您如何创建一个音调发生器，其音调可以在 Java 中“实时”或动态操作？

Posted 2023-02-25

【中文标题】您如何创建一个音调发生器，其音调可以在 Java 中“实时”或动态操作？

【英文标题】：How do you create a tone generator whose tones can be manipulated "live" or on the fly in java?

【发布时间】：2012-04-27 21:07:15

【问题描述】：

我想用java制作一个基本的音调发生器，可以实时操作（只是音高开始）。

我想从简单开始，然后添加更复杂的音调生成和效果，最终得到某种基本的合成器。

我发现 a helpful post on this site 在一个小程序 Beeper.java 中有一些示例代码。

它会生成一个音调并将其保存到一个剪辑中。然后，它会在需要时循环播放该剪辑。相关音调产生位：

/** Generates a tone, and assigns it to the Clip. */
public void generateTone()
    throws LineUnavailableException 
    if ( clip!=null ) 
        clip.stop();
        clip.close();
     else 
        clip = Audiosystem.getClip();
    
    boolean addHarmonic = harmonic.isSelected();

    int intSR = ((Integer)sampleRate.getSelectedItem()).intValue();
    int intFPW = framesPerWavelength.getValue();

    float sampleRate = (float)intSR;

    // oddly, the sound does not loop well for less than
    // around 5 or so, wavelengths
    int wavelengths = 20;
    byte[] buf = new byte[2*intFPW*wavelengths];
    AudioFormat af = new AudioFormat(
        sampleRate,
        8,  // sample size in bits
        2,  // channels
        true,  // signed
        false  // bigendian
        );

    int maxVol = 127;
    for(int i=0; i<intFPW*wavelengths; i++)
        double angle = ((float)(i*2)/((float)intFPW))*(Math.PI);
        buf[i*2]=getByteValue(angle);
        if(addHarmonic) 
            buf[(i*2)+1]=getByteValue(2*angle);
         else 
            buf[(i*2)+1] = buf[i*2];
        
    

    try 
        byte[] b = buf;
        AudioInputStream ais = new AudioInputStream(
            new ByteArrayInputStream(b),
            af,
            buf.length/2 );

        clip.open( ais );
     catch(Exception e) 
        e.printStackTrace();
    

循环位：

/** Loops the current Clip until a commence false is passed. */
public void loopSound(boolean commence) 
    if ( commence ) 
        clip.setFramePosition(0);
        clip.loop( Clip.LOOP_CONTINUOUSLY );
     else 
        clip.stop();
    

我试图解决这个问题，以便在背景中创建另一个剪辑，并在我想更改音高时快速更改另一个剪辑，但是当一个剪辑开始而另一个剪辑停止时，当然会有明显的咔哒声。

所以我猜我需要某种巧妙的缓冲来做到这一点，将一个波的结束与另一波无缝匹配？

或者只是不能使用预先生成的剪辑？如果是这样，我应该怎么做？

顺便说一句，软件合成器是如何工作的？它们是连续生成所有声音和效果，还是像 Beeper.java 一样预生成“剪辑”和循环？

谢谢！

【参考方案1】：

听起来你想用 Java 实现一个numerically controlled oscillator (NCO)，用相位累加器实现。

基本上，您需要计算出所需频率的增量相位，然后继续将其以 2pi 为模数添加到累加器中。将累加器的值作为sin()的值，生成样本值。

当您想要更改频率时，您需要更新 delta-phase。这确保了样本的连续性（波中没有突然中断）。我怀疑这是导致您点击的原因。如果你想要更好的改变，那么你需要在一堆样本上逐渐改变 delta-phase。

【讨论】：

谢谢，我想我明白你在说什么，但这一切真的有点超出我的想象。这是我应该使用剪辑做的事情，还是我应该不断地产生音调并立即播放？

我认为如果你不想有不连续性，剪辑可能会很棘手。任意频率不会有恰好对应于一个波周期的“好”数量的样本。

是的，我是这么认为的......你不能给我指出一些使用标准 api 的基本 Java 代码，这些代码可以说明正弦波的“实时”生成和回放，可以吗？！ :)

好吧，我找到了一些 java 示例，并尝试使用代码，但我意识到我只是不了解我正在尝试做的事情的基础知识！如果您知道有关此主题的任何基本教程（即不适用于数学专业），那将非常有帮助！