Typowe mierniki częstotliwości liczą impulsy przez zadany czas. Jeśli liczymy impulsy przez sekundę – otrzymamy dokładność 1Hz. Jeśli chcemy wykonywać więcej pomiarów, bo nie chcemy czekać na wynik podczas strojenia – musimy liczyć się ze zmniejszona dokładnością. Na przykład – przy dziesięciu pomiarach na sekundę – dokładność spada do 10 Hz, co jest już zupełnie niewystarczające. Podobnie zakresy pomiaru częstotliwości w miernikach uniwersalnych nie nadają się do naszych zastosowań, że względu na niewielką dokładność na poziomie 1.5% zakresu pomiarowego – czyli w zakresie 0..2000 Hz niedokładność wynosi nawet 15 Hz.

W przypadku pomiarów częstotliwości akustycznych, znacznie dokładniej możemy mierzyć częstotliwość mierząc okres (lub jego wielokrotność). Przy częstotliwości zegara taktującego na poziomi 8 MHz, dokładność pomiaru może być wystarczająca do uzyskania nawet pięciocyfrowej dokładności przyrządu także w zakresie najniższej oktawy. Problemem będzie jedynie wykonanie kilku niezbędnych działań arytmetycznych które pozwolą otrzymać częstotliwość ze zmierzonego okresu i tu nie wystarczą już proste liczniki, ale będziemy musieli zatrudnić procesor (który swoją droga jest znacznie tańszy i uprości konstrukcje przyrządu). Zastosowanie procesora, a właściwie mikrokomputera jednoukładowego, pozwoli także na sterowanie dowolnym wyświetlaczem, a także podawanie częstotliwości jako nazwy tonu wraz z odstrojeniem i to zarówno w skali temperowanej jak i w naturalnej skali harmonicznej. Pozwoli także na wybór częstotliwości podstawowej i strojenie instrumentów także przy innych podstawach częstotliwości.

Zanim jednak zabierzmy się za konstrukcję warto przyjrzeć się wartościom mierzonych częstotliwości oraz obliczeniom jakie program miernika będzie musiał wykonać, by uzyskać zamierzoną dokładność przyrządu oraz odpowiedni sposób wyświetlania.

Sam pomiar częstotliwości jest stosunkowo prosty. Mierzymy czas trwania pojedynczego okresu przy pomocy zegara. Dla częstotliwości rzędu kilkunastu herców – dokładność będzie bardzo duża, ale w przypadku częstotliwości rzędu setek lub tysięcy herców – większą dokładność uzyskamy mierząc czas kilku – kilkudziesięciu okresów.

Dokładność pomiaru można wyliczyć zakładając, że dokładność pomiaru czasu wynosi jeden takt zegara pomiarowego.

Jak widać, alby uzyskać wystarczającą dokładność pomiaru, przy częstotliwości taktowania zegara równej 8MHz, nie możemy mierzyć bezpośrednio zbyt wysokich częstotliwości. Pięciocyfrową dokładność uzyskamy, jeśli błąd nie będzie większy niż jedna tysięczna procenta. Taką dokładność zapewni pomiar długości okresu tylko dla najniższej oktawy. Za to pomiar możemy wykonywać kilkanaście razy na sekundę. Dla wyższych dźwięków, ich częstotliwość musimy najpierw dzielić przez 2 tak długo, żeby uzyskać częstotliwość z pierwszej oktawy – to znaczy z zakresu 16-32Hz.

Pamiętajmy, że aby uzyskać częstotliwość z czasu trwania pojedynczego okresu – musimy wykonać dzielenie, co także, ze względu na jego realizację – może wprowadzić pewne błędy.

Ale przedstawianie wyniku w postaci częstotliwości to dopiero początek, i jeśli już zaprzęgamy do pomiaru obliczenia, warto byłoby podać także wysokość najbliższego dźwięku, oraz odstrojenie. Aby zwiększyć jeszcze bardziej zakres stosowania przyrządu – warto uwzględnić nie tylko skalę równomiernie temperowaną, ale także skale harmoniczną – stosowaną obecnie bardzo rzadko, ale dającą znacznie doskonalsze poczucie harmonii

Skala równomiernie temperowana – to skala w której częstotliwości poszczególnych półtonów są w takiej samej odległości od siebie. A ponieważ odczucie wysokości dźwięku nie jest równomierne i tak samo odczuwamy nie różnicę, ale stosunek częstotliwości, półtony tworzą ciąg geometryczny z mnożnikiem równym

Skala temperowana jest oparta o tak zwany ton podstawowy – ton dźwięku a. Jego częstotliwość wynosi 440 Hz, ale można także stroić instrumenty według innej bazy – zazwyczaj z zakresu pomiędzy 430 – 450Hz.

Dźwięki dobrze ze sobą współbrzmią, jeśli stosunek ich częstotliwości wyraża się liczbą wymierną w której zarówno licznik jak i mianownik nie są zbyt duże (<9). Można więc zbudować skalę muzyczna w oparciu o częstotliwości które są ze sobą właśnie w takim stosunku. Skala ta, wcześniejsza historycznie, oprócz tego, że lepiej brzmi, ma też spore wady. Utworu napisanego na określone tony nie można transponować, bo będzie brzmiał inaczej. Tu odległości pomiędzy tonami nie są rozłożone równomiernie

Różnica w nastrojeniu obu tych skali nie jest specjalnie duża i wynosi maksymalnie około jednego procenta, co odpowiada maksymalnie 18 centom (1 cent = 1/100 półtonu temperowanego), przy czym do policzenia odstrojenia niestety musimy uciec się do logarytmowania – kolejnej operacji którą musimy zaimplementować na mikrokontrolerze.

W kolejnym odcinku zapoznamy czytelnika ze schematem miernika, oraz rozpoczniemy pisanie programu mierzącego częstotliwość.