Vocal Coach este un dispozitiv embedded care ajuta utilizatorul sa exerseze intonatia vocala. Dispozitivul reda o nota muzicala de referinta folosind un buzzer pasiv, capteaza vocea utilizatorului printr-un microfon analogic cu amplificare, analizeaza semnalul audio folosind algoritmul Goertzel si ofera feedback in timp real: nota cantata este prea joasa (LOW), corecta (OK) sau prea inalta (HIGH).

Ideea a pornit de la nevoia unui instrument simplu si accesibil pentru incepatorii in muzica, care sa permita exersarea intonatiei fara a depinde de un smartphone sau conexiune la internet. Spre deosebire de aplicatiile generale de tuning, acest dispozitiv este construit special pentru antrenament vocal pe un set restrans de note (C4-C5), ceea ce il face fezabil pe hardware cu resurse limitate.

Repository GitHub: https://github.com/ciprianmunteanu1/vocal-coach

Sistemul este organizat in urmatoarele module:

Module hardware:

• Intrare audio — microfon MAX4466 capteaza vocea utilizatorului, iesirea analogica conectata la ADC-ul Arduino
• Iesire audio — buzzer pasiv reda nota de referinta prin PWM
• Feedback vizual — modul LED semafor (rosu/galben/verde)
• Afisaj — OLED 128×64 I2C afiseaza starea sistemului, nota tinta si rezultatul
• Intrare utilizator — 3 butoane (START/NEXT/BACK) si potentiometru pentru selectarea notei tinta

Module software:

• Masina de stari — IDLE → PLAY_NOTE → LISTEN → ANALYZE → RESULT
• Esantionare ADC — configurata prin registre pentru ~8kHz
• Motor Goertzel — calculeaza energia pe 8 frecvente tinta
• Calibrare zgomot — masurare zgomot ambiental la pornire
• Logica feedback — compara nota detectata cu nota tinta

Interactiunea modulelor: Utilizatorul selecteaza nota tinta cu butoanele. La apasarea START, Arduino reda nota pe buzzer, apoi deschide o fereastra de ascultare in care ADC-ul esantioneaza microfonul intr-un buffer. Algoritmul Goertzel proceseaza bufferul si identifica frecventa dominanta. Rezultatul este comparat cu nota tinta si afisat pe OLED si prin modulul LED.

Schema electrica prezinta conexiunile dintre Arduino Nano si modulele externe. Microfonul MAX4466 este conectat la intrarea analogica A0, potentiometrul la A1, OLED-ul foloseste magistrala I2C prin pinii A4/SDA si A5/SCL, iar buzzerul pasiv este controlat de pe pinul D9.

In varianta finala, buzzerul este comandat printr-un tranzistor NPN pentru a evita solicitarea directa a pinului microcontrollerului. Pentru primele teste, buzzerul poate fi conectat temporar direct intre D9 si GND, dar varianta cu tranzistor este preferata pentru montajul final.

Butoanele sunt conectate intre pini digitali si GND, urmand sa fie citite in software folosind rezistentele interne de pull-up ale microcontrollerului. Modulul LED semafor este controlat prin trei pini digitali separati, cate unul pentru fiecare culoare.

Dispozitivul este alimentat prin portul USB al placii Arduino Nano, de la laptop sau de la un power bank de 5V. Alimentarea prin USB este suficienta pentru versiunea curenta a proiectului, deoarece modulele folosite au consum redus: microfonul MAX4466, OLED-ul, buzzerul pasiv si modulul LED semafor.

Toate modulele folosesc masa comuna (GND). Alimentarea de 5V este distribuita catre microfon, OLED, potentiometru, modul LED si buzzer. Inainte de conectarea finala, trebuie verificat ca modulele folosite accepta alimentare la 5V. In cazul in care un modul functioneaza doar la 3.3V, acesta va fi alimentat din pinul 3V3 al placii Arduino Nano.

Pentru reducerea zgomotului pe alimentare, se folosesc condensatori de filtrare intre 5V si GND. Condensatorul electrolitic de 10uF ajuta la stabilizarea alimentarii, iar un condensator ceramic de 100nF poate fi adaugat langa microfon pentru decuplare locala.

(De completat in etapele urmatoare)

(De completat in etapele urmatoare)

(De completat in etapele urmatoare)

(De adaugat in etapele urmatoare)

Resurse Hardware:

• ATmega328P Datasheet — Microchip
• MAX4466 Datasheet — Maxim Integrated
• SSD1306 Datasheet — Solomon Systech

Resurse Software:

• U8g2 Library — olikraus, GitHub