07[机器人课堂RCX、NXT编程]第七章播放声音和音乐

本章包含的内容：　n通过音调沟通　n播放音乐　n转换ＭＩＤＩ文件　n转换ＷＡＶ文件　７．１简介　ＲＣＸ自身有一个内置扬声器及驱动它的硬件，这样可以使你的机器人能发声。

这个特点却未被充分使用！它不仅仅通过一些有趣的方式使你的机器人更具有个性化，而且提供了一个简单的通信协议，以帮助测试程序，及排除程序错误。

　这是我们为什么在本书中要用一个章节来介绍ＲＣＸ的声音和音乐的原因了，虽然这个话题与编程有关，而不是搭建。

不过，正象我们在第６章中介绍的那样，制作机器人时，这两个点很少是独立的。

对于本书第二部分将要介绍到的机器人，声音是他们与外界相联系的一个重要元素。

对其他机器人来说，声音丰富了他们的行为。

　如果你不熟悉音乐术语或声音文件格式，你可能会觉得本章的主题有一点复杂。

但是这个努力是值得的，因为这项技术为你机器人世界带来更有趣的机会。

你可以了解如何运用简单的音调，如何编写一小段曲子，以及如何将数字声音文件转换成可以嵌入程序的声音效果。

　　７．２　用音调沟通　我们在介绍中提过，ＲＣＸ有一个内置的扬声器。

其外侧特征为：在ＬＥＧＯ标志面，ＲＣＸ１．５有两个小缝隙，声音就是从那发出来的。

ＲＣＸ的声音系统是通过程序编写完成的；你无法改变扬声器的音量，这是预先确定的，但是你可以控制音乐的频率（定调）和持续时间。

ＮＱＣ语言，在我们的例子里使用，包括两个基本命令来产生声音，叫ＰｌａｙＳｏｕｎｄ和ＰｌａｙＴｏｎｅ。

通过ＰｌａｙＳｏｕｎｄ指令，可以使ＲＣＸ输出６个预先设定的声音模式中的一个，如一个简短的滴答声，两声蜂鸣或短的音符串：　PlaySound(SOUND_CLICK);　PlaySound(SOUND_DOUBLE_BEEP);　PlaySound(SOUND_UP);　PlaySound(SOUND_DOWN);　ＰｌａｙＴｏｎｅ命令可以演奏一个给定的音调（以赫兹为单位）并持续一段时间（１／１００秒）；下面这个语句可以演半秒钟２６２赫兹的音调。

　PlayTone(262,50);　ＲＣＸ能够产生任何从３１赫兹到１６，０００赫兹的频率：不过，你只能在音乐频率范围内编写音乐（见附件Ｃ）。

所有可以为ＬＥＧＯ固件编程的语言都具有这项功能。

而其他大多数语言都或多或少对需要一些复杂的方法对声音控制。

　声音可以更直接地反映出ＲＣＸ对特殊环境的变化。

ＲＣＸ有显示，但是我们并不能随时看到它，尤其是当你的机器人穿过房间运行的时候！它总是记录数据，你可以在ＰＣ上读取储存在ＲＣＸ内的一个专门存储区的数据，但是，要使用这些数据，你就必须一直坐在计算机前。

而声音，则可以在不打断任务其他工作的情况下发射，你可以听到，就算机器人远在你视野之外。

　通过简单的声音模式，你能知道完成了工作，或是哪里出了问题或电池电量不足等等。

它能知道按下按钮，或告诉你等待特殊的输入，如第６章校准程序的例子。

在１９９９年ＭＩＮＤＳＴＯＲＭＳ爱好者和专业人员聚集在麻省理工学院（ＭＩＴ），我们要设计一个了Ｔｉｃ－Ｔａｃ－Ｔｏｅ机器人—见第２０章—可以通过不同的主题音乐通知人类对手有关比赛的结果。

　７．３播放音乐　有时声音模式可以使你的作品独具特色。

音乐比简单的音调更能丰富你的机器人的个性。

一个摔跤机器人面对它的对手时，如果它演奏瓦格纳的“Ｒｉｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｖａｌｋｙｒｉｅｓ”，比演奏肖邦的钢琴奏鸣曲或什么都不演奏更具有活力，根据电影Ｓｈｏｒｔ　Ｃｉｒｃｕｉｔ里的Ｊｏｈｎｎｙ　Ｆｉｖｅ复制的机器人——见１８章——他伴着Ｓａｔｕｒｄａｙ　Ｎｉｇｈｔ　Ｆｅｖｅｒ的主题曲起舞——但是如果你关掉音乐，它就变成了只会摇动胳膊和头的机器人。

　演奏音乐需要你耐心地将每一个音节编入程序。

乐高ＲＣＸ　Ｃｏｄｅ不太适合编写稍长些的曲子，但是使用其他的文本语言，如ＮＱＣ，你就可以编写、储存长些的歌曲了。

　曲子的每个音符都有两个特征：定调和持续时间——第一个用频率表达，第二个用时间表达。

你必须在两个音调之间插入延时，以使ＣＰＵ保证音调持续时间再处理下一个音调。

　PlayTone(440,50);　Wait(50);　PlayTone(220,100);　Wait(100);　在这个例子里，ＲＣＸ演奏Ａ调（４４０赫兹）半秒钟长，等待音调结束，然后演奏其他一个低八度Ａ调（２２０赫兹）音符１秒钟。

　ＲＣＸ仅限于每次演奏一个单音符，因此我们说他是单频道设备，无法演奏和音，因为和音需要同时演奏两个或更多的音符，但是你可以调整音符时间达到不同效果。

在前面的例子里，在第二个音符发出前，一直演奏第一个音符，以产生连奏效果。

同样，要得到一个断奏效果也很容易——使用Ｗａｉｔ语句减少音符持续时间——相当于在两个音符之间加入一个没有声音的休止符：　ＰｌａｙＴｏｎｅ（４４０，１０）；　Ｗａｉｔ（５０）；　ＰｌａｙＴｏｎｅ（２２０，１００）；　Ｗａｉｔ（１００）；　编写一段悦耳的音乐程序是一件冗长的工作。

编完后，如果你发现执行得比你预想的要快或慢时，你会怎么做？不幸的，你必须返回修改所有的时间间隔。

更好的方式是采用许多文本编程环境提供的方法：定义常数。

利用常量，你就可以使间隔根据特定的连续时间来控制执行速度。

　＃ｄｅｆｉｎｅ　ＢＥＡＴ　５０　ＰｌａｙＴｏｎｅ（４４０，　ＢＥＡＴ）；　Ｗａｉｔ（ＢＥＡＴ）；　ＰｌａｙＴｏｎｅ（２２０，　２＊ＢＥＡＴ）；　Ｗａｉｔ（２＊ＢＥＡＴ）；　＃ｄｅｆｉｎｅ　ＢＥＡＴ　５０　＃ｄｅｆｉｎｅ　Ａ３　２２０　＃ｄｅｆｉｎｅ　Ａ４　４４０　ＰｌａｙＴｏｎｅ（Ａ３，　ＢＥＡＴ）；　Ｗａｉｔ（ＢＥＡＴ）；　PlayTone(A4, 2*BEAT);　Wait(2*BEAT);　你也可以为所有的音调编写常量表，以便在不同程序里重复使用：　＃ｄｅｆｉｎｅ　Ｃ１　３３　＃ｄｅｆｉｎｅ　Ｃｓ１　３５　＃ｄｅｆｉｎｅ　Ｄ１　３７　＃ｄｅｆｉｎｅ　Ｄｓ１　３９　／／．．．　＃ｄｅｆｉｎｅ　Ｃ４　２６２　＃ｄｅｆｉｎｅ　Ｃｓ４　２７７　／／．．．　＃ｄｅｆｉｎｅ　Ｂ８　７９０２　７．４转ＭＩＤＩ文件　例如，我们将Ｄ＃定为Ｄｓ（Ｄ大调），因为大多数语言不允许在常量和变量中使用象＃这样的特殊符号。

不要担心这个表会太长，因为编译器会负责处理常量，不改变你的实际的程序的长度或它所占用的存储空间。

　为你的机器人编写音乐，这是一个证明多任务功能非常有用的典型案例。

你需要在一个单独任务中处理歌曲，然后根据环境需要在主任务执行的某个时候过程开始或结束它。

　使用常量，程序会变的更清晰，但是你却无法节约编写乐曲的时间。

你只能一个一个地写入音调。

不过，一些工具能够帮你全部或部分完成这一工作。

例如，Ｂｒｉｃｘ　Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｃｅｎｔｅｒ（ＲＣＣ）可以让你在ＰＣ屏幕通过一个虚拟的钢琴键盘键入音调，并自动生成相应的ＮＱＣ程序。

还有一个彻底的解决方案，即标准音乐文件转换功能。

　乐器数字接口Ｍｕｓｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　（ＭＩＤＩ）是一个复杂的标准：包括在设备和计算机之间的通讯协议，硬件连接和存储格式。

ＭＩＤＩ文件是根据这标准定义的格式被储存在文件中的歌曲。

　ＭＩＤＩ文件在专家、业余爱好者与乐器制造厂商中都取得了令人难以置信的成功，是音乐家交流声音的首选方法。

因此，你可以很容易地找到以ＭＩＤＩ文件格式存储的所有现有歌曲。

　那么，什么是ＭＩＤＩ文件呢？它只是一演奏的音调串，其持续时间、强度、以及表明所使用乐器的程序。

因此ＭＩＤＩ文件不是声音文件。

也不包括象ＣＤ、ＷＡＶ　文件、ＭＰ３文件或其他普通的声音格式那样的数字音乐文件。

但是，它包括一些指南，使演奏者（人或者机器）可以复制这这段程序代表的动作与我们的第一个例子相似，但是你将知道通过定义一个常数，程序将更清楚更容易管理，仅简单地改变ＢＥＡＴ的值使之改变整个速度。

进一步，我们可以将音调频率定义为常数，从而让程序更具有易读性：　首歌曲、或乐谱，并可以让音乐家来演奏。

并且，就象真正的乐谱一样，结果很大程度上依赖于由谁来演奏。

对于ＭＩＤＩ文件，意味着其输出取决于演奏音乐的仪器。

使用专业的ＭＩＤＩ音响可以得到很强烈的效果，而使用低档的ＰＣ声卡可能会使效果很差。

音乐家们之所以对ＭＩＤＩ文件这么感兴趣，是因为作为标准音调，易于读取和编辑（使用特殊程序）。

　因此，关键问题是：用什么方法能够将ＭＩＤＩ文件传递给ＲＣＸ？虽然你不能直接输入给ＲＣＸ，有一个非常好的方法，ＭＩＤＩ２ＲＣＸ，可以将任何ＭＩＤＩ文件转换成正确的程序。

是Ｇｕｉｄｏ　Ｔｒｕｆｆｅｌｌｉ开发的，免费提供。

目前它只能运行在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统，可生成ＮＱＣ　或ｌｅｇＯＳ程序，不过Ｔｒｕｆｆｅｌｌｉ希望能用于更多语言，并在为之努力。

可在Ｔｒｕｆｆｅｌｌｉ网站（见附件Ａ）下载。

　在深入讨论如何使用ＭＩＤＩ文件及用这做什么以前，还需要了解它的另一个特性。

ＭＩＤＩ　文件的音调是打包在通道中传输的，每个通道都分配乐器来复制音调。

例如，通道１分配给一个钢琴调，通道２是一个低音器，通道３给吉他等等。

通道１０永远是鼓声，通道４通常是赋予悦耳的音调，也就是说音乐家声音的音调或主要器具的演奏，但也不是必须这样分配。

如前面所述，ＲＣＸ有单频道的声音性能，它不能同时产生多个的音调，因此你必须小心选择音调让它演奏。

在你开始把ＭＩＤＩ文件直接转换成程序码前，建议你用一些特殊的软件做一些测试，看一下哪个通道能更好地传递歌曲。

市场上有许多商品，几乎可以处理任何ＭＩＤＩ文件，但是实际上你并不需要所有功能及其所提供的复杂的东西。

因特网上有许多免费软件和共享程序，非常适合完成分辨哪个单通道适合将ＭＩＤＩ文件转换成ＲＣＸ指令的工作。

用编辑器打开ＭＩＤＩ文件，并闭所有通道，然后依次打开，每次打开一个，选出合适的通道。

如果你很熟悉ＭＩＤＩ文件编辑器，可以从选中的通道中删除一些音调，因为你可能并不需要整首歌曲，只要其中的一节，如重复部分与主题曲。

如果你通过编辑器完成，你可以保存改好的ＭＩＤＩ文件。

　注意　如果你能找到适合蜂窝电话的ＭＩＤＩ文件，就可以少做很多工作，因为这种格式与ＲＣＸ的非常相似。

　现在你可以使用ＭＩＤＩ２ＲＣＸ了。

它是一个控制平台，而不是图形化界面，因此你需要在ＤＯＳ命令窗口下运行它。

它需要ＭＩＤＩ文件名，２个可选择参数来指定进行转换的通道（默认为ａｌｌ）和选择目标语言（默认ｌｅｇＯＳ）。

你的命令基本如下：　c:\midi2rcx>midi2rcx letitbe.mid 4 nqc　ｌｅｔｉｔｂｅ．ｍｉｄ是你的原始ＭＩＤＩ文件，４是修改的通道，以及ＮＱＣ语言。

使用这个命令，ＭＩＤＩ２ＲＣＸ将生成一个文件名为ｌｅｔｉｔｂｅ．ｎｑｃ的，包含用于编辑的简单的ＮＱＣ程序的文件，下载到你的ＲＣＸ，运行，可能的话，粘贴到你的程序里。