Поиск по сайту

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: Открыть канал. Поставить тип волны. Задать частоту волны. Установить громкость. 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). 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: 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.

В звуковой карточке есть дохрена функционала - поэтому она и крутая. В этой части попытаюсь объяснить достаточно сложные штуки, которые используют большие дяди. Надеюсь, что вы прочитали и поняли две предыдущие части цикла - это будет довольно важно для последующего повествования. [Раньше тут был полноценный пост с эмбедом, но после переезда оно всё, соответственно, сломалось. Текст доступен здесь.]

Продолжаю рассказывать про Computronics и, в частности, про офигенную звуковую карточку из этого мода. На очереди модуляция: частотная и амплитудная. Помимо этого восполняю долг по основам. Юзать будем мою прогу synth, которую я недавно зарелизил. Она здесь невероятно поможет. Звуковая волна Вы же знаете, как выглядит звуковая волна? Вот, например, синусоида. Как видно, здесь есть некоторый фрагмент, который повторяется несколько раз. Частота показывает, сколько раз в секунду этот фрагмент повторяется, и измеряется в герцах (Гц или Hz). Чем выше частота, тем больше волна "сжата", скажем так, с боков. Вот как выглядят три синусоиды с разными частотами: 110 Гц, 220 Гц, 440 Гц - на одинаковом масштабе. Кроме частоты, звуковая волна характеризуется таким параметром, как амплитудой. Это, скажем так, расстояние от нуля до самого большого по модулю значения волны. Чем больше амплитуда, тем громче звук. Мы примем за единицу амплитуду сигнала на звуковой карте при максимальной громкости. При нулевой амплитуде на графике будет прямая линия вдоль горизонтальной оси. При максимальной громкости у простой синусоиды пиковые значения будут в точках +1 и -1. Они плавно сменяются. Прикольно, да. Синусоиды - это офигенные штуки, но на них клин светом не сошёлся. Из основных типов волн, помимо синусоид, есть меандр, треугольная волна и пилообразная. Они в таком же порядке изображены на рисунках ниже. (по поводу первой и третьей пикчи: вообразите, что волны не разомкнуты, а просто резко переходят с одного конца на другой. Небольшая хрень, над которой нужно побиться.) На самом деле, их можно представить в виде набора бесконечного числа синусоид, о чём когда-то поведал Фурье, но мы с этим заморачиваться не будем: раскладывать на синусоиды в звуковой карте не принято. Поведали об этом для красного словца - и то хорошо. Теперь, когда рассказал про основы, можно переходить к более весёлым и сложным вещам. То бишь к модуляции. Модуляция Модуляция - это изменение одного сигнала (несущего) другим (модулятором). Изменять можно по-разному - мы будем говорить об амплитудной модуляции и частотной модуляции. С модуляцией у нас появляется уникальнейший шанс получить офигенные и красивые звуки, поэтому не будем ждать и сразу перепрыгнем к мясу. Амплитудная модуляция Как я сказал, для модуляции нужны два сигнала: несущий и сам модулятор. Поэтому здесь и далее я привожу на рисунках сразу три графика: несущий сигнал, модулирующий сигнал и результат модуляции. Например, выставим две синусоиды с частотой 440 Гц. Итак, амплитудная модуляция - это умножение одного сигнала на другой. A(t) = C(t) × M(t), где t - время, C - функция, возвращающая значение несущей волны на моменте времени t, M - то же, но для модулятора. Однако не всё так просто. Перед умножением к значениям с модулятора прибавляется единица. Получается, что самая верхняя точка будет на +2, а самая нижняя - на 0. Иными словами, волна перенесена вверх. На низких частотах - до 20-30 Гц, откуда начинается граница слышимого человеком звука, - графики будут выглядеть как-то так, медленно увеличивая амплитуду от 0 до 4 и обратно. И звучать оно будет как увеличение и уменьшение громкости (количество таких увеличений и уменьшений равно частоте модулятора). Однако когда частота модулятора становится больше, наблюдаем вот такую картину (частота модулятора равна здесь 330 Гц). Если прислушаться, то станет заметно, что одновременно будто бы проигрываются три звуковых волны. Одна волна имеет такую же амплитуду и частоту, как и несущая. Две другие частоты, задающие боковую полосу частот (диапазон частот, сконцентрированных рядом с какой-либо), находятся так: f1 = |c - m|, f2 = c + m, где c - частота несущей волны, а m - частота модулятора. Возникающие звуковые волны около этих частот вдвое тише, чем несущая. В звуковой карте можно поставить амплитудный модулятор следующим образом: sound.setAM(carrierChan: number, modulatorChan: number). Амплитудная модуляция - забавная вещь, и в то же время тут очень трудно подобрать что-то интересное и красивое. Поэтому переходим к частотной модуляции - там веселья дофига. Частотная модуляция В частотной модуляции модулятор изменяет частоту несущей волны. Как ни странно. Почему частотная модуляция уделывает амплитудную? Здесь может быть гораздо больше боковых частот. И потому звучать оно может гораздо круче. При когда значение на модуляторе увеличивается, повышается и частота на несущей волне. Звуковая карта поддерживает индекс модуляции. Он задаёт максимальное изменение частоты несущей волны. При индексе, равном 100, частота несущей волны может меняться на 100 Гц вверх и на 100 Гц вниз. Если индекс равен 1000, то частота меняться может на 1000 Гц вверх и на 1000 Гц вниз. Ну и так далее. Иными словами, индекс задаёт силу модуляции. Если частота модулятора будет очень низкой (например, 4 Гц), то получим что-то вроде сирены. c = 440 Гц; m = 4 Гц; i = 200 С повышением частоты получим вибрирующий звук. И потом услышим дополнительные частоты. c = 220 Гц; m = 880 Гц; i = 660 Как видно, получившаяся волна получилась довольно сложной. Установить модулятор в звуковой карте можно с помощью функции sound.setFM(carrierChan: number, modulatorChan: number, index: number). И не забывайте про ADSR-огибающую: из однообразного тона можно получить довольно интересный звук. Как работает эта штука, я рассказывал. На этом всё. Из всех фич остался неразобранным лишь шум LFSR, но там штука очень и очень странная и непонятная. Наверняка всё равно остались некоторые вопросы по поводу модуляции. Поэтому за дополнительной информацией я предлагаю обратиться к другим сайтам. Вот несколько очень полезных ссылочек, где есть примеры звука и детальное описание: FM Synthesis - The Synthesizer Academy Frequency modulation synthesis - Wikipedia FM Synthesis - Music and Computers Modulation synthesis - Wikibooks (здесь рассказывается про амплитудную модуляцию в том числе). Ну и используйте прогу synth, чтобы удобно было изучать звуковую карту.