在 Java 中生成噪声颜色
Posted
技术标签:
【中文标题】在 Java 中生成噪声颜色【英文标题】：Generating colors of noise in Java 【发布时间】：2015-01-13 19:30:52 【问题描述】：我想使用 Java 创建一个彩色噪声生成器，它将能够生成本文中定义的所有颜色：http://en.wikipedia.org/wiki/Colors_of_noise
-
从最简单的白噪声开始，我将如何生成噪声以使其可以无限期播放？
从那里，我将如何修改我的生成器以生成任何颜色？
我对如何产生噪音本身感到困惑，也对如何通过扬声器输出噪音感到困惑。
任何链接或提示将不胜感激！
我也看过另一个问题：Java generating sound
但我不完全理解其中一个 cmets 中给出的代码中发生了什么。它也没有告诉我该代码会产生什么噪音，所以我不知道如何修改它以使其产生白噪音。
【问题讨论】：
您链接的问题涉及生成“哔”并播放它们。 “哔声”只是您的普通周期波，其频率与您播放的波的频率成正比（在该示例中为正弦波）。 【参考方案1】：我不是音频工程师，所以我不能保证下面的所有代码都有意义，从声学角度来看是准确的还是有效的，只能说它在我的耳朵里听起来是合理的。我只是将其他人的代码按面值、可能的缺陷和所有内容粘合在一起，所以假设这还没有准备好生产。欢迎提供反馈和修复！
对于白噪声，这是该线程其他地方this answer 中代码的简化版本，它消除了不必要的 GUI 内容：
import java.nio.ByteBuffer;
import java.util.Random;
import javax.sound.sampled.AudioFormat;
import javax.sound.sampled.Audiosystem;
import javax.sound.sampled.DataLine;
import javax.sound.sampled.LineUnavailableException;
import javax.sound.sampled.SourceDataLine;
public class WhiteNoise
public static void main(String[] args)
final int SAMPLE_RATE = 44100;
final int BITS = 16;
final int CHANNELS = 1;
final int SAMPLE_SIZE = 2;
final int PACKET_SIZE = 5000;
AudioFormat format = new AudioFormat(
SAMPLE_RATE,
BITS,
CHANNELS,
true, // signed
true // big endian
);
DataLine.Info info = new DataLine.Info(
SourceDataLine.class,
format,
PACKET_SIZE * 2
);
SourceDataLine line;
try
line = (SourceDataLine)AudioSystem.getLine(info);
line.open(format);
catch (LineUnavailableException e)
e.printStackTrace();
return;
line.start();
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
//line.drain(); // seems to hang my Windows machine
line.close();
));
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(PACKET_SIZE);
Random random = new Random();
for (;;)
buffer.clear();
for (int i = 0; i < PACKET_SIZE / SAMPLE_SIZE; i++)
buffer.putShort((short)(random.nextGaussian() * Short.MAX_VALUE));
line.write(buffer.array(), 0, buffer.position());
现在，我们可以使用多种技术来改变噪声的颜色，例如将 javascript 代码从 How to Generate Noise with the Web Audio API 调整为 Java。上面所有的样板代码都是一样的；这只是更改了 for (;;) ... 块周围的代码。
粉色：
// ...
double b0 = 0.0;
double b1 = 0.0;
double b2 = 0.0;
double b3 = 0.0;
double b4 = 0.0;
double b5 = 0.0;
double b6 = 0.0;
for (;;)
buffer.clear();
for (int i = 0; i < PACKET_SIZE / SAMPLE_SIZE; i++)
double white = random.nextGaussian();
b0 = 0.99886 * b0 + white * 0.0555179;
b1 = 0.99332 * b1 + white * 0.0750759;
b2 = 0.96900 * b2 + white * 0.1538520;
b3 = 0.86650 * b3 + white * 0.3104856;
b4 = 0.55000 * b4 + white * 0.5329522;
b5 = -0.7616 * b5 - white * 0.0168980;
double output = b0 + b1 + b2 + b3 + b4 + b5 + b6 + white * 0.5362;
output *= 0.05; // (roughly) compensate for gain
b6 = white * 0.115926;
buffer.putShort((short)(output * Short.MAX_VALUE));
line.write(buffer.array(), 0, buffer.position());
// ...
布朗式：
// ...
double lastOut = 0.0;
for (;;)
buffer.clear();
for (int i = 0; i < PACKET_SIZE / SAMPLE_SIZE; i++)
double white = random.nextGaussian();
double output = (lastOut + (0.02 * white)) / 1.02;
lastOut = output;
output *= 1.5; // (roughly) compensate for gain
buffer.putShort((short)(output * Short.MAX_VALUE));
line.write(buffer.array(), 0, buffer.position());
// ...
在线程的其他地方，Mars 分享了@987654323@，所以我不妨把它放在答案中，作为后代的替代方法。他们提供的众多建议之一是将random.nextGaussian() 替换为random.nextDouble() - 0.5 以提高性能。
以随机性和“声学正确性”为代价的另一种可能的优化是预先生成一堆随机缓冲区，然后从它们中随机选择或循环通过它们。对于许多用例来说，这听起来可能足够准确。
最后，while 循环在上述示例中所做的工作可能比它需要做的要多。 Generating an Audio Sine Wave with Java 显示了使用 Thread.sleep 根据行缓冲区可用性进行节流的代码。天真地在循环中添加 Thread.sleep(20) 会大大降低进程的 CPU 使用率，而不会出现任何明显的音频丢失，但我暂时将其从主代码中删除。
【讨论】：
【参考方案2】：这是一个在纯 Java 中生成白噪声的程序。可以轻松更改以生成其他颜色的噪点。
import javax.sound.sampled.*;
import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.WindowAdapter;
import java.awt.event.WindowEvent;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.util.Random;
public class WhiteNoise extends JFrame
private GeneratorThread generatorThread;
public static void main(String[] args)
EventQueue.invokeLater(new Runnable()
public void run()
try
WhiteNoise frame = new WhiteNoise();
frame.setVisible(true);
catch (Exception e)
e.printStackTrace();
);
public WhiteNoise()
addWindowListener(new WindowAdapter()
@Override
public void windowClosing(WindowEvent e)
generatorThread.exit();
System.exit(0);
);
setTitle("White Noise Generator");
setResizable(false);
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
setBounds(100, 100, 200, 50);
setLocationRelativeTo(null);
getContentPane().setLayout(new BorderLayout(0, 0));
generatorThread = new GeneratorThread();
generatorThread.start();
class GeneratorThread extends Thread
final static public int SAMPLE_SIZE = 2;
final static public int PACKET_SIZE = 5000;
SourceDataLine line;
public boolean exitExecution = false;
public void run()
try
AudioFormat format = new AudioFormat(44100, 16, 1, true, true);
DataLine.Info info = new DataLine.Info(SourceDataLine.class, format, PACKET_SIZE * 2);
if (!AudioSystem.isLineSupported(info))
throw new LineUnavailableException();
line = (SourceDataLine)AudioSystem.getLine(info);
line.open(format);
line.start();
catch (LineUnavailableException e)
e.printStackTrace();
System.exit(-1);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(PACKET_SIZE);
Random random = new Random();
while (exitExecution == false)
buffer.clear();
for (int i=0; i < PACKET_SIZE /SAMPLE_SIZE; i++)
buffer.putShort((short) (random.nextGaussian() * Short.MAX_VALUE));
line.write(buffer.array(), 0, buffer.position());
line.drain();
line.close();
public void exit()
exitExecution =true;
【讨论】：
您能否提供一些 cmets 来解释您的代码的作用，例如，为什么数据包大小为 5000 以及为什么将其乘以 2？我相信“授人以渔”的理念，这感觉就像“授人以渔”。 这是另一条鱼，但看起来链接和 Javadoc 中有一些钓鱼课程：sampo.kapsi.fi/PinkNoise【参考方案3】：我实际上目前正在开展一个项目，用于获取白噪声并对其进行采样以产生随机数。你需要的是相反的！
声音是压力与时间的关系。基本上从 0 压力开始，然后添加从 -（最大幅度）到（最大幅度）的随机压力量。白噪声的幅度是随机且正态分布的，因此您可以使用Random.nextGaussian() 生成随机 z 分数。将 z 分数乘以标准偏差（您可能需要进行一些测试才能找到您喜欢的幅度的标准偏差），然后让它成为音频文件中每个样本的幅度。
至于生成声音文件本身，如果您还没有，您应该查看Java Sound API。它具有许多用于创建声音文件和播放的好方法。
您问题的下一部分，非白噪声，恐怕我不确定波形是什么样的。它可能遵循类似的生成随机 z 分数并将它们乘以某个幅度标准偏差（或更可能乘以某个随时间变化的幅度函数）。
【讨论】：
产生其他有色噪声的常用方法是过滤白噪声。例如，粉红噪声可以通过对白噪声应用 3dB/octave 低通滤波器来产生，棕色噪声是 6dB/octave 低通，蓝色是 3dB/octave 高通，紫色是 6dB/octave 高通，最后灰色噪声使用倒 A -加权过滤器。以上是关于在 Java 中生成噪声颜色的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章