__(self, port='/dev/serial0', baudrate=115200):
        self.ser = serial.Serial(port, baudrate, timeout=1)
        time.sleep(2)  # Teensyの起動待ち

    def mute(self):
        """ミュートON"""
        self.ser.write(b'M')
        print("Muted")

    def unmute(self):
        """ミュートOFF"""
        self.ser.write(b'U')
        print("Unmuted")

    def toggle_mute(self):
        """ミュートトグル"""
        self.ser.write(b'T')

    def close(self):
        self.ser.close()

# 使用例
if __name__ == "__main__":
    controller = TeensyAudioController()

    try:
        while True:
            command = input("Enter command (M: mute, U: unmute, T: toggle, Q: quit): ").upper()
            if command == 'M':
                controller.mute()
            elif command == 'U':
                controller.unmute()
            elif command == 'T':
                controller.toggle_mute()
            elif command == 'Q':
                break

            # 応答を待つ
            response = controller.ser.readline()
            if response:
                print(f"Response: {response.decode().strip()}")

    except KeyboardInterrupt:
        print("\nProgram terminated by user")
    finally:
        controller.close()

ハマった点やエラー解決

実装中に遭遇した主な問題とその解決方法を紹介します。

問題1: シリアル通信が不安定 最初のうち、Raspberry PiとTeensyのシリアル通信が頻繁に切断されました。 原因：ボーレートの設定ミスと、配線のノイズでした。 解決：ボーレートを115200に統一し、TX/RXラインにプルアップ抵抗を追加しました。

問題2: ミュート時にクリックノイズが発生 ミュートON/OFF時に「ポチッ」というノイズが混入していました。 原因：トランジスタのスイッチング速度が速すぎたため。 解決：ベース抵抗を調整し、0.1μFのコンデンサを並列に追加してスイッチングを緩やかにしました。

問題3: TeensyAudioの振幅が0でも微弱な音が漏れる sine1.amplitude(0)にしても、わずかに音が出ていました。 原因：TeensyAudioライブラリの内部的なリミッタが働いていたため。 解決：sgtl5000.volume()メソッドも併用して、完全にミュートするようにしました。

解決策

最終的なsetMute関数は以下のようになりました：

Cpp

void setMute(bool mute) {
  isMuted = mute;

  if (isMuted) {
    // フェードアウト
    for (float i = sine1.getAmplitude(); i > 0; i -= 0.01) {
      sine1.amplitude(i);
      delay(10);
    }
    digitalWrite(MUTE_PIN, HIGH);
    sgtl5000.volume(0);
  } else {
    digitalWrite(MUTE_PIN, LOW);
    sgtl5000.volume(0.5);
    // フェードイン
    for (float i = 0; i <= 0.5; i += 0.01) {
      sine1.amplitude(i);
      delay(10);
    }
  }
}

まとめ

本記事では、Raspberry PiとTeensy 4.0を組み合わせたTeensyAudio環境でのミュート機能の実装方法を解説しました。

  • ハードウェア的なミュート回路の構築方法
  • TeensyAudioライブラリを使用したソフトミュートの実装
  • Raspberry Piからのリモート制御システム
  • 実装時のトラブルシューティング

この記事を通して、読者の方はプロフェッショナルなオーディオ機器と同等のミュート機能を、手軽に実装できることが理解できたでしょう。今後は、Webインターフェースからの制御や、複数チャンネルでの独立したミュート制御についても記事にする予定です。

参考資料

参考にした資料、ドキュメント、ライブラリなどを記載します。