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上古神器 II : 可编程软波表音频发生器

曾几何时, 我们问道: “难道, 单片机发出的声音, 只能是单调的蜂鸣器滴滴响么……?”

绝! 对! 不! 是!

这个项目只需消耗你的少量CPU和内存资源, 还你一个如同YM2413等MIDI音频合成芯片的高级音质!

做提示音丰富的软件? 做游戏? 跑音效轨? 都不是问题!

注意: 该项目因涉及大量整型运算优化, 需要32位机方可运行

请放弃手里的51单片机吧, 建议使用STM32/ESP8266/ESP32等更加先进且便宜的设备来运行

它可以做什么?

• 多通道88键音频发生器, 每个通道可同时产生一个音符

• 不限制最高通道数量, 如果你想, 那就直到用光所有CPU资源为止!

• 双缓冲设计, 无惧短暂的CPU抢占或突发音符

• 16位音质高质量渲染, 时代变了, 让我们和8bit说再见!

• ADSR(按下、衰减、保持、释放)包络支持! 轻松打造吹奏乐器和弹奏乐器等不同乐器风格!

• 算法无除法和浮点, 极限优化, 在STM32F103C6T6(64MHz HSI)环境下能够稳定6通道44100Hz输出或15通道28000Hz输出

• 每个声道都可以定义一个不同的音色(512长度16bit带符号波表)

• 你想不到的内存占用, 最小可以小到不足2KB!

• 你甚至可以使用这个来当音效发生器!

• 项目甚至提供了将MIDI文件直接转换格式的Python脚本, 以及各种各样需要用到的其他代码生成脚本……

所以这又是个什么黑科技?

这个库源于一个非常古老的技术 —— 软波表合成器技术, 在早期的PC游戏、FC游戏机、SFC游戏机、GBA游戏机等曾经被大规模应用.

后随着时间的流逝和技术的发展, 这项技术逐渐被丰富的空余资源和更高的处理器性能所遗忘.

如今这项技术就像是消失在了互联网上, 几乎再也找不到它的影子了. 更有很多人听都没听说过这种音频合成技术.

这个项目就是想将这一种古老而高效的技术保存下来, 让大家重新有机会能够学习到这种技术 —— 原来只有几个波形也可以合成一个完整的音乐!

所以能给我讲讲它的原理么?

当然可以!

一首完整的音乐, 虽然可以被直接录制下来, 然后播放 —— 但是这样就占用了非常多的存储资源来将整首曲子完整记录.

即使是被MP3格式压缩过的音乐文件, 也是大部分都要MB级别. 这显然是我们无法接受的.

那么…… 如果将曲谱记录下来, 在CPU运行的时候, 动态弹奏生成…… 岂不是能够节省下大量资源么?

这就是这项技术的全部原理.

我们只要得到一个简单的波表, 并将其按照一定的频率不断的循环播放, 加上音量控制(包络), 就能做出一些基本的乐器来.

之后改变这个播放的频率, 就能还原钢琴的整个88键音域 —— 这就是这个项目的全部工作啦!

这样的计算并不复杂, 所以这个算法高效且可行, 且并不难实现.

所以有没有Example代码呢?

目前已经提供x86版本(Windows下DirectSound接口输出)的Example代码和exe文件.

STM32版本正在整理, 大家莫急.

Demo中用到的曲子是什么?

东方Project的《恋娘 ～湖上ノ旋律～》.

所以最后, 开源许可证呢?

MIT License, 代码无任何担保. 不过, 如果你发现了什么BUG, 欢迎提出issue或者开pull request.