About

之后的一些代码会放到 Github 上面 (li-yiyang/lapork-lecture), 方便复用了.

TLDR

  • 声音是波, 一些特别的波型的产生和对他们进行一个调参数
  • 采样的播放
  • 声道, 输出的设备以及其他

Sound is Waves

咬文嚼字一下

其实严格来说, 声音是振动 \(f(t)\), 而波是声音的传播 (时空分布) \(f(x, t)\). 不知道这样会不会更加严格一些.

比如说打开示波器, 去检查声音信号随时间的变化情况:

(play (* 0.125 (+ (sin-osc.ar 350) (sin-osc.ar 440))))

/_img/lapork/03/phone.png

波形与频谱的显示

lapork.plot

emmm, 但是不是所有时候都能手上拿着一台示波器, 那么是否有没有好的方法来解决这个问题呢? 虽然在 SuperCollider 中有 =plot= 这样的函数, 但是在 cl-collider 中并没有类似的功能.

参考 cl-collider/issue #81 中的方法, 可以用 Gnuplot 简单的实现一个绘图功能.

完整的代码见 lapork/plot.

具体思路的说明
  • plot: 相当于是在后台开了一个 Gnuplot 程序, 通过生成 inline data 和 plot 命令, 可以用来绘图
  • scope: 例 
    (scope (sin-osc.ar 440) :frames 200)
  • freqscope:

各种各样的波形的显示

在前面的几节里面已经接触过:

  • sin-osc: 正弦波
  • blip: 脉冲
  • white-noise: 白噪声

    类似的还有:

    • brown-noise: 棕噪声
    • pink-noise: 粉噪声

下面是一些声音种类以及其波形的形状:

声音波形
sin-osc 正弦波/_img/lapork/03/sin.svg
blip 脉冲波/_img/lapork/03/blip.svg
saw 锯齿波/_img/lapork/03/saw.svg
pulse 方波/_img/lapork/03/pulse.svg
white-noise 白噪声/_img/lapork/03/white-noise.svg
brown-noise 粽噪声/_img/lapork/03/brown-noise.svg
pink-noise 粉噪声/_img/lapork/03/pink-noise.svg
gray-noise 灰噪声/_img/lapork/03/gray-noise.svg
lf-tri 低频 (Low Frequency) 三角波/_img/lapork/03/lf-tri.svg
lf-pulse 低频 (Low Frequency) 方波/_img/lapork/03/lf-pulse.svg
sin-osc 和 lf-noise1 (低频噪声) 的合成/_img/lapork/03/sin-noise1.svg

部分解释:

  • lf-* 开头的 (对应 SuperCollider 中 LF) 开头的表示 Low Frequency, 用于去更好地生成一些低频的信号.

    例: 比较 pulse 和 lf-pulse 的波形, 前者是通过多个正弦波 (傅立叶分解) 叠加得到的, 后者则是直接通过翻转值 (0 或 1) 来产生的. 在低频的情况下, (通过 CPU 控制的) 直接翻转显然更优, 而高频情况下, 由于会对 CPU 产生较大的负担, 还是不如用声卡的输出来的方便.

  • 不同的音色

滤波器

你说, 我在听 – 录音的导入和导出

导入声音

可以导入一段声音 (sampling, 采样) 进行播放:

(defparameter layer
  (buffer-read "~/Code/lapork-lecture/samples/whispers/layer.aiff"))

(play (play-buf.ar 1 layer (buf-rate-scale.ir layer)))

解释:

  • buffer-read 可以读入一段采样音频文件
  • play-buf.ar 给 layer 这个 buffer 准备了一些预先需要知道的信息: 
    (play-buf.ar channels buffer-id rate)
    • channels 有几个声道
    • buffer-id 也就是读到的 layer
    • rate 播放速率, 默认的 rate 不知道为啥会让速度变得非常快, 所以这里需要加上

    代码调用有些不太优雅了其实

这段采样的来历

在 Lain 每一集开头都会有一段很有意思的机械合成声音, 传说是用 Macintosh 发布会的那个问候同款的合成器制成的 (ref: r/Lain).

在今天的 macOS 里面, 其实还保留了这个神奇的声音生成工具:

say -v 'Whisper' 'Layer, zero two' # read

你可以用:

say -v 'Whisper' -o $OUTPUT 'Layer'

来生成采样.

拿小本本记下 – 导出声音

合成声音 – 一些应用?

Phone Tones

做这个的原因是之前听过一首歌, 开头是一段拨号, 然后是 “Hello, its me… ”, 挺好听的, 只是我忘了具体歌名叫啥了.

根据 Technical features of push-button telephone sets (ITU) 的说明, 可以得到一个拨号声音信号是如下定义的:

在按下按钮的时候, 根据按钮的编码发送一个混合频率的声音:

Low freq \ High freq1209133614771633
697123A
770456B
852789C
941*0#D

这, 简单啊:

(defsynth phone-tone ((gate 1) (amp 0.5) (out 0) (low 350) (high 440))
  (out.ar out (* 0.5 amp
                 (+ (sin-osc.ar low)
                    (sin-osc.ar high))
                 (env-gen.kr (adsr 0.01 0.01 0.8 0.02) :gate gate))))

解释:

  • gate 用来作为 ADSR 的开启和关闭的信号, 这个可以参考后文中和 TouchOSC 联动的部分
  • low 和 high 作为拨号信号编码的两个频率

    默认播放的是 350, 440, 也就是常听到的拿起电话准备拨号的声音

那么做一个简单的 TouchOSC 界面:

(start-osc-server)

(defparameter phone (synth 'phone-tone :gate 0))

(let ((on/off 0))
  (oscdef :tone-switch (gate)
    (ctrl phone :gate (setf on/off gate)))

  (oscdef :tone-silent (gate)
    (if (zerop gate) ;; OFF
        (ctrl phone :gate on/off)
        (ctrl phone :gate 0))))

(oscdef :tone1 (on/off)
  (if (zerop on/off) ;; OFF
      (ctrl phone :low 350 :high 440)
      (ctrl phone :low 697 :high 1209)))

;;; ...

解释:

  • =start-osc-server= 打开一个 OSC server 来接受控制的 OSC 指令
  • synth 定义了一个初始 gate 状态为关闭的 phone-tone 的合成器, 也就是我们的拨号器
  • 定义了三个 OSC 指令, 分别对应 TouchOSC 中的按钮名称:
    • toneSwitch: 是否使用拨号器 (开关合成器 phone 的 gate 信号, 同时修改局部变量 on/off 的值为开或关);
    • toneSilent: 一时的静音, 当 gate 为非 0 时, 将 phone 的 gate 信号设为 0, 其他的时候恢复正常状态;
    • tone1: 使用按键 1 的声音, 若关闭, 则将声音重新置为等待拨号的呜呜声状态
    • 其他的 tone* 同理
完整的 TouchOSC 和控制代码

因为手动一个个设置 tone* 太麻烦了, 所以这里我使用了 Common Lisp 的特性:

(macrolet ((tone* (high-freqs &rest tone-table)
             `(progn
                ,@(loop :for (low . tones) :in tone-table
                        :collect
                        (loop :for tone :in tones
                              :for high :in high-freqs
                              :collect
                              `(oscdef ,(format nil "tone~A" tone) (gate)
                                 (if (zerop gate)
                                     (ctrl phone :low 350  :high 440)
                                     (ctrl phone :low ,low :high ,high))))
                          :into defs
                        :finally (return (apply #'append defs))))))
  (tone* (        1209 1336 1477 1633)
         (697     1    2    3    A)
         (770     4    5    6    B)
         (852     7    8    9    C)
         (941     *    0    |#|  D)))

解释:

  • macrolet 定义了一个局部的宏展开 tone*, 将输入的参数看作是一个表格, 第一行是高频信息, 剩下的行 (&rest) 为 (低频信息 . 按键名称)

完整的代码见: phone.lisp 以及 phone-calling.tosc.

效果如下:

一些鬼点子: 如果用这个生成一段随机拨号音, 然后配上 Lain 的 Whisper 采样 greeting, 估计会有种赛博朋克的感觉.

Fire