Ada声音合成！

介绍

我最初是一名电子音乐家，所以当我学习编程时，我最初的动机之一是，我最终可以*编程*我想要的声音，而不仅仅是使用现有的软件来完成它。

如果您对声音合成有所了解，那么您知道这是一个非常深的领域。制作简单的方波是一项非常简单的任务，但以音乐方式这样做实际上要复杂得多。我认为这是一个完整的数学和DSP新手。我的目标不是突破数字声音合成的界限，而是制作简单的东西，这将有助于我理解底层算法，并产生可以标记为音乐的声音。

而且，即使我在数学方面表现不佳，我也认为自己在软件架构方面相当擅长（不是我们都这么做！），我认为制作一个简单的声音合成库，易于使用和理解，并且实际上足够小，不会令人生畏，对我来说是一个合理的里程碑。

其他目标之一是制作一些可以在小型裸板计算机上运行的东西，例如stm32或raspberry pi，因此它需要在内存和CPU消耗方面都很高效。能够在没有操作系统的情况下运行也是一个不错的选择！

这就是ada-synth-lib 诞生的原因，因为缺乏一个更好的名字。该库的目的是为您提供一个工具包，让您可以产生声波，通过效果和包络将它们按到更复杂的东西，将它们重新组合为乐器，还可以对它们进行排序以产生真实的音乐序列。

但是，让我们来看看基础知识吧！我们将看到如何使用ada-synth-lib构建这样的序列，从非常简单的正弦生成器到完整的音乐序列。

序言：如何编译和运行库

正如其名称所示，ada-synth-lib是使用AdaCore Libre工具套件在Ada中开发的。要构建和运行这些示例，您需要获得AdaCorelibre版本的GPL 2015版本，您可以从此处获取：AdaCore libre站点

从简单开始：正弦发生器

从简单开始，我们只会产生一个声波，并且为了使声音不会过于激进，我们将使用正弦波，它具有平滑和舒缓的轮廓。

如果您对声音理论有所了解，您可能知道您可以通过精心布置的正弦波叠加重新创建任何（周期性）声音，因此正弦波的选择也是尊重声音生成理论的一种方式。一般而言，尤其是傅立叶。

以下是使用ada-synth-lib生成简单正弦波的代码。我们只有一个非常简单的正弦生成器，我们使用`Write_To_Stdout`帮助器在标准输出上写入声音流。

with Waves; use Waves;

with Write_To_Stdout;

procedure Simple_Sine is

  --  Create a simple sine wave Generator.

  Sine_Gen : constant access Sine_Generator := Create_Sine (Fixed (300.0));

begin

  Write_To_Stdout (Sine_Gen);

end Simple_Sine;

编译这个例子并在命令行上运行它很简单，但我们只是创建一个声音流并将其直接打印到stdout！要在我们的扬声器上听到它，我们需要将它提供给将其转发到您的音频硬件的程序。有几个选项可以做到这一点，最着名的是Unix系统上的旧/ dev / dsp文件，但是你有很好的跨平台工具，比如sox ，你可以将它们用于这个目的。

# you shouldhear a sine !

$ obj/simple_sine| play -t s16 -r 44100 -

有趣的是，`Create_Sine`的输入是另一个生成器。这里我们使用固定值发生器，它将提供频率值，但我们可以使用更复杂的发生器，它将调制输入频率！

with Waves; use Waves;

with Write_To_Stdout;

procedure Simple_Sine is

  Sine_Gen : constant accessSine_Generator :=

    Create_Sine (

      Fixed

        (1000.0,

         -- The second parameter to the Fixed constructor is a generator

         -- that will be added to the fixed frequency generated.

         -- LFO is also a sine oscillator underneath, but you can set it to

         -- have amplitudes much larger than +- 1.0

         LFO (6.0, 200.0)));

begin

  Write_To_Stdout (Sine_Gen);

end Simple_Sine;

走得更远

这只是你可以做的事情的开始。ada-synth-lib只是一个乐高工具包，您可以组装它来生成您想要生成的序列。

排序部分通过简单的音序器数据类型完成，您可以使用它来创建循环音符序列。以下是圈套器具的操作方法：

o : constantSequencer_Note := No_Seq_Note;

  K : constant Sequencer_Note := (Note => (G, 3), Duration => 3000);

  Z : constant Sequencer_Note := (Note => (G, 3), Duration => 5000);

  B : constant Sequencer_Note := (Note => (G, 3), Duration => 8000);

  Snare_Seq : constant access Simple_Sequencer:=

    Create_Sequencer

      (Nb_Steps => 16, BPM => BPM, Measures => 4,

       Notes =>

         (o, o, o, o, Z, o, o, o, o, o, o, o,K, o, o, o,

          o, o, o, o, K, o, o, o, o, o, o, o,B, o, K, K,

          o, o, o, o, Z, o, o, o, o, o, o, o,K, o, o, o,

          o, o, o, o, K, o, o, K, o, o, Z, o,B, o, Z, o));

您还可以看到我们如何使用Ada的命名聚合来使代码更具可读性和自我记录。同样有趣的是我们如何从基本砖块创建复杂的合成声音，如下例所示。砖块很容易理解，但结果是一个完整的减法合成器，可以编程制作音乐！

该ADSR信封是什么给了声音的动态特性，在时域塑造它。所述低通滤波器通过从它除去一些高频分量形状的声音。

今天就是这样！在本系列的下一部分中，我们将了解如何使用STM32F4板和AdaCore GPL工具在裸板系统上编译和运行代码。

链接和信用

你可以在这里找到github 上的ada-synth-lib库。

使用它所需的工具链在libre站点上。

这是一个很好的高级音乐合成指南。

ada-synth-lib中的很多算法都受到我在http://musicdsp.org/上发现的东西的启发，非常感谢每个人都把算法放在那里。

BLIT模块中的别名自由振荡器是使用BandlimitedImpulse Train方法完成的，其中的开创性论文就在这里。

感谢和归功于Mikael Altermark 的美丽声波图片，以及Bisqwit的介绍视频！

代码--- ada-synth-lib-master.zip (58.27 KB, 下载次数: 1)

2019-3-3 10:07 上传

点击文件名下载附件

跨界