如何修复Arduino FFT库返回错误频率 用于吉他调音器开发

问题根因 #

你现在恒定输出60Hz的核心原因是市电工频干扰盖过了实际采集的音频信号，同时你的代码参数和采集逻辑也存在明显问题，按以下步骤修改即可解决：

1. 硬件干扰修复 #

• 先确认麦克风模块偏置电压正常：无声音时A0引脚的ADC读数应当为满量程的1/2左右，5V供电的Arduino读数稳定在512上下、3.3V供电的稳定在2048上下，偏差过大直接更换模块
• 60Hz是欧美标准市电工频干扰，当前模块20dB增益太低，导致有用声音信号幅值远低于干扰信号：更换增益可调的麦克风模块，把增益调到40~60dB区间（不要开太高避免信号削波）；或者直接用电池给Arduino和麦克风模块供电，不要插USB连接电脑/用市电适配器，切断工频干扰的耦合路径
• 给A0引脚对地接一个100nF陶瓷电容滤除杂波，麦克风信号线尽量短，优先用带屏蔽层的线材

2. 代码参数和逻辑修正 #

你当前的参数完全不匹配吉他调音场景：

• 吉他空弦音范围是82Hz（6弦E）~329Hz（1弦E），你现在用128点FFT+2048Hz采样率的频率分辨率只有16Hz，误差大到完全没法调音，至少要把采样点提升到1024、采样频率提升到4096Hz，分辨率达到4Hz才能满足基本需求，要更精准可以用2048点采样，分辨率可达2Hz
• arduinoFFT的MajorPeak函数默认不会跳过直流分量，需要手动把低频干扰区间的幅值置0，避免工频/直流干扰被识别为主峰值
• 采样时需要关闭Arduino内置定时器中断，避免中断打断采样流程导致采样间隔不准，FFT计算结果失真

3. 修改后的参考代码 #

#define SAMPLES 1024 
#define SAMPLING_FREQUENCY 4096  

arduinoFFT FFT = arduinoFFT();  
unsigned int samplingPeriod; 
unsigned long microSeconds;  

double vReal[SAMPLES]; 
double vImag[SAMPLES];  

void setup() {   
      Serial.begin(115200);   
      samplingPeriod = round(1000000.0 / SAMPLING_FREQUENCY); 
}  

void loop() {  
     noInterrupts();
     for(int i=0; i<SAMPLES; i++) {     
           microSeconds = micros();     
           vReal[i] = analogRead(A0);    
           vImag[i] = 0;      

           while(micros() < (microSeconds + samplingPeriod)) {   
             // 等待采样间隔
           }  
       }
     interrupts();

    FFT.Windowing(vReal, SAMPLES, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);   
    FFT.Compute(vReal, vImag, SAMPLES, FFT_FORWARD);   
    FFT.ComplexToMagnitude(vReal, vImag, SAMPLES);   
    // 滤除72Hz以下所有信号，直接干掉60Hz工频干扰，不影响82Hz以上的吉他有效信号
    for(int i=0; i<18; i++) {
        vReal[i] = 0;
    }
    double peak = FFT.MajorPeak(vReal, SAMPLES, SAMPLING_FREQUENCY);   
    Serial.println(peak);    

    delay(100); 
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Micnasr