Python音乐合成器中振荡器

2022-08-28 22:24:13

略述
数字声音
首先，音符是数字声音将产生的声音。简而言之，数字声音只是从计算机以一定速度传送给扬声器的数字序列。

关于CD音频，每秒会通过一些电路（DAC）将44100个数字（每个值都在-32,768到32,767之间）馈送到扬声器，这意味着CD音频采样率为44,100Hz，位深度为16位（有符号整数）。

因此，要生成声音，我们要做的就是创建一个有意义的整数流，并将该流指向扬声器或文件。这种指向的细微差别可以由库来处理。

延迟迭代
延迟迭代就像普通迭代一样，但是仅在需要时才评估值，例如，仅在按下键时才需要播放音符，因此可以在按下键时评估音符的值，而不是在此之前。

对于序列的延迟迭代，我们可以使用两种不同的Python功能：

生成器
迭代器

所有生成器都是迭代器，而对象只有在其类定义中实现了__next__和__iter__函数时，它才是迭代器。可以使用生成器表达式来实现生成器，例如：

看起来像列表推导式，但带有常规方括号或生成器函数，例如：

这是一个具有yield而不是return的函数，这就是使其成为生成器的原因。一旦有了生成器或迭代器，就可以通过调用其上的下一个函数从其获取值，如下所示：

使用生成器和迭代器，我们可以生成无限的整数流，这些整数流可以馈送到扬声器或文件之类的某些输出，如果没有这些功能，则内存需求将非常高。

合成器
合成器是一种可以从头开始产生（合成）自己声音的东西。合成器是一种电子仪器，可以是模拟的或数字的。

合成器可以具有不同种类的控制器，例如压敏垫或键盘，这些控制器将控制信号发送到合成器，然后合成器将声音合成，然后将声音发送到扬声器进行播放。

为了简化合成器，可以理解为它由产生声音的组件（例如振荡器）和对声音进行塑形的组件（例如包络线和LFO（低频振荡器））组成，甚至可能还包括为声音添加效果的组件（例如颤音，或颤音）。

振荡器
振荡器可能是合成器最重要的组成部分，它是生成一系列在一定间隔后重复的数字序列的组件。最简单的振荡器是产生正弦波的振荡器。

正弦波以2π的时间周期重复，因此，如果我们必须以512 Hz的采样率生成1 Hz的信号，则必须在0到2π之间的数字线上创建512个分度，并且在每个分度处应用数学正弦函数，它为我们提供了该分频的正弦波输出样本。

由于我们不想一次生成所有样本，因此我们可以在需要下一个样本时，将输入到sin的步长增加一个步长，因此可以通过以下方式计算步长：

使用math和itertools库，我们现在可以使用上述公式创建一个正弦波发生器。

上面的函数返回一个生成器，因此要评估生成器的前512个样本，我们可以使用以下代码

在上面的代码段中，我正在使用Python列表推到式来获取以512 Hz采样的1 Hz正弦波的前512个采样。

这是它的外观：

注意：对于所有其他曲线图和波形生成，我将使用44,100 Hz的采样率。

振荡器参数
在振荡器中，有几个参数是可以控制的，最明显的是振荡器的频率，改变它会给我们带来不同的提示。例如：当调至音乐会音高时，即当A4的频率为440 Hz时，中音C或C4的频率为261.625565 Hz。

除了频率以外，我们还可以控制振幅，这样可以给我们带来诸如颤音的效果，或者仅仅是普通的旧音量控制。我们可以通过将振荡器的输出值乘以0到1之间的数字来控制它。

另一个不太明显的相位是相位，它可以给我们带来诸如移相器的效果。这可以通过在正弦函数输入中添加一个介于0到360之间的值的相位角来实现。

上面的所有三个图都是通过使用此函数获得的：

我们的振荡器正好适合4条线，但是如果我们可以即时调整这三个参数，那就更好了，即，无需在每次调整时都创建新的发生器，这将使我们能够将振荡器与其他振荡器获得各种有趣的声音，这涵盖了合成器中发生的很多事情。

码农公寓