Перейти к содержимому

Fingercomp's Playground

  • записей
    85
  • комментариев
    418
  • просмотра
    227 464

Sound Card / как сгенерировать простой звук

Fingercomp

2 782 просмотра

Перед тем, как я начну, хочу сразу обратиться к забугорным ребятам, читающим эту запись.

 

Hey! If you are reading this, please tell Vexatos to document the sound card. The in-game manual page is a meaningless piece of text that explains nothing.
Documentation is written to help others to get an idea of how something works. The sound card is a complex thing that definitely needs a how-to guide to be used in programs.
So if he wants the sound card to be used in programs, he should write the proper documentation with the detailed description of each concept, feature, and component method.
The following is the result of efforts put to understand how the sound card works. It took me several months until I realized how to make a simple beep. How am I supposed to create more complex waves? >_>

 

Ну да ладно.

 



Хей! Разбирался я недавно, как работает звуковая карта из CX, и поэтому хочу предоставить результаты своих трудов.
Как и написано сверху, доков нет, автор мода бездействует, везде уныние и отчаяние, поэтому пришлось действовать по-хардкорному. То есть чтением исходников и научнейшим тыком.

 

Итак, есть компьютер со звуковой картой. Нужен звук. Звучит просто, м?

 


 

Звуковая карта даёт нам замечательные функции вроде установки ADSR-огибающей, типа волны, шума простого или из LFSR, амплитудной и частотной модуляции. Но мы тут решили заняться простым звуком, поэтому всякие LFSR, AM, FM безжалостно выкидываем. Получаем такой план:

  1. Открыть канал.
  2. Поставить тип волны.
  3. Задать частоту волны.
  4. Установить громкость.
  5. Обработать.

 

1. Открыть канал
Э, извините, а что за каналы?
...
В звуковой карте звук генерируется с помощью инструкций, которые выполняются друг за другом. Почти все работают с определённым каналом. Если бы канал был один, мы бы смогли играть в один момент времени только одну, условно, ноту. Чтобы параллельно шло сразу несколько звуковых волн, нужно использовать несколько каналов. На каждом можно задать свои тип и частоту волны, громкость, ADSR-огибающую. По умолчанию таких каналов в звуковой карте 8 штук.

 

С каналами всё довольно просто: открытый канал генерирует звук, закрытый канал не генерирует звук (правда, нужно будет здесь кое-что поправить, когда будет изучать ADSR).

 

Открыть канал можно с помощью функции sound.open(channel: number). Закрыть: sound.close(channel: number).

 

2. Поставить тип волны
Всего типов звуковая карта поддерживает пять: шум (noise), меандр (square), синусоида (sine), треугольная (triangle) и пилообразная (sawtooth).

 

 

512px-Waveforms_ru.svg.png


Waveforms ru [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) или GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], автор Omegatron (original work)
Kirill Borisenko (Russian translation; see File:Waveforms for Cyrillic Segment.png)
Incnis Mrsi (ultimate work), с Викисклада
Очевидно, что разные типы волн звучат по-разному.

 

Установить тип волны можно с помощью функции sound.setWave(channel: number, type: number). Видно, что тип волны должен быть числом. Соответствующее типу волны число можно получить с помощью таблицы sound.modes. Например, sound.modes.sine или sound.modes.noise.

 

3. Задать частоту волны
Чем больше частота, тем выше звук. Частота 440 Hz соответствует ноте ля в первой октаве. Другие частоты можно найти по табличке на Википедии.

 

Используем функцию sound.setFrequency(channel: number, freq: number).

 

4. Установить громкость
Громкость может быть в пределах от 0 до 1 включительно. Половина максимальной громкости - 0.5. И так далее.

 

Функция: sound.setVolume(channel: number, volume: number).

 

5. Обработать
Чтобы обработать все инструкции, нужно вызвать sound.process(). Но если вы просто возьмёте и вызовете функцию, то ничего не услышите. Дело в том, что, достигнув конца инструкций, звуковая карта прекращает генерировать звук.

 

Поэтому нужно выставить некоторую задержку в конце всех других инструкций, чтобы звуковая карта подождала перед прекращением воспроизведения звука. Для этого служит sound.delay(delay: number). Задержка указывается в миллисекундах. Например, sound.delay(2500). При этом эта функция тоже является инструкцией, поэтому её можно выставить несколько раз. Однако если задержка превышает 5000 (5 секунд), то звуковая карта выдаст ошибку.

 


 

Проиграв несколько типов волн, мы всё равно останемся неудовлетворёнными. Ну где это видано, что звук мгновенно нарастает и затухает?
Чтобы как-то это контроллировать, мы воспользуемся ADSR-огибающей. На Википедии довольно хорошо написано, в чём смысл этого.

 

Скопируем сюда оттуда пикчу:

320px-ADSR.png


И вкратце распишем суть.
Если вы хоть когда-либо слышали музыкальные инструменты, вы могли заметить, что громкость звука со временем меняется. У гитары громкость мгновенно нарастает и постепенно затухает, а у флейты нарастает не сразу, например.
Чтобы очень-очень грубо моделировать эти инструменты, мы используем ADSR.
Attack - это время нарастания громкости звука до максимальной (последняя устанавливается через sound.volume).
Decay - время затухания сигнала сразу после достижения максимальной отметки до следующего параметра.
Sustain - отметка громкости, к которой стремится Decay. Значение 1 - это максимальная громкость звука на канале (установленная с помощью sound.setVolume), 0 - отсутствие звука вовсе.
При достижении отметки Sustain звук остаётся на этом уровне до "отпускания клавиши" (т.е. закрытия канала).
Release - время затухания сигнала после закрытия канала, от отметки Sustain до нуля.

 

Время везде в миллисекундах.

 

Попробуем? Вызываем функцию sound.setADSR(channel: number, attack: number, decay: number, sustain: number, release: number) до пятого шага. Например sound.setADSR(1, 1000, 500, 0.33, 1000).
И замечаем, что громкость меняется со временем. Yay!

 


 

На этом счастливом моменте повествование обрывается. Итоговый код, который можно запустить и послушать примитивный бип:

local sound = require("component").sound

sound.close(1)
sound.close(2)

sound.open(1)
sound.setWave(1, sound.modes.sine)
sound.setFrequency(1, 440)
sound.setVolume(1, 1)
sound.setADSR(1, 1000, 500, 0.33, 1000)
sound.delay(1000)

sound.open(2)
sound.setWave(2, sound.modes.noise)
sound.setFrequency(2, 440)
sound.setVolume(2, 0.6)
sound.setADSR(2, 1, 250, 0, 1)
sound.delay(1500)

sound.process()


К остальному, надеюсь, я ещё вернусь в другой записи. Сначала нужно самому понять, как оно работает в версии для CX.
Поэтому наслаждаться пока приходится только бибикалкой.

  • Нравится 10


5 комментариев


Рекомендуемые комментарии

Я джва года ждал этот гайд!

Кстати, пилообразный сигнал генерируется и используется в осциллографах для отклонения по оси x. Но это никак жаль в ОС не используется.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

@Fingercomp На днях перечитал сей замечательный гайд, и захотелось ретранслировать по TCP сигналы с MIDI-клавы прямо в кубач, т.к. звуковая плата в теории подходит для игры монотонных мелодий типа "кузнечика". Система вроде простая, но либо я дурак, либо плата не позволяет асинхронно воспроизводить новые звуки до тех пор, пока предыдущий sound.process() не завершён. То есть бесполезно пытаться ставить в очередь новые инструкции типа sound.setFrequency(), sound.delay() на любом из 8 каналов, т.к. они будут игнорироваться вплоть до завершения предыдущих инструкций.

 

Вопрос: а чо делать-то? Есть ли какой-то легальный способ воспроизвести ноту длительностью в 500 мс, а затем ещё одну, но с задержкой в 100 мс после начала предыдущей, позволяя играть на инструменте в реальном времени? В голову приходит только установка нескольких звуковых плат, но это звучит костыльновато. Для чего тогда нужна система 8 каналов, если sound.process() ждёт завершения очереди инструкций на каждом из них? Только для воспроизведения заранее известной последовательности нот?

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
В 15.06.2021 в 16:23, ECS сказал:

плата не позволяет асинхронно воспроизводить новые звуки до тех пор, пока предыдущий sound.process() не завершён

Так и есть, насколько могу понять. Можно не рисовать сразу на полсекунды задержку, а каждый тик синхронизироваться, например. Но с задержкой в 50 ms адекватно играть на пианинке (ну, лично мне) невозможно.

 

Если сделать интерфейс вроде трекера, то можно посылать на звуковую карточку уже готовые аудиокуски, а с миди-клавиатуры ввод принимать, чтобы сориентироваться, какую ноту дальше написать или понять, норм аккорд подобрал или не очень. Тогда можно смириться с задержкой.

У меня на синезубых наушниках примерно такая же ситуация и получается, поэтому мелодию мышкой накликиваю просто.

 

Или таки ставить несколько звуковых карт, да.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
2 часа назад, Fingercomp сказал:

Но с задержкой в 50 ms адекватно играть на пианинке (ну, лично мне) невозможно.

Угу, согласен. Изначально так и сделал - но толково работать с сустейн-педалью и играть с комфортом что-то сложнее "звёздочки" Моцарта не вышло. Пробовал также экспериментировать с разбиением ноты по тикам, составляя её из "кусочков" и множества вызовов .process: в этом случае приходится имитировать ADSR-огибающую вместо штатной и смириться с артефактами на "стыках" одной ноты, проявляющиеся даже в локалке, не говоря уже о внешнем серваке

 

2 часа назад, Fingercomp сказал:

Если сделать интерфейс вроде трекера, то можно посылать на звуковую карточку уже готовые аудиокуски, а с миди-клавиатуры ввод принимать, чтобы сориентироваться, какую ноту дальше написать или понять, норм аккорд подобрал или не очень

Хе-хе, заманчивая идея. Насколько помню, кроме твоей утилиты Synth никто вообще не озаботился реализацией DAW в кубаче, всё через внешний софт. В целом да, тут проблем с вводом не возникнет, т.к. сам ввод не столь приоритетен, как конечный результат. А вот бесшовно воспроизвести сложный трек с ограничением в 8 каналов будет всё так же проблематично

 

В любом случае спасибо за уточнение. Видимо, придётся делать комбинированный вариант с опциональным подключением нескольких карт с каким-нибудь хитрым алгоритмом распределения задач

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
Гость
Добавить комментарий...

×   Вы вставили отформатированное содержимое.   Удалить форматирование

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отобразить как ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

×
×
  • Создать...