03 6月 2020

音频开发实战（二）第一个乐器正弦合成器 (附源码)

输出波形

1.波形信号在计算机中是一串用数值表示的点。

2.信号是在 processBlock 回调方法中被获取、处理与返回。

—信号输入到插件—> | processBlock | —信号从插件输出—>

具体要怎么做呢？

WHERE: 根据以上的信息，首先确定声音是在processBlock回调方法中产生的。

HOW: 之前的课程我已经讲过，在 processBlock 中，通过 getWritePointer 接口可以获取到写入数组的指针，然后用这个指针对得到的写入数组的内容直接赋值，就可以实现输出信号的功能。（详见《音频开发技术（三）》）

WHAT: 正弦波信号即正弦波形状的点集，我们只需要向数组写入时域上是正弦波形状的点集就可以了。

正弦波形状的点集

示例：输出 1000 Hz 的正弦波

分析：

1.确定用正弦函数 y = sin(x) 绘制正弦波的形状。

2.1000Hz 即每秒振动1000次。设采样频率为N，则1秒内有有N个采样点，即每个过一个点，就完成（1000/N）次振动。

3.sin(x) 中 2Pi 个单位为一次振动。

结合以上三点，得出 每经过一个采样点就相当于在sin(x) 的横轴上移动了 2Pi * (1000/N) 个单位。

Sin(x) 的周期为 2Pi

好了，现在我们可以编写代码了，首先要知道当前的采样率是多少。JUCE 中用 getSampleRate() 接口获取当前采样频率。

在JUCE中获取采样频率的接口

编写代码

新建名为 MyOsc 的工程，在IDE中打开，点开 PluginProcessor.h 文件，定义要用到的double字段

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...
private:
//==============================================================================
double currentAngle = 0.0, volume = 0.1, frequency = -1;; // 定义需要的字段 <-
JUCE_DECLARE_NON_COPYABLE_WITH_LEAK_DETECTOR (MyOscAudioProcessor)
...

然后来到 PluginProcessor.cpp 文件中，编写 processBlock 回调

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void MyOscAudioProcessor::processBlock (AudioBuffer<float>& buffer, MidiBuffer& midiMessages)
{
ScopedNoDenormals noDenormals;
auto samepleRate = getSampleRate();

auto* channelData = buffer.getWritePointer (0);
auto* channelDataR = buffer.getWritePointer(1);

for (auto sample = 0; sample < buffer.getNumSamples(); ++sample)
{
auto sample_pos = (float)std::sin(currentAngle);
currentAngle += 2 * MathConstants<double>::pi * 1000 / samepleRate;

channelData[sample] = sample_pos * volume;
channelDataR[sample] = sample_pos * volume;

}
}

以上代码实现了分析中内容。

验证

导出 -> 宿主中加载-> 成功听到了一个 1kHz 的纯音。

播放MIDI按键对应音符的频率

好了，现在我们已经完成了从频率到波形的输出，接下来实现音符到频率的转换。

获取Midi信号

processBlock回调的第二个参数，MidiBuffer中包含多个MidiMessage，而每个MidiMessage对象都相当于一个MIDI事件，每个MidiMessage都有它的事件类型（按键按下、抬起、哪一个键，力度多少等）

这里我们先用迭代器获取到MidiMessage对象，然后再通过MidiMessage对象的 getNoteNumber 接口访问到它的 NoteNumber（哪个键）。
然后又通过 MidiMessage::getMidiNoteInHertz() 接口把MIDI音符转化成频率，有了频率就可以用我们之前的代码发声了。

MidiMessage 对象的 isNoteOn() 意味着当前事件是按下按键触发的，isNoteOff() 则是代表是松开按键触发的。这里按键松开时 frequency 被赋值成 -1 以停止播放。

修改后的代码如下

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void MyOscAudioProcessor::processBlock(AudioBuffer<float>& buffer, MidiBuffer& midiMessages)
{
ScopedNoDenormals noDenormals;

int pos;

MidiMessage midi_event;

for (MidiBuffer::Iterator i(midiMessages); i.getNextEvent(midi_event, pos);)
{
if (midi_event.isNoteOn())
{
frequency = MidiMessage::getMidiNoteInHertz(midi_event.getNoteNumber());
}
else if (midi_event.isNoteOff())
{
frequency = -1;
}
}

if (frequency > 0)
{
auto totalNumInputChannels = getTotalNumInputChannels();
auto totalNumOutputChannels = getTotalNumOutputChannels();

auto* channelData = buffer.getWritePointer(0);
auto* channelDataR = buffer.getWritePointer(1);

auto samepleRate = getSampleRate();

for (auto sample = 0; sample < buffer.getNumSamples(); ++sample)
{
auto sample_pos = (float)std::sin(currentAngle);
currentAngle += 2 * MathConstants<double>::pi * frequency / samepleRate;

channelData[sample] = sample_pos * volume;
channelDataR[sample] = sample_pos * volume;
}
}

}