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PENSAFONE: um instrumento digital de baixo custo para Educação Musical

PENSAFONE: um instrumento digital de baixo custo para Educação Musical

Gilberto André Borges


Há tempos não escrevo sobre pesquisas e inquietações de campo de trabalho por absoluta falta de tempo. Enquanto professor da Educação Básica, considerando este nível como sendo imbuído de tarefas de ensino, mais do que disponibiliza carga horária ao docente que possa dedicar à pesquisa ou alguma outra atividade acadêmica, pois que, atuando na Educação de Jovens e Adultos, ainda em 2019, fui convidado a participar, pela Diretoria de Educação de Jovens e Adultos, da Rede Municipal de Ensino de Florianópolis, do projeto Juventude Maker, parceria desta rede com o Sebrae. O projeto objetiva desenvolver a chamada cultura Maker que baseia-se na ideia de que as pessoas podem buscar soluções inovadoras e criativas, com o uso de ferramentas apropriadas, para automação de tarefas e desenvolvimento de objetos e tecnologias.


O desenvolvimento tecnológico possibilitado desde o surgimento dos equipamentos de processamento de dados e de acesso à rede mundial de computadores, a partir da segunda metade do século XX, viabiliza um cenário de efervescência para o desenvolvimento de projetos. Ferramentas baseadas em tecnologias contemporâneas, como o Arduino, impressoras 3D e equipamentos a laser, entre outros, descortinam um universo gigantesco de possibilidades à inovação.


Pois que, iniciado o projeto, imbuí-me da tarefa de desenvolver um instrumento que houvesse proveito à Educação Musical. Tamanha tarefa demanda tempo e dedicação à pesquisa, pelo menos àquela orientada ao entendimento dos aspectos musicais, pedagógicos e técnicos que obrigatoriamente se encontram envolvidos.


Dos aspectos musicais, podemos dizer que encontraremos os de cunho expressivo e artístico bem como os relacionados às questões pedagógicas e de cunho metodológico, pertinentes a área da Educação Musical. Quanto aos aspectos técnicos necessários, foi possível conhecer nas aulas do curso Juventude Maker, os princípios básicos que envolvem a construção de um circuito elétrico, o uso do Arduino e seu ambiente de desenvolvimento, noções de projeto elétrico, impressão 3D e tópicos de programação em C++. De minha bagagem, a considerar a formação na área de Educação Musical, trazia noções de programação em diversas linguagens, alguma prática no uso de ferramentas de desenho 2D e 3D e o conhecimento da física relacionada ao som, especificamente, os do campo da ondulatória.


Música


Aspectos musicais de cunho expressivo, referem-se àqueles que envolvem desde o gesto musical até as questões de construção do tabuleiro do instrumento. Chamo de tabuleiro à carcaça do equipamento, apropriadamente desenhada para proporcionar um gesto musical fácil e rapidamente assimilável. Neste sentido, o tabuleiro foi pensado como uma estrutura deslizante por onde um slide corre de uma extremidade à outra gerando uma distância mensurável por um sensor. O gesto musical vai do grave ao agudo na proporção do afastamento em relação ao sensor.


Figura 1: Modelo 3D da Carcaça Plástica


Figura 2: Protótipo de Carcaça em papietagem

Figura 3: Protótipo de Carcaça em papietagem


Figura 4: Protótipo de Carcaça em papietagem

Figura 5: Protótipo de Carcaça em papietagem


A ideia inicial era a de que seria possível realizar o movimento apenas com as mãos, como ao tocar uma harpa invisível ou algum devaneio neste sentido. Mas impôs-se a necessidade de precisão e, no uso do slide, obteve-se a melhor solução, ainda que insuficiente. O slide, embora tenha melhorado significativamente a precisão da altura, não foi eficiente na definição da duração do som, o que foi resolvido acrescentando-se um botão de acionamento do sensor. Outros aspectos musicais, como a intensidade e o timbre também mereceram atenção. Melhorou-se muito o timbre com a troca de um buzzer, utilizado inicialmente no projeto, por um circuito amplificador e alto-falantes. Com isso, a onda gerada nas portas digitais do Arduino passou a ser reproduzida com uma melhor qualidade.


No tocante à intensidade, a placa amplificadora oferece a possibilidade de controle deste parâmetro. Optou-se por não utilizar o controle de amplitude no protótipo que desenvolvemos, pois isso acrescentaria outro elemento a ser controlado pelo executante, em prejuízo da tocabilidade. Nada impede que isso seja feito e possivelmente acrescentaremos este controle, mas o resultado obtido será um instrumento um pouco mais complexo do que este que nos propomos a oferecer, sobretudo aos estudantes dos Anos Iniciais do Ensino Fundamental. Também os estudantes de qualquer faixa etária que manifestem pouca prática musical serão beneficiados. Assim, a habilidade requerida para tocar o instrumento limita-se ao deslizamento horizontal do slide e o pressionamento de um botão que assume a função rítmica.


Na maneira como foi construído, o aparelho possibilita a composição de músicas, sendo fácil a transferência dos dados lidos pelo sensor a qualquer formato digital de armazenamento de música, seja pelo emprego do protocolo MIDI ou de marcação XML. Quanto a gravação, é possível exportar áudio diretamente, tanto na saída física do amplificador, quanto interceptar o sinal RAW gerado nos pinos digitais do Arduino. Musicalmente, trata-se de um instrumento melódico e cromático, que permite articulações ligadas ou destacadas. Também pode ser facilmente convertido para interface de controle apenas modificando-se o software. Com isso, as possibilidades de aplicação musical torna-se ainda maior.


Aplicação pedagógica


Imaginar um instrumento pedagógico musical digital utilizável em sala de aula permeia observar diversas variáveis que encontram-se presentes no panorama da Educação Musical escolar. A disciplina Música enfrenta diversos desafios no âmbito da escola pública no Brasil. Desde o descumprimento da obrigatoriedade legal da oferta da disciplina por parte de Estados e Municípios até as diferenças de implementação nos poucos locais onde ela é oferecida.


Os desafios são hercúleos: o professor de Música na escola pública, via de regra, lida com a falta de materiais específicos para a disciplina, inexistência, na grande maioria dos casos, de espaços físicos adequados para a prática musical, inadequação entre carga horária e número de alunos por turmas, bem como o total desconhecimento por parte de pais, gestores e diretores escolares das particularidades inerentes à musicalização e ao desenvolvimento da musicalidade.


Um outro problema que atinge a educação no Brasil é o da ausência de políticas públicas que garantam o acesso aos estudantes aos materiais pedagógicos que necessitam para o seu desenvolvimento escolar. O Estado brasileiro omite-se na oferta destes materiais e, por outro lado, as famílias brasileiras não conseguem custear acesso à Internet, equipamentos digitais de processamento de dados, bem como aos instrumentos musicais e científicos aos alunos. Esse papel deve ser cumprido pelo Estado e deveria ser prioritário na execução de uma educação pública, laica, gratuita e de qualidade, pela qual todos pagamos com nossos impostos.


Assim, um instrumento digital deve, primeiramente, oferecer a possibilidade de compor, tocar e gravar. Também precisa ser de fácil execução, de modo que possa ser útil desde os anos iniciais do Ensino Fundamental até os anos finais e na Educação de Jovens e Adultos. Além disso, deve oferecer a possibilidade de integração com qualquer outro equipamento eletrônico digital ou analógico, bem como poder exportar dados utilizáveis e integráveis em outras aplicações e softwares.


A considerar a dualidade do ensino no Brasil, onde observa-se a olhos nus a existência de uma escola para os ricos e outra para os pobres, deve-se pensar, obrigatoriamente, um instrumento para a escola pública em toda a sua precariedade e ausência de investimentos. Assim, o instrumento deve considerar ser útil em salas superlotadas onde, não raro, infelizmente, encontramos mais de 40 alunos e uma ou nenhuma tomada elétrica funcionando no local. Deve considerar as APP’s falidas, sem dinheiro para comprar pilhas ou baterias para abastecer um número grande de instrumentos. Também precisa tomar por variável obrigatória, lamentavelmente, as dificuldades de acesso à rede mundial de computadores e a precariedade dos equipamentos para este fim existentes nas escolas públicas. Neste sentido, imaginamos, desde o início dos trabalhos, um instrumento portátil, de uso individual e abastecido por células fotovoltaicas.


O Arduino pode ser alimentado por diversas fontes, desde uma saída USB de computadores e celulares, até adaptadores específicos para rede elétrica ou pilhas e baterias. Dentre estas possibilidades está a de usar-se um carregador fotovoltaico, vendido em qualquer loja de equipamentos eletrônicos e que possua uma saída USB de 5 volts. Recomenda-se o fornecimento de corrente por saídas USB da placa do computador que está rodando a IDE do Arduino durante o desenvolvimento do protótipo. Para utilizar um carregador fotovoltaico, nos certificamos de que a corrente elétrica fornecida fosse compatível com a alimentação do Arduino. O carregador, inclusive, possui uma bateria interna, o que garante uma autonomia de algumas horas de uso ao instrumento. Durante o dia, estará sempre armazenando energia, mesmo que fornecendo corrente ao aparelho.


Um outro elemento importante quando mencionamos políticas públicas refere-se ao financiamento público. Discutir política pública é discutir dinheiro público. Deste modo, o equipamento deve ter baixo custo de produção. Utilizamos na construção do protótipo um Arduino UNO, mas o projeto pode ser implementado com um Arduino NANO. Abaixo, uma demonstração dos custos em valores de dezembro de 2020:


Arduino Nano35,00
Sensor Ultrassônico HC-SR0420,00
Circuito Amplificador DS-LM38613,00
Alto-falante de 4pol 12w10,00
TOTAL78,00


É preciso considerar que estes preços sofreram arredondamento para mais e que constituem uma média dos preços praticados ao consumidor no varejo pesquisados na Internet. Também devemos apontar que, um carregador solar USB com bateria acoplada custa, na mesma lógica de busca de preços, a parir de 50 reais, considerando-se a multiplicidade de modelos. Também devemos ponderar que o custo apresentado acima refere-se ao custo do protótipo. Este está muito além do custo alcançável em um processo de produção em larga escala.


Técnica


Disponibilizamos, ao final deste artigo, íntegra do código fonte e esquemas de montagem do projeto, bem como os links de acesso aos projetos relacionados no Tinkercad. Também registramos alguns vídeos e fotos do processo que podem ser acessados. Adiantamos que os requisitos para montagem do equipamento são elementares do ponto de vista da prototipagem com Arduino: saber manusear a protoboard, efetuar as ligações e montar um tabuleiro. O tabuleiro pode ser impresso a um baixo custo, mas também pode ser confeccionado em outros materiais.


De regra, a leitura de distância efetuada pelo sensor é mais eficiente em materiais com maior rigidez mecânica. Construímos um protótipo com papietagem sobre uma base de papelão. É importante considerar que o papel absorve parte da onda que recebe, por isso, envolvemos o slide em papel-alumínio. Os materiais necessários para construir a carcaça do protótipo foram: papelão, papel para papietar, cola, tesoura, e estilete. A montagem requereu um Arduino UNO, protoboard, cabos de ligação, um botão de acionamento, uma placa amplificadora DS-LM386, um sensor ultrassônico HC-SR04 e um alto-falante que foi aproveitado de um antigo receptor a pilhas, que foi desmontado, sendo a sua carcaça aproveitada como caixa acústica.


Links


Vídeos


Canal Gilblack - Construção do Pensafone



Desenho de circuito no Tinkercad: Pensafone. Um instrumento musical digital para Educação Musical



Código Fonte


pensafone-0.5