Как создавать звуковые эффекты в Java?

Question

Я ищу код Java, который может использоваться для генерации звука во время выполнения - НЕ воспроизведение существующих звуковых файлов.

Например, что является лучшим кодом для генерации пилообразного сигнала на частоте 440 Гц в течение 2 миллисекунд? Исходный код оценен!

Я помню, что у моего Commodore 128 была простая звуковая команда, которая принимала в качестве параметров голос, частоту, форму волны и продолжительность для определения звука. Это отлично работало во многих простых случаях (быстрые и грязные игры, эксперименты со звуком и т. Д.).

Я ищу специально для звуковых эффектов, таких как звуки, а не музыку или MIDI (что неплохо дополняет библиотека JFugue).

Answer 1

Вы можете легко сгенерировать сэмплированные звуковые данные на Java и воспроизвести их без использования собственного кода. Если вы говорите, что вещи на MIDI могут оказаться сложными, но я не занимался этой областью.

Для генерации дискретизированных звуковых данных вы должны отнестись к процессу назад. Мы будем действовать как A-to-D и пробовать непрерывную звуковую функцию с течением времени. Ваша звуковая карта делает то же самое для звука через микрофон или линию.

Сначала выберите частоту дискретизации (не частоту тона, которую мы генерируем). Пойдем с 44100 Гц, так как это, скорее всего, скорость воспроизведения звуковой карты (таким образом, без преобразования частоты дискретизации, это непросто, если аппаратное обеспечение не делает).

// in hz, number of samples in one second 
sampleRate = 44100 

// this is the time BETWEEN Samples 
samplePeriod = 1.0/sampleRate 

// 2ms 
duration = 0.002; 
durationInSamples = Math.ceil(duration * sampleRate); 

time = 0; 
for(int i = 0; i < durationInSamples; i++) 
{ 
    // sample a sine wave at 440 hertz at each time tick 
    // substitute a function that generates a sawtooth as a function of time/freq 
    // rawOutput[i] = function_of_time(other_relevant_info, time); 
    rawOutput[i] = Math.sin(2 * Math.PI * 440 * time); 
    time += samplePeriod; 
} 

// now you can playback the rawOutput 
// streaming this may be trickier 

Answer 2

Что вы хотите, вероятно, не звуковой API, а какой-то синтезаторный код, я уверен, что вам потребуется более низкий уровень управления звуковыми драйверами, чем позволяла бы Java (это интерпретируемый язык, обычно работающий в «песочнице» «).

Но хорошей новостью является то, что быстрый поиск по «java sound synthesizing» на google показал плагин под названием JSyn, в котором используются собственные методы C (которые, как я предполагал, был одним из способов сделать это) для генерации звука. Он представляется бесплатным для некоммерческого использования и доступен также в коммерческих лицензиях. :)

Answer 3

Java media framework делает оба. Вы можете воспроизводить записанные звуки или использовать MIDI-интерфейс для синтеза собственных звуков и музыки. Он также предоставляет API-интерфейс микшера.

Конечно, если вы знаете детали формы сигнала, которую хотите воспроизвести, вы можете «пробовать» эту функцию через равные промежутки времени и передавать полученные образцы в API воспроизведения, как если бы это был предварительно записанный звуковой файл ,

JMF не активно поддерживается Sun, но существуют функционирующие дистрибутивы для различных платформ.

Мой первый компьютер был Commodore 64, и я помню, как Tears for Fears «Все хотят править миром», выкачивая из своего чипа SID. Я не могу сказать, является ли this pure Java SID emulator открытым исходным кодом или нет, но он может дать вам несколько указаний на реализацию более высоких уровней Attack-Decay-Sustain-Release и функций формы сигнала.

Answer 4

Вот пример, который может помочь.Это порождает грех волны:

package notegenerator; 

import java.io.IOException; 

/** 
* Tone generator and player. 
* 
* @author Cesar Vezga vcesar@yahoo.com 
*/ 
public class Main { 

public static void main(String[] args) throws IOException { 

    Player player = new Player(); 

    player.play(BeachRock.getTack1(),BeachRock.getTack2()); 

} 

} 

---

package notegenerator; 

public class BeachRock { 

// GUITAR 
static String gs1 = "T332 A4-E4 F#5-C6 E5-A5 T166 G5 A5 F#5 A5 F5 A5 E5-A5 E3 G3 G#3 "; 
static String gs2 = "A3 A3 A3 G3 E3 E3 G3 G#3 "; 
static String gs3 = "A3 A3 A3 G3 E3 A3 C4 C#4 "; 
static String gs4 = gs2 + gs2 + gs2 + gs3; 
static String gs5 = "D4 D4 D4 C4 A3 A3 C4 D#4 "; 
static String gs6 = "D4 D4 D4 C4 A3 E3 G3 G#3 "; 
static String gs7 = gs4 + gs5 + gs6 + gs2 + "A3 A3 A3 G3 E3 B3 D3 D#3 "; 
static String gs8 = "E4 E4 E4 D4 B3 B3 E4 B3 " + gs6 + gs2; 
static String gs9 = "x E3-B3 E3-B3 E3-B3 E3-B3 E3 G3 G#3 "; 
static String gs10 = gs7 + gs8 + gs9; 
static String gs11 = "A3-D4 X*7 X*16 X*5 E3 G3 G#3 "; 
static String guitar = gs1 + gs10 + gs11 + gs10 + gs11 + "A3 A3 A3"; 

// DRUMS 
static String ds1 = "D2 X D3 D3 X*2 D3 X "; 
static String ds2 = "D2 X D3 D3 X D3 D3 D3 "; 
static String ds3 = "D2 D3 D3 D3 D3 T83 D3 D3 T166 D3 "; 
static String ds4 = ds1 + ds1 + ds1 + ds2; 
static String ds5 = ds1 + ds1 + ds1 + ds3; 
static String ds6 = "D2*2 D3 D3 X*2 D3*2 "; 
static String ds7 = "D2*2 D3 D3 X D3 D3 D3 "; 
static String ds8 = ds6 + ds6 + ds6 + ds7; 

static String drums = "V25 T166 X*16 " + ds4 + ds4 + ds5 + ds8 + ds4 + ds4 
     + ds5 + ds8; 

public static String getTack1(){ 
    return guitar; 
} 

public static String getTack2(){ 
    return drums; 
} 


} 

---

package notegenerator; 

import java.util.HashMap; 

/** 
* 
* Physics of Music - Notes 
* 
* Frequencies for equal-tempered scale 
* This table created using A4 = 440 Hz 
* Speed of sound = 345 m/s = 1130 ft/s = 770 miles/hr 
* 
* ("Middle C" is C4) 
* 
* http://www.phy.mtu.edu/~suits/notefreqs.html 
* 
* @author Cesar Vezga <vcesar@yahoo.com> 
* 
*/ 
public class Notes { 


private static final Object[] notes = { 
"C0",16.35, 
"C#0/Db0",17.32, 
"D0",18.35, 
"D#0/Eb0",19.45, 
"E0",20.6, 
"F0",21.83, 
"F#0/Gb0",23.12, 
"G0",24.5, 
"G#0/Ab0",25.96, 
"A0",27.5, 
"A#0/Bb0",29.14, 
"B0",30.87, 
"C1",32.7, 
"C#1/Db1",34.65, 
"D1",36.71, 
"D#1/Eb1",38.89, 
"E1",41.2, 
"F1",43.65, 
"F#1/Gb1",46.25, 
"G1",49.00, 
"G#1/Ab1",51.91, 
"A1",55.00, 
"A#1/Bb1",58.27, 
"B1",61.74, 
"C2",65.41, 
"C#2/Db2",69.3, 
"D2",73.42, 
"D#2/Eb2",77.78, 
"E2",82.41, 
"F2",87.31, 
"F#2/Gb2",92.5, 
"G2",98.00, 
"G#2/Ab2",103.83, 
"A2",110.00, 
"A#2/Bb2",116.54, 
"B2",123.47, 
"C3",130.81, 
"C#3/Db3",138.59, 
"D3",146.83, 
"D#3/Eb3",155.56, 
"E3",164.81, 
"F3",174.61, 
"F#3/Gb3",185.00, 
"G3",196.00, 
"G#3/Ab3",207.65, 
"A3",220.00, 
"A#3/Bb3",233.08, 
"B3",246.94, 
"C4",261.63, // Middle C 
"C#4/Db4",277.18, 
"D4",293.66, 
"D#4/Eb4",311.13, 
"E4",329.63, 
"F4",349.23, 
"F#4/Gb4",369.99, 
"G4",392.00, 
"G#4/Ab4",415.3, 
"A4",440.00, 
"A#4/Bb4",466.16, 
"B4",493.88, 
"C5",523.25, 
"C#5/Db5",554.37, 
"D5",587.33, 
"D#5/Eb5",622.25, 
"E5",659.26, 
"F5",698.46, 
"F#5/Gb5",739.99, 
"G5",783.99, 
"G#5/Ab5",830.61, 
"A5",880.00, 
"A#5/Bb5",932.33, 
"B5",987.77, 
"C6",1046.5, 
"C#6/Db6",1108.73, 
"D6",1174.66, 
"D#6/Eb6",1244.51, 
"E6",1318.51, 
"F6",1396.91, 
"F#6/Gb6",1479.98, 
"G6",1567.98, 
"G#6/Ab6",1661.22, 
"A6",1760.00, 
"A#6/Bb6",1864.66, 
"B6",1975.53, 
"C7",2093.00, 
"C#7/Db7",2217.46, 
"D7",2349.32, 
"D#7/Eb7",2489.02, 
"E7",2637.02, 
"F7",2793.83, 
"F#7/Gb7",2959.96, 
"G7",3135.96, 
"G#7/Ab7",3322.44, 
"A7",3520.00, 
"A#7/Bb7",3729.31, 
"B7",3951.07, 
"C8",4186.01, 
"C#8/Db8",4434.92, 
"D8",4698.64, 
"D#8/Eb8",4978.03 

}; 

private HashMap<String,Double> noteMap; 

public Notes(){ 
    noteMap = new HashMap<String,Double>(); 
    for(int i=0; i<notes.length; i=i+2){ 
     String name = (String)notes[i]; 
     double freq = (Double)notes[i+1]; 
     String[] keys = name.split("/"); 
     for(String key : keys){ 
      noteMap.put(key, freq); 
      System.out.println(key); 
     } 
    } 
} 


public byte[] getCordData(String keys, double duration){ 
    int N = (int) (8000 * duration/1000); 
    byte[] a = new byte[N+1]; 
    String[] key = keys.split(" "); 
    int count=0; 
    for(String k : key){ 
     double freq = getFrequency(k); 
     byte[] tone = tone(freq,duration); 
      if(count==0){ 
       a = tone; 
      }else{ 
       a = addWaves(a,tone); 
      } 
     count++; 
    } 

    return a; 
} 


public byte[] addWaves(byte[] a, byte[] b){ 
    int len = Math.max(a.length, b.length); 
    byte[] c = new byte[len]; 
    for(int i=0; i<c.length; i++){ 
     byte aa = (i < a.length ? a[i] : 0); 
     byte bb = (i < b.length ? b[i] : 0); 

      c[i] = (byte) ((aa + bb)/2); 
    } 
    return c; 
} 


public double getFrequency(String key){ 
    Double f = noteMap.get(key); 
    if(f==null){ 
     System.out.println("Key not found. "+key); 
     f = 0D; 
    } 
    return f; 
} 

public byte[] tone(String key, double duration) { 
    double freq = getFrequency(key); 

    return tone(freq,duration); 
} 

public byte[] tone(double hz, double duration) { 
     int N = (int) (8000 * duration/1000); 
     byte[] a = new byte[N+1]; 
     for (int i = 0; i <= N; i++) { 
      a[i] = (byte) (Math.sin(2 * Math.PI * i * hz/8000) * 127); 
     } 
     return a; 
} 


} 

---

package notegenerator; 

import java.io.ByteArrayOutputStream; 
import java.io.FileOutputStream; 
import java.io.IOException; 

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 Player { 

private SourceDataLine line = null; 

private Notes notes = new Notes(); 

private long time = 250; 

private double volumen = 1; 

public void play(String keys) { 

    byte[] data = parse(keys); 

    start(); 

    line.write(data, 0, data.length); 

    stop(); 

} 

public void play(String... track) { 

    byte[] data2 = parseAll(track); 

    if (data2 != null) { 
     start(); 

     line.write(data2, 0, data2.length); 

     stop(); 
    } 

} 

private byte[] parseAll(String... track) { 

    byte[] data2 = null; 

    for (String t : track) { 
     byte[] data1 = parse(t); 
     if (data2 == null) { 
      data2 = data1; 
     } else { 
      data2 = notes.addWaves(data1, data2); 
     } 
    } 

    return data2; 

} 

private byte[] parse(String song) { 
    time = 250; 

    volumen = 1; 

    ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); 

    String[] key = song.split(" "); 

    byte[] data = null; 

    for (String k : key) { 
     int mult = 1; 

     if (k.indexOf("*") > -1) { 
      String keyAux = k.split("\\*")[0]; 
      mult = Integer.parseInt(k.split("\\*")[1]); 
      k = keyAux; 
     } else if (k.startsWith("T")) { 
      time = Long.parseLong(k.substring(1)); 
      continue; 
     } else if (k.startsWith("V")) { 
      volumen = Double.parseDouble(k.substring(1))/100; 

      if(volumen>1) volumen = 1; 
      if(volumen<0) volumen = 0; 

      continue; 
     } 

     if (k.indexOf("-") > -1) { 
      k = k.replaceAll("-", " ").trim(); 
      data = notes.getCordData(k, time * mult); 
     } else { 
      data = notes.tone(k, time * mult); 
     } 

     volumen(data); 

     try { 
      baos.write(data); 
     } catch (IOException e) { 
      // TODO Auto-generated catch block 
      e.printStackTrace(); 
     } 

    } 

    return baos.toByteArray(); 

} 



private void volumen(byte[] data) { 
    for(int i=0; i<data.length; i++){ 
     data[i] = (byte) (data[i] * volumen); 
    } 

} 

private void stop() { 
    line.drain(); 
    line.stop(); 

} 

private void start() { 

    AudioFormat format = new AudioFormat(8000.0F, 8, 1, true, false); 

    SourceDataLine.Info info = new DataLine.Info(SourceDataLine.class, 
      format); // format 
    // is 
    // an 
    // AudioFormat 
    // object 
    if (!AudioSystem.isLineSupported(info)) { 
     System.out.println("Format not supported"); 
     System.exit(1); 
    } 

    // Obtain and open the line. 
    try { 
     line = (SourceDataLine) AudioSystem.getLine(info); 
     line.open(format); 
    } catch (LineUnavailableException ex) { 
     ex.printStackTrace(); 
    } 

    // Assume that the TargetDataLine, line, has already 
    // been obtained and opened. 
    int numBytesRead; 

    line.start(); 

} 

public void save(String track, String fname) throws IOException { 
    byte[] data = parse(track); 

    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fname); 

    fos.write(data); 
    fos.flush(); 
    fos.close(); 

} 

}