音乐合成
C语言编程中的音频处理与音乐合成
C语言编程中的音频处理与音乐合成音频处理与音乐合成在C语言编程中是一个非常有趣和有挑战性的领域。
通过使用适当的库和技术，我们可以实现各种音频特效、音频处理和音乐合成的功能。
本文将介绍C语言中常用的音频处理技术和实现音乐合成的方法。
一、音频处理技术1. 数组表示音频数据在C语言中，我们可以使用数组来表示音频数据。
通过读取音频文件，可以将音频数据存储在数组中进行进一步处理。
2. 音频采样率音频采样率是指每秒钟采样的样本数。
在C语言中，我们可以通过修改采样率来改变音频的播放速度或者进行重采样。
3. 音量调节音量调节是音频处理中最基本的功能之一。
通过调整音频数据中的振幅大小，我们可以实现音频的增大或减小音量的效果。
4. 音频剪辑音频剪辑是将音频数据中的某个时间段提取出来，实现音频的截取功能。
5. 音频混合音频混合是将多个音频数据合并在一起，实现音频的混音效果。
二、音乐合成方法1. 播放MIDI音乐在C语言中，我们可以使用MIDI（乐器数字接口）文件来合成音乐。
通过解析MIDI文件，我们可以获取音乐的音符和乐器信息，并使用相应的库来进行音乐合成和播放。
2. 使用合成器库合成器库是一种专门用于音乐合成的工具。
通过调用合成器库提供的函数，我们可以生成各种音乐乐曲、和弦和节拍等。
3. 使用数字信号处理（DSP）算法数字信号处理算法是一种用于合成音乐的强大工具。
通过使用C 语言中的DSP算法库，我们可以实现音乐的合成、合奏和音效处理。
4. 音乐特效处理音乐特效处理是指对音乐进行各种音频效果的处理，例如回声、混响、均衡器等。
三、常用的音频处理库1. OpenAL：OpenAL是一种用于跨平台音频处理和音效合成的开源库。
它提供了一系列函数和工具，可以方便地进行音频文件的读取、播放和处理。
2. PortAudio：PortAudio是一种跨平台音频I/O库，它可以方便地进行实时音频数据的输入和输出，适用于音频处理和音乐合成应用。
音乐合成软件的实用技巧与应用场景
音乐合成软件的实用技巧与应用场景第一章：音乐合成软件简介与基本功能音乐合成软件是一种能够通过数字技术模拟或合成现实乐器声音的工具。
它能够实现对各种乐器的声音进行修改、混合以及合成出新的音乐作品。
在进行软件操作之前，首先需要了解软件的基本功能：1.1 音频录制与导入音乐合成软件通常具备音频录制功能，用户可以借助麦克风录制现场演奏或人声。
同时，软件也支持导入各种音频文件，如WAV、MP3等。
1.2 MIDI键盘控制与虚拟乐器利用MIDI键盘控制器，用户可以通过软件模拟各种现实乐器的演奏。
软件内置了多种虚拟乐器，用户可以根据需要选择不同的乐器声音。
1.3 音频编辑与效果处理音频编辑是音乐合成软件的核心功能之一，用户可以对录制或导入的音频进行剪辑、混音、调整音量等操作。
软件还提供各种效果处理插件，如均衡器、压缩器、混响等，用于调整音频效果。
第二章：音乐合成软件的实用技巧2.1 使用预设效果音乐合成软件通常提供了大量的预设效果，用户可以直接使用这些效果而不需要自行调节参数。
例如，如果需要为人声增加混响效果，可以选择合适的混响预设音频效果。
2.2 学习音频编辑技巧精细调整音频需要掌握一些基本的音频编辑技巧。
例如，通过剪辑和调整音量，可以删除噪音或突出音频中的重点部分。
此外，了解音频信号处理的基础知识也十分重要。
2.3 利用MIDI功能音乐合成软件的MIDI功能可以将键盘演奏的动作转换成对应音符的录制或编辑。
通过学习MIDI编辑技巧，可以快速录制、编辑和调整音符，以及改变乐器声音。
2.4 音频效果链建议在进行音频效果处理时，将不同的效果插件按照一定顺序进行串联，形成音频效果链。
这样可以更好地控制音频处理的结果，且保证最佳音质。
第三章：音乐合成软件的应用场景3.1 原创音乐制作音乐合成软件是音乐制作的重要工具。
作曲家和音乐制作人可以利用软件合成、编辑并混合各种音频，创作出原创的音乐作品。
3.2 声音设计和音效制作不仅仅是音乐制作，音乐合成软件还广泛应用于声音设计和音效制作。
音乐合成实验报告
实验一音乐合成背景知识：乐音的基本特征可以用基波频率、谐波频率和包络波形三个方面来描述，我们用大写英文字母CDEFGAB表示每个音的“音名”（或称为“音调”），当指定某一音名时，它对应固定的基波信号频率。
图1表示钢琴的键盘结构，并注明了每个琴键对应的音名和基波频率值。
这些频率值是按“十二平均律”计算导出，下面解释计算规则：图1 钢琴键盘和相应频率从图1可以看到，靠下边的A键称为小字组A，它的频率值f A0 = 220Hz，而靠上面的另一个A键是小字一组A，它的频率值是f A1 = 440Hz。
两者为二倍频率关系，即f A1相当于f A0的二次谐波。
也称为8度音或倍频程Octave(即我们画频响特性图时所用的术语“倍频程”)。
从小字组A到小字一组A共有12个键，其中7个白色键，5个黑色键，其频率计算规律为相邻音倍乘系数K = 21/12 = 1.05946309，由此可求出图中各琴键对应之频率值。
从图1可以看出7个白建之间插入了5个黑键。
在EF之间和BC之间没有黑键，也即这两组相邻的白键之间的基波频率倍乘系数为21/12,也称为相隔半音，而在其他白键之间都有黑键相隔，因而他们的频率倍乘系数为22/12，也称为相隔全音(如CD、DE、FG……)。
若以白键英文字母为基准，则升高半音以“#”符号表示，降低半音则以“b”符号表示。
于是，可以依次写出12个音名从低到高的字母表示为：C,b D,D,b E,E,F,b G,G,b A,A,b B,B当然，若改用“#”号表示黑键，则b D改为#C，b E改为#D……下面给出“唱名”的概念。
所谓唱名是指平时读乐谱唱出的do，re，mi……每个唱名并未固定基波频率。
当指定乐曲的音调时才能知道此时唱名对应的音名，也即确定了对应的频率值。
下面给出一个乐曲的实例，练习写出每个唱名对应的基波频率值，如图2，这是《东方红》的开头两句曲谱，用简谱写出。
曲调定为F，于是可查出第一个音5对应C，频率值为523.25Hz，其他音之频率可依次写出。
音乐合成大作业实验报告
音乐合成大作业实验报告无84 王梦娣2008011134实验报告部分一、简单的音乐合成1．请根据《东方红》片断的简谱和“十二平均律”计算出该片断中各个乐音的频率，在MATLAB 中生成幅度为1 、抽样频率为8kHz 的正弦信号表示这些乐音。
请用sound 函数播放每个乐音，听一听音调是否正确。
最后用这一系列乐音信号拼出《东方红》片断，注意控制每个乐音持续的时间要符合节拍，用sound 播放你合成的音乐，听起来感觉如何？问题解答：《东方红》片段：其中所用音符的唱名、音名及对应频率（由十二平均律和相应键数间隔即可导出）如下：（单位是Hz）用sound播放单音，音调正确。
以一拍0.5秒计，播出合成音乐。
发现音乐听起来，总体上音调、节拍正确，但乐音无声音强弱变化，两音之间有明显的“啪”的杂声。
2．你一定注意到(1) 的乐曲中相邻乐音之间有“啪”的杂声，这是由于相位不连续产生了高频分量。
这种噪声严重影响合成音乐的质量，丧失真实感。
为了消除它，我们可以用图1.5 所示包络修正每个乐音，以保证在乐音的邻接处信号幅度为零。
此外建议用指数衰减的包络来表示。
问题解答：这个问题，实际上我并没有完全理解题意，没有明白是需要乐音之间有重叠，还是没有重叠，所以，我把两种方法都做了一遍，结果发现，用耳朵完全听不出区别。
对于无重叠的包络：我对包络所做的处理是，对于上图折线部分用指数实现，因为题目中有说当主观感受为线性变化时声音的概率实际上呈指数变化。
做出的结果的图像如下：包络0.511.522.533.54加包络后的音乐有重叠的包络：（处理后的音）从图像上可明显看出有重叠包络和无重叠包络的区别，但是听起来，基本听不出区别。
3． 请用最简单的方法将(2) 中的音乐分别升高和降低一个八度。
（提示：音乐播放的时间可以变化）再难一些，请用resample 函数（也可以用interp 和decimate 函数）将上述音乐升高半个音阶。
（提示：视计算复杂度，不必特别精确）问题解答：0.050.10.150.20.25未处理的一个音符加包络处理过的音符x 104-1.5-1-0.50.511.5由于题目中已有提示“音乐播放的时间可以变化”，所以很容易就想到用Sample函数实现音调的改变，用Sample函数也确实是最简单的方法。
音乐合成实验报告
实验一音乐合成背景知识：乐音的基本特征可以用基波频率、谐波频率和包络波形三个方面来描述，我们用大写英文字母CDEFGAB表示每个音的“音名”（或称为“音调”），当指定某一音名时，它对应固定的基波信号频率。
图1表示钢琴的键盘结构，并注明了每个琴键对应的音名和基波频率值。
这些频率值是按“十二平均律”计算导出，下面解释计算规则：图1 钢琴键盘和相应频率从图1可以看到，靠下边的A键称为小字组A，它的频率值f A0 = 220Hz，而靠上面的另一个A键是小字一组A，它的频率值是f A1 = 440Hz。
两者为二倍频率关系，即f A1相当于f A0的二次谐波。
也称为8度音或倍频程Octave(即我们画频响特性图时所用的术语“倍频程”)。
从小字组A到小字一组A共有12个键，其中7个白色键，5个黑色键，其频率计算规律为相邻音倍乘系数K = 21/12 = 1.05946309，由此可求出图中各琴键对应之频率值。
从图1可以看出7个白建之间插入了5个黑键。
在EF之间和BC之间没有黑键，也即这两组相邻的白键之间的基波频率倍乘系数为21/12,也称为相隔半音，而在其他白键之间都有黑键相隔，因而他们的频率倍乘系数为22/12，也称为相隔全音(如CD、DE、FG……)。
若以白键英文字母为基准，则升高半音以“#”符号表示，降低半音则以“b”符号表示。
于是，可以依次写出12个音名从低到高的字母表示为：C,b D,D,b E,E,F,b G,G,b A,A,b B,B当然，若改用“#”号表示黑键，则b D改为#C，b E改为#D……下面给出“唱名”的概念。
所谓唱名是指平时读乐谱唱出的do，re，mi……每个唱名并未固定基波频率。
当指定乐曲的音调时才能知道此时唱名对应的音名，也即确定了对应的频率值。
下面给出一个乐曲的实例，练习写出每个唱名对应的基波频率值，如图2，这是《东方红》的开头两句曲谱，用简谱写出。
曲调定为F，于是可查出第一个音5对应C，频率值为523.25Hz，其他音之频率可依次写出。
Java的音频处理实现音乐合成和音频分析
Java的音频处理实现音乐合成和音频分析音频处理是计算机科学领域的一个重要分支，它涉及到音频信号的生成、编辑、增强和分析等方面。
在Java语言中，有丰富的音频处理库和工具可以供开发者使用，使得实现音乐合成和音频分析变得更加简单和高效。
一、音乐合成音乐合成是将已有的音频样本或者虚拟乐器生成的音频信号进行组合和处理，以达到产生新的音乐作品的目的。
Java提供了多种方式来实现音乐合成，其中一种常用的方法是使用Java Sound API。
Java Sound API是Java平台中专为音频处理而设计的API，它提供了丰富的音频操作功能，包括音频播放、录制、处理和合成等。
在使用Java Sound API进行音乐合成时，可以通过加载音频样本文件，使用特定的音频合成算法，将多段音频进行混合、叠加和变化等操作。
除了Java Sound API，还有一些第三方库也可以用于音乐合成，比如TarsosDSP。
TarsosDSP是一个开源的Java音频库，提供了音频信号处理和音乐合成的功能。
使用TarsosDSP，可以通过调整音频参数，生成各种风格和类型的音乐作品。
二、音频分析音频分析是对音频信号进行详细研究和分析，以获取其中的各种信息和特征。
Java中有多种方式可用于音频分析，其中之一是使用Fast Fourier Transform (FFT)。
FFT是一种常用的数学算法，可以将时域上的音频信号转换为频域上的信号，从而得到音频信号的频率分布情况。
在Java中，可以使用一些库和工具来实现FFT算法，比如Apache Commons Math库。
除了FFT，还有其他一些分析方法可以应用于音频信号，比如小波分析、自相关分析等。
这些方法可以用于提取音频信号的时频特征、音高、音调等信息。
通过音频分析，可以实现一些应用，比如音频识别、音频特征提取和音频合成参数调整等。
这些应用对于音乐产业、语音识别和音频处理等领域都具有重要的意义。
如何使用AI技术进行音乐合成
如何使用AI技术进行音乐合成一、引言音乐合成是指通过技术手段将不同音频片段组合成一首完整的乐曲。
随着人工智能（AI）技术的发展，自动音乐合成成为可能。
利用AI技术进行音乐合成，不仅能节省时间和精力，还能创造出独特而美妙的作品。
本文将介绍如何使用AI技术进行音乐合成，并探讨其应用前景。
二、了解AI音乐合成1. AI音乐生成模型AI音乐生成模型是一种基于深度学习的算法模型，它通过学习大量的音乐数据集，从中分析和提取规律，并以此来构建新的音频片段或整首曲子。
近年来，有许多优秀的基于神经网络的模型涌现出来，例如Magenta、DeepJazz等。
2. 音频特征提取在进行AI音乐合成之前，需要对原始数据进行预处理和特征提取。
这包括分析节奏、时长、强度等各个方面的信息，并转化为计算机可以理解的数字表示。
这些特征被用作输入AI模型进行训练和生成。
三、使用步骤1. 数据收集首先需要收集大量的音乐数据作为训练集。
这些数据可以来自于各种来源，包括已有的音乐文件、网络上的公开数据集等。
对于不同风格的音乐，也要根据需求进行组织和分类。
2. 模型选择根据具体需求选择适合的AI音乐合成模型，如Magenta、DeepJazz等。
这些模型通常提供了强大的功能和易于操作的接口，使用户能够方便地进行音乐生成。
3. 模型训练将收集到的音乐数据输入训练模型进行学习和训练。
在此过程中需要设置合适的超参数以及优化算法来达到较好的效果。
同时需要注意避免过拟合问题，保证生成结果具有一定的创新性和多样性。
4. 音乐生成与融合当模型训练完成后，可以通过输入一些关键信息或者简单调整模型参数来生成新的音频片段或完整曲子。
在生成结果时，还可以将不同风格或元素的音频片段进行融合，进一步增加创造力和变化性。
四、AI技术在音乐合成中的应用前景1. 辅助创作AI技术能够帮助音乐创作者快速地生成创意或填补灵感的空白，极大地提高了创作效率。
同时，AI还可以根据输入的音频片段进行情感分析，为音乐创作提供更多可能性。
多媒体技术 音乐合成和MIDI规范
2.4 音乐合成和MIDI规范2.4.1 音乐合成自1976年应用调频(FM)音乐合成技术以来，其乐音已经很逼真。
1984年又开发出另一种更真实的音乐合成技术－－波形表(Wavetable)合成。
这两种音乐合成技术都应用于多媒体计算机的音频卡中。
乐音的三要素一个乐音必备的三要素是：音高、音色和响度。
若把一个乐音放在运动的旋律中，它还必须具备由时值。
音高音高指声波的基频。
基频越低，给人的感觉越低沉。
对于平均律(一种普遍使用的音律)来说，各音的对应频率如图所示。
知道了音高与频率的关系，我们就能够设法产生规定音高的单音了。
音色具有固定音高和相同谐波的乐音，有时给人的感觉仍有很大差异。
比如人们能够分辨具有相同音高的钢琴和小提琴声音，这正是因为他们的音色不同。
音色是由声音的频谱决定的：各阶谐波的比例不同，随时间衰减的程度不同，音色就不同。
“小号”的声音之所以具有极强的穿透力和明亮感，只因“小号”声音中高次谐波非常丰富。
各种乐器的音色是由其自身结构特点决定的。
用计算机模拟具有强烈真实感的旋律，音色的变化是非常重要的。
响度响度是对声音强度的衡量，它是听判乐音的基础。
人耳对于声音细节的分辨与响度直接有关：只有在响度适中时，人耳遍音才最灵敏。
时值它具有明显的相对性。
一个音只有在包含了比它更短的音的旋律中才会显得长。
2.4.2 MIDI规范一、MIDI的基本概念二、MIDI的基本术语三、MIDI和多媒体PC四、MIDI1.0 的技术规范一、MIDI的基本概念MIDI(Musical Instrument Digital Interface)是乐器数字接口的缩写，是使电子音乐设备能相互交流的标准，包括MIDI 硬件接口和信号传输协议。
MIDI 信号传输协议规定了MIDI信息的格式，如乐器设备上产生音的方法和数据（按哪个键按的时间长短、力度等）。
MIDI与波形文件区别数字化波形：将音乐声音波形采样、量化、编码MIDI将电子乐器键盘的弹奏过程记录下来，如按哪个键、力度多大、按键时间，这实际是乐谱的一种数字描述，这种描述称为MIDI消息（MIDI message），重播时，只要将主体中的MIDI message读出，通过音序器送到合成器，生成所需乐器声波形，放大输出即可。
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MIDI的数据结构
1 状态单元 + 2 数据单元
状态单元(Status Bytes)
x xxx xxxx Channel ID 指定选定的通道 Command/Message ID 表示MIDI Message的命令种类 Byte ID，1 = status byte
MIDI的通道概念
单个物理MIDI通道分为16个逻辑通道，每个逻辑通道可 指定一种乐器。MIDI键盘可设置在这16个通道中的任何 一个，MIDI合成器可以被设置在指定的通道上接受。
• 通道模式
– – – – – All Sound Off：关闭所有声音 Reset All Controller：所有项目重新设为初始状态 Local Control：设定音源模组发声的开关 All Note Off：停止所有在发声的音符 Omni On/Off/Poly/Mono：
• • • • Omni On：表示接收全部MIDI In Port的数据。 Omni Off：此为标准模式，只接收属于本机Channel的数据 Poly：表示可以同时发一个以上的音，可以弹和弦 Mono：仅能单音发声
• 命令含意
– Note Off：停止发音命令。后接音高、音量 – Note No：开始发音命令。后接音高、音量 – PKP Aftertouch：全名为Polyphonic Key Pressure，多音琴键触 压值。后接音高、音量。可增加弹奏的响度、亮度及顫音 – Control Change：此为控制编号，后接数据 – Program Change：切换音色，后接音色编号 – Channel Aftertouch：通道触压值。后接触压值。 – Pitch Bend：音高转轮。用于发音的音高变调，模拟滑音的 动作。
系统信息
• 系统一般信息 MIDI系统的整体性设定，每个MIDI设备都受其影响， 是与MIDI Time Code有关的MIDI命令。 • 系统实时信息 和同步功能有关的MIDI命令。 • 系统专用信息 同厂牌的MIDI设备间互相交换信息，传输音色资料， 音色资料共享
MIDI文件结构
• MIDI文件由Chunk组成
– Header Chunk及Track Chunk – 一个MIDI文件只有一个Header Chunk，用来记 录基本格式信息，其后可以接一个或数个Track Chunk用来记录音符信息及MIDI命令信息
Header Chunk
• 识别码：４bytes • 长度：４bytes - Header Chunk的长度 • 格式：２ bytes - 表示３种格式 – 格式０：单轨格式，在Header Chunk后仅接一个Track Chunk – 格式１：同步多轨格式，在Header Chunk之后可以接多个Track Chunk，并且在播放时多轨同时处理 – 格式２：非同步多轨格式，可包含多个Track Chunk，且每一个音 轨拥有自己的速度值 • 轨道数：记录MIDI文件中有多少个Track Chunk • 区隔：指定计时的方式，分为两种格式：随时间计时(属于MIDI格 式），定制的时间码（SMPTE Time Code格式）。
周期信号：主周期的重复
样本合成器的工作原理
Wavetable合成器所 需要的输入控制参数 比较少，可控的数字 音效也不多，产生的 声音质量比FM合成方 法产生的声音质量要 高。
16
Subtractive Synthesis
Modulators / Shapers
Sources
Filters
Subtractive Synthesis
Computer Music
声音合成的方法
• • • • 频率叠加法(Additive Synthesis) 频率调制 (Frequency Modulation) 样本合成 (Wavetable Synthesis) 频率滤减法 (Subtractive Synthesis)
Additive Synthesis
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状态单元定义
Command ID 000 001 010 011 100 101 110 111 Command Note Off Note On PKP Aftertouch Control Change Program Change Channel Aftertouch Pitch Wheel/Bender System
频率合成原理
F(ω)
F(ω)
ω
单频信号合成
ω
Simple Additive Synthesis
20 15 10 5 0 1 2 34 5 6 +
20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6
+
+
+
+
+
=
声音的频域复杂性
频率调制（FM）合成
调制 (Modulation)
载波
• 幅度调制 (Amplitude Modulation, AM) • 频率调制 (Frequency Modulation, FM) • 相位调制 (Phase Modulation, PM)
– 1983年3月 – 1987年5月 – 1991年7月 – 1991年7月 MIDI Time Code (MTC) SCSI Musical Data Interchange (SMDI) 标准的MIDI文件 MIDI Show Control (MSC)
演奏音符
合成器
乐器音色库
2010-SPRING
Track Chunk
• 识别码：４bytes • 长度：４bytes - Track Chunk的长度。 • 轨道事件：相关音符的信息，包括Delta Time和Event。 – Delta Time：下一个Event与前一个Event的时间间隔，并没 有固定长度，其单位为tick。 – Event：可分为Meta Event、MIDI Event及SysEx Event。 • Meta Event：非MIDI数据的重要信息。 • MIDI Event：为任何一个MIDI信息码。 • SysEx Event：此为MIDI System Exclusive信息。
LIST
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MIDI vs. Digital Audio
MIDI Digital Audio
Stores instructions Very efficient (1 kbps) quality depends on the MIDI device Only synthesised instruments can be used
Stores sampled audio Less efficient (100 kbps) quality is always the same Any sounds can be recorded
MIDI
• MIDI系统为实时系统 • MIDI的时间单位为tick （次/拍）
例： 100 拍/分 tick = 120 /拍 ttick = 0.005秒
幅度调制 (AM)
A(t) A(t)
频率调制 (FM)
ω(t)
FM声音合成器的工作原理
由以下五部分组成： • 数字载波器 • 调制器 • 声音包络发生器 • 数字运算器 • 模数转换器 从理论上讲，FM合成方法可以产生任何乐音，但是，这 种“物理课式”的合成方法合成出来的声音不够真实。
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波表 (Wavetables)
• 锯齿波(Sawtooth):
F(ω)
ω
Subtractive Synthesis
• 滤波器
Musical Instrument Digital Interface
MIDI发展
• 第一个MIDI电子合成器是由美国的Sequential Circuits公司于1983年研发 • MIDI的发展历程：