Präziser Arduino-Gitarrenstimmer: Schnelles, genaues automatisches Stimmen für Musiker

Komponenten und Zubehör

Bauteil	Menge
Arduino Due (3,3 V, 84 MHz)	1
Gehörter DC-Motor (ca. 6 U/min, hohes Drehmoment ~613 oz-in)	1
L293D H-Brücke (Motortreiber)	1
9 V Blockbatterie (Motorspannung)	1
6× LED + Vorwiderstände (Saitenanzeige)	1 Set
Taster + Pull-Down-Widerstand (Saitenwahl)	1
TL972 Operationsverstärker (Rail-to-Rail, Low-Noise)	1
Klinkenbuchse 6,3 mm (Gitarreneingang)	1
Potentiometer, Widerstände, Kondensatoren (Audio-Vorverstärker)	nach Bedarf
Mechanischer Greifer für Stimmwirbel (3D-Druck / Eigenbau)	1

Software & Tools

• MATLAB / Simulink mit Arduino Support Package
• Stateflow (für Zustandsmaschine der Saitenwahl)
• Arduino IDE (für Deployment)

Projektübersicht

Ein automatischer Gitarrenstimmer erkennt den gespielten Ton, vergleicht die Frequenz mit der Soll-Frequenz der gewählten Saite und dreht den Stimmwirbel per Motor, bis die Saite gestimmt ist. Die Entwicklung erfolgt modellbasiert mit Simulink – Algorithmus, Simulation und Code-Generation in einer Umgebung.

Audio-Eingangsschaltung

Das Gitarrensignal (sehr klein, um 0 V schwingend) wird über einen TL972-OpAmp verstärkt, mit einem DC-Offset (ca. 1,65 V) auf den 0–3,3 V-Bereich des Arduino Due gehoben und durch einen Tiefpass (Cutoff ~2,5 kHz bei 5 kHz Abtastrate) gefiltert. Der Gain wird per Potentiometer so eingestellt, dass die Peaks knapp unter 1023 (10-bit ADC) bleiben.

Motorisierter Stimmwirbel-Greifer

Ein langsam laufender, hochdrehmomentstarker Getriebemotor (6 U/min, 3–12 V) treibt einen mechanischen Greifer an, der den Stimmwirbel umfasst. Der Motor wird über einen L293D H-Brücke von drei Arduino-Pins gesteuert (Enable, Dir1, Dir2).

Simulink-Modell & Algorithmus

Saitenwahl – Stateflow Chart

Ein Taster (Rising Edge) schaltet zyklisch durch die 6 Saiten (E A D G H e). Jeder State setzt die zugehörige LED und gibt den zulässigen Periodenbereich (periodRange) für den Stimmalgorithmus aus.

Tonhöhenbestimmung – MATLAB Function Block

• Eingang: Audiosignal (5 kHz Abtastrate), periodRange aus Stateflow.
• Algorithmus: Periodenschätzung des periodischen Signals (Nullstellen, Autokorrelation oder Peak-Detection).
• Ausgabe: 3 digitale Signale für Motor (Enable, Vorwärts, Rückwärts) – „zu hoch“, „zu tief“, „gestimmt“.

Parameter (Schwellwert für Signalerkennung, Periodenbereiche pro Saite) können im External Mode live justiert werden, ohne Neukompilierung.

Deployment & Betrieb

1. Modell in Simulink testen (External Mode, Scopes für Button, Audio, Motor).
2. Auf Arduino Due deployen (Standalone, ohne PC).
3. Gitarre anschließen, Saiten per Taster wählen (LED zeigt aktive Saite), Saite anschlagen – Motor dreht Stimmwirbel bis „In Tune“.

Projektdateien & Video

• Video-Demo: Automatic Guitar Tuner using Simulink and Arduino
• Dateien (Simulink-Modell, Schaltpläne): MATLAB Central File Exchange