java - 播放不同音高的正弦波

Question

我有一段(非常简单的)代码，我把它放在一起播放特定频率的正弦波并播放它 - 它没有问题:

public class Sine {

    private static final int SAMPLE_RATE = 16 * 1024;
    private static final int FREQ = 500;

    public static void main(String[] args) throws LineUnavailableException {
        final AudioFormat af = new AudioFormat(SAMPLE_RATE, 8, 1, true, true);
        try(SourceDataLine line = AudioSystem.getSourceDataLine(af)) {
            line.open(af, SAMPLE_RATE);
            line.start();
            play(line);
            line.drain();
        }
    }

    private static void play(SourceDataLine line) {
        byte[] arr = getData();
        line.write(arr, 0, arr.length);
    }

    private static byte[] getData() {
        final int LENGTH = SAMPLE_RATE * 100;
        final byte[] arr = new byte[LENGTH];
        for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
            double angle = (2.0 * Math.PI * i) / (SAMPLE_RATE/FREQ);
            arr[i] = (byte) (Math.sin(angle) * 127);
        }
        return arr;
    }
}

我还可以修改 getData() 方法以返回一个字节数组，该数组在播放时产生音高的逐渐变化，这没有问题。

但是，我正在努力寻找一种方法来连续播放正弦波，我可以平滑地更新“实时”的频率和幅度 - 即在上面的示例中让 FREQ 被另一个线程更改并实时更新声音。我试过创建字节数组，然后根据所需的值在单独的线程中填充它，但似乎什么也没有得到或失真。我也试过分块写入 SourceDataLine，但这提供了离散频率的“ block ”，而不是我所追求的平滑过渡。除了我已经尝试过的内容外，四处搜索似乎并没有提供太多其他内容。

它用于模拟 theramin，因此理想情况下需要尽可能流畅的低延迟。

我可以提前完成，没问题 - 但现场证明很棘手。有没有人可以分享任何想法或示例？

Answer 1

我写了一个Java theremin，可以在这个网址播放:

http://www.hexara.com/VSL/JTheremin.htm

在该站点上，有两个指向 Java 游戏论坛的链接，其中对所涉及的各种问题进行了一些讨论。

我使用波表而不是 sin 函数来生成 PCM 数据，但是可以以类似的方式设置更改馈入 sin 函数的变量的方法。

最简单的做法是在基类中设置一个 volatile float 或 double ，在创建声音字节的最内层 while 循环中查询该基类。您的 GUI 可以更新此变量，而 while 循环可以基于此进行音高计算。

每次缓冲区加载时查询一次 pitch 变量并不令人满意，因此下一个合乎逻辑的步骤是让你的 while 循环在你处理的每一帧中检查这个变量!是的，这意味着每秒引用音调变量 44100 次，如果那是你的帧速率的话。

但即便如此，问题仍然存在，即响应受到 JVM 时间片线程方式的限制。当声音线程不主动循环时，它也不会读取已放入“pitch”变量中的新值!回想一下，虽然声音线程能够保持帧速率恒定，但它不是“实时”地这样做，而是在突发 Activity 中这样做。因此，GUI可能会在声音处理线程 hibernate 期间多次覆盖音高值，从而导致音高不连续。

为了解决这个问题，我制作了一个 FIFO，用于存储所有 GUI 生成的音高变化事件并为其添加时间戳。在最里面的声音处理循环中，根据每个样本引用这个 FIFO(而不是前面提到的 volatile double)来确定要使用的音高值。由于来自 GUI 的音高值将是离散值并且会在不同时间出现，因此您需要一种内插音高值的方法来填补空白。我使用时间戳和值来计算每帧插值，从而在每个样本的最内层循环中更新音高变量。

我认为我编写的解决方案仍然存在很多问题，我期待着重新审视它!