Теоретические сведения по теме проекта

Постановка задачи

Цель: создать приложение «драм-машина» с чатом.

Исходные условия:

· методические материалы

· среда разработки IntellijIdia

Требуется:

· разработать алгоритм реализации

· составить схемы алгоритмов решения задачи

· отладить и выполнить программу на компьютере

Теоретические сведения по теме проекта

 

Существует два основных формата воспроизведения звуков компьютером:

цифровой (WAV-формат) и синтезированный (MIDI).

 

Цифровой звук является основным стандартом компьютерного звука сегодня. Именно оцифрованный звук вы слышите, проигрывая композиции в mp3 формате или прослушивая компакт-диски, просматривая фильм или играя в компьютерные игры.

 

Оцифрованный звук представляет собой набор битов, который последовательно описывает значение уровня амплитуды звуковой волны в каждый момент времени звучания. При его воспроизведении звуковая карта лишь переводит «цифровой» звук в привычную нам «аналоговую» форму.

 

Но существует и другой вид компьютерного звука — синтезированный (MIDI)

 

Звуковая карта может служить музыкальным синтезатором, способном воспроизводить звучания до 128-ми различных музыкальных инструментов. Качество и принцип имитации инструментов зависит от вашей звуковой карты. Она может пытаться смоделировать звучание инструмента совокупностью нескольких FM (частотных) генераторов простых частот, для каждой из которых задана амплитуда, частота, фаза и куча других параметров. Но чаще она обращается к хранящимся в ней «банкам данных» образцов звучания инструментов.

 

В настоящий момент существует множество звуковых карт, которые могут работать с SoundFont. Это просто wav сэмплы, которые можно загрузить в звуковую карту и звучанием этих инструментов можно управлять в миди-секвенсоре. SoundFont обычно имеет расширение .sf2, их могут также называть патчами (patch) или программами (program). Несколько SoundFont объединяют в звуковые банки (SoundFont Banks), которые могут содержать до 128 инструментов и одного набора ударных.

В сети вы без труда сможете найти профессиональные библиотеки банков инструментов в формате SF2.

 

Чтобы синтезатор воспроизвел нужный звук, необходимо передать ему специальную команду. Совокупность таких команд описана стандартом MIDI.

MIDI это акроним от Musical Instruments Digital Interface, что в буквальном переводе — цифровой интерфейс музыкальных инструментов.

 

При помощи этих команд мы можем «сказать» синтезатору звуковой платы каким инструментом ту или иную ноту мы хотим чтобы он воспроизвел. Например Фа-диез на рояле или любом другом из 128-ми инструментов.

 

Допустим для каких-то целей вам понадобилось из java научиться воспроизводить ноты. И вы решили узнать, как заставить синтезатор вашей звуковой платы это делать. Окунувшись поисковиком в информационное море интернета, вы неожиданно поймете, что толковой информации по этому вопросу найти непросто.

 

Существует достаточное количество библиотек для работы с midi. И все они обещают, что с их помощью процес программирования музыки будет проще.Вот две из них: jfugue и jMusic. В Ютубе есть наглядные руководства о их применении. В каждой из подобных библиотек были выдуманы свои способы и правила. Чем более экзотическая библиотека, тем меньше информации и примеров. Так же придется довериться правильности и точности их работы.

Из многих соображений полагаю, что лучше начать изучение и научиться применять в начале стандартную библиотеку: javax/sound/midi

 

 

Итак, все что вам для начала нужно — научиться воспроизводить ноты.

Ваше желание включает некоторую дополнительную информацию — название ноты (номер) и длительность звучания. А так же инструмент, который вы хотите чтобы её сыграл.

Желание совершенно просто и ясно сформулировано: «Хочу, чтобы прозвучала такая-то нота, определенное время и выбранным инструментом.» Однако сходу найти соответствующую информацию, как это сделать, вам будет сложно. Вот по этому эта статья и написана — чтобы вы не тратили свое время а сразу получили то, что нужно. И начали применять.

 

Номера нот вы можете определить по данной таблице:

 

 

А номера инструментов можно посмотреть здесь

 

Перед непосредственным программированием воспроизведения потребуется некоторая подготовка. А именно, вам понадобится получить объект синтезатора (Synthesizer) и отрыть его. Затем получить доступ к его каналам.

Звучит, возможно, не совсем понятно, но на практике всё просто:

Synthesizer synth = MidiSystem.getSynthesizer();

synth.open();

MidiChannel[] channels = synth.getChannels();

 

Канал можно представить как универсального музыканта, который способен играть на любом из 128-ми инструментов. Вы располагаете 16-тью такими каналами.

Вот в принципе и вся подготовка. Далее необходимо научиться давать команды музыкантам.

Допустим вы хотите, чтоб звучала нота Фа первой октавы. Для этого, посмотрев таблицу с номерами нот, выясняете, что её номер 65. Выбираем одного из 16-ти музыкантов. Допустим под номером 0(channels[0]). Воспроизведение происходит по команде noteOn.

Она принимает 2 параметра: MIDI номер ноты (от 0 до 127) и громкость звучания (так же до 127)

Выглядеть это будет так:

channels[0].noteOn(65,80);

 

По этой команде музыкант под номером «ноль» начнет воспроизведение ноты Фа первой октавы.80 — это громкость. Это можно представить, что музыкант нажал клавишу синтезатора и льется звук.

Думаю, вы догадались, что для прекращения звучания так же потребуется дать команду. Т.е. чтобы конкретно этот музыкант отпустил нажатую клавишу — выполняем команду noteOff.

Таким образом:

channels[0].noteOff(65);

 

Между этими командами следует сделать паузу, от которой и будет зависеть длительность звучания.

Вот, собственно, и всё. И не нужны никакие сторонние библиотеки. Всё необходимое теперь вы сможете удобным способом написать под себя сами. Осталось открыть вам последний секрет — научить волшебным словам, которые заставят «музыкантов» взять другой муз. инструмент.

Напомню, что выбрать инструмент можно здесь. Любому из 16-ти каналов вы можете назначить один из 128-ми инструментов. По умолчанию почти все каналы используют фортепиано.

Так производится назначение «нулевому» каналу инструмент «скрипка»:

channels[0].programChange(41);

 

Понадобится импортировать следующие стандартные пакеты:

import javax.sound.midi.MidiChannel;

import javax.sound.midi.MidiSystem;

import javax.sound.midi.Synthesizer;

 

 

Итак, код воспроизводящий звук будет выглядеть следующим образом:

try{

Synthesizer synth = MidiSystem.getSynthesizer();

synth.open();

MidiChannel[] channels = synth.getChannels();

channels[0].programChange(41);

channels[0].noteOn(65,80);

Thread.sleep(1000);// in milliseconds

channels[0].noteOff(65);

synth.close();

}catch(Exception e){

e.printStackTrace();

}

 

 

Далее, как уже было сказано, возможности по программированию извлечения звука ограничены только вашей фантазией.

 

Для примитивной демонстрации создадим свой метод воспроизведения звуков, который нажатие, паузу и отпускание будет выполнять одной командой. Отведем для этих целей отдельный класс, структура и функционал которого не нуждаются в пояснении:

package music.player;

 

import java.util.logging.Level;

import java.util.logging.Logger;

import javax.sound.midi.MidiChannel;

import javax.sound.midi.MidiSystem;

import javax.sound.midi.MidiUnavailableException;

import javax.sound.midi.Synthesizer;

 

publicclass Player {

 

private MidiChannel[] channels = null;

private Synthesizer synth = null;

 

public Player(){

try{

synth = MidiSystem.getSynthesizer();

synth.open();

channels = synth.getChannels();

channels[0].programChange(41);

}catch(MidiUnavailableException ex){

Logger.getLogger(Player.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);

}

}

 

publicvoid close(){

synth.close();

}

 

publicvoid playSound(int channel,int duration,int volume,int... notes){

for(int note : notes){

channels[channel].noteOn(note, volume);

}

try{

Thread.sleep(duration);

}catch(InterruptedException ex){

Logger.getLogger(Player.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);

}

for(int note : notes){

channels[channel].noteOff(note);

}

}

}

 

В конструкторе класса создается и открывается синтезатор. Получаем массив каналов и первому (нулевому) назначаем инструмент «скрипка».

Метод playSound получает на вход номер канала, длительность звучания, громкость и последовательность нот, которые прозвучат одновременно. Реализация предельно проста — воспроизводятся все входящие ноты, удерживается интервал длительности и затем все выключаются.

Вот пример использования данного класса — воспроизводятся четыре аккорда:

Player player =new Player();

player.playSound(0,1000,80,69,72,76);

player.playSound(0,1000,80,69,74,77);

player.playSound(0,1000,80,67,71,74);

player.playSound(0,1000,80,67,72,76);

player.close();