Arduinoで音センサーを使う方法｜KY-038の配線・コード・しきい値調整

01音センサーモジュールとは

マイクとコンパレータの組み合わせ

代表的な音センサーモジュールには、決まった構成があります。小さなマイク（エレクトレットコンデンサマイク）と、LM393という比較回路（コンパレータ）です。この構成には既視感があるかもしれません。実は、土壌水分センサーの回路とよく似ているのです。仕組みはシンプルです。マイクが拾った音の信号を増幅し、あらかじめ設定したしきい値と比較します。

AO（アナログ出力）とDO（デジタル出力）の役割分担

音センサーモジュールには、2種類の出力があります。AO（アナログ出力）は、音の大きさに応じて連続的に変化する信号です。DO（デジタル出力）は、音がしきい値を超えたときにHIGHまたはLOWに切り替わる信号です。しきい値は、基板上のポテンショメータで調整します。用途に応じて、この2つを使い分けます。

02なぜ単純なanalogReadでは音量を測れないのか

音は振動し続ける交流信号

これまでのセンサーとは、少し勝手が違う点があります。可変抵抗やCdSセルの値は、比較的ゆっくり変化します。しかし、音はまったく違います。1秒間に何十回、何百回と細かく振動し続ける信号なのです。analogRead()を1回呼び出すだけでは足りません。その瞬間の波形のたった1点を切り取っているにすぎないのです。たまたま波の谷にあたれば小さい値になります。山にあたれば大きい値になってしまいます。

短い時間で最大・最小を記録する「振幅」の考え方

そこで必要になるのが、別の考え方です。短い時間（例えば50ミリ秒程度）の中で、何度も連続してanalogRead()を行います。そして、その中での最大値と最小値の差を計算するのです。この差を「振幅」と呼びます。振幅が大きいほど、音が大きかったと判断できます。複数の技術解説記事でも、この方法が音量測定の基本として紹介されています。

03配線方法：Arduinoと音センサー

基本の4本配線

多くの音センサーモジュールには、VCC・GND・AO・DOという4本のピンがあります。VCCはArduinoの5Vに、GNDはGNDにつなぎます。AOはアナログピンのA0に、DOはデジタルピンのD2につなぎます。配線自体は、これまで扱ってきたセンサーと大きく変わりません。

対応電圧の目安

多くの製品は3.3V〜5.5V程度の範囲で動作します。パッケージや商品説明に記載された対応電圧を確認しておきましょう。マイク部分は振動や風の影響を受けやすい部品です。設置場所にも配慮すると、より安定した動作が得られます。

04基本のコード｜AOで音量の振幅を測る

50ミリ秒間の最大・最小を記録する

2章で紹介した考え方を、実際のコードにしてみましょう。analogRead()を短い時間の中で繰り返し呼び出します。そして、最大値と最小値を記録していきます。

// 50ミリ秒間の振幅（音の大きさ）を測るコード
const int soundPin = A0;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  unsigned long startTime = millis();
  int maxValue = 0;
  int minValue = 1023;
  // 50ミリ秒間、繰り返し読み取って最大・最小を更新する
  while (millis() - startTime < 50) {
    int value = analogRead(soundPin);
    if (value > maxValue) maxValue = value;
    if (value < minValue) minValue = value;
  }
  int amplitude = maxValue - minValue; // 振幅（音の大きさの目安）
  Serial.print("振幅: ");
  Serial.println(amplitude);
}

シリアルモニタで振幅の変化を確認する

このコードを書き込んだら、シリアルモニタを開いてみましょう。静かな状態と、手を叩いたり話しかけたりした状態を比べてみます。振幅の値がどう変化するか確認してください。静かな環境でも、多少の振幅は残ります。これは、電気的なノイズや周囲の環境音によるものです。

05DOとしきい値調整｜ポテンショメータの使い方

ポテンショメータで感度を調整する

DOピンを使う場合、コード側でしきい値を設定する必要はありません。基板上のポテンショメータを回すだけで調整できます。多くの製品には共通の傾向があります。反時計回りに回すと感度が上がり、より小さな音でも反応するようになります。時計回りに回すと感度が下がります。大きな音にしか反応しなくなります。

DOを読み取るコード

// DOピンで音の有無を判定するコード
const int doPin = 2;
const int ledPin = 13;
void setup() {
  pinMode(doPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  int state = digitalRead(doPin);
  if (state == HIGH) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    Serial.println("しきい値を超える音を検知しました");
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
  delay(50);
}

製品によって表記が異なる点に注意

DOの信号がHIGHとLOWのどちらで「検知あり」を表すかは、製品によって表記が分かれています。お手元のモジュールで実際に動かして確認しておくと安心です。

06実践例：拍手でLEDを点灯させる

振幅を使ったクラップスイッチ

4章で紹介した振幅の考え方を使えば、拍手を検知するクラップスイッチが作れます。振幅が一定のしきい値を超えたら、LEDの状態をトグル（反転）させる仕組みです。

// 拍手を検知してLEDのON/OFFを切り替えるコード
const int soundPin = A0;
const int ledPin = 13;
const int amplitudeThreshold = 100; // 実機での振幅を見て調整する
bool ledState = false;
unsigned long lastTrigger = 0;
const unsigned long cooldown = 500; // 連続反応を防ぐための待機時間
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  unsigned long startTime = millis();
  int maxValue = 0;
  int minValue = 1023;
  while (millis() - startTime < 50) {
    int value = analogRead(soundPin);
    if (value > maxValue) maxValue = value;
    if (value < minValue) minValue = value;
  }
  int amplitude = maxValue - minValue;
  if (amplitude > amplitudeThreshold && millis() - lastTrigger > cooldown) {
    ledState = !ledState;
    digitalWrite(ledPin, ledState);
    lastTrigger = millis();
    Serial.println("拍手を検知しました");
  }
}

連続反応を防ぐクールダウン

この例では、工夫を1つ加えています。一定時間だけ次の反応を無視する「クールダウン」です。タクトスイッチのチャタリング対策と、似た発想の工夫です。

07よくあるトラブルと対処法

症状別の対処早見表

原因を素早く切り分けるコツ

08よくある質問

基本のQ&A

応用のQ&A