У меня была такая же проблема с моим музыкальным приложением. Как предполагает @Brad, вот решение со стандартом настройки MIDI:
Шаги следующие:
- Запрос на изменение тюнинга
- Сопоставьте все 127 MIDI-клавиш с новыми вычисленными частотами
Исходный код Gervills TuningApllet3.java мне очень помогли получить эту работу.
Furtunatly, в моей тестовой среде с Windows 7 и JDK 1.8 стандартный синтезатор MIDI поддерживает стандарт настройки MIDI. Не знаю, есть ли возможность проверить, поддерживает ли синтезатор этот стандарт или нет.
Как вычислить новые частоты?
private static float getFrequency(final int keyNumber,
final double concertAFreq) {
// Concert A Pitch is A4 and has the key number 69
final int KEY_A4 = 69;
// Returns the frequency of the given key (equal temperament)
return (float) (concertAFreq * Math.pow(2, (keyNumber - KEY_A4) / 12d));
}
Для других настроек, таких как настройка Пифагора, вы можете использовать другие вычислительные методы. Здесь мы используем равномерный темперамент, так как MIDI использует его без перенастройки.
Как перевести частоты в формат частотных данных?
Как описано в формате данных частоты, каждая частота f имеет для представления 3 байтами:
Байт 1: базовый ключ. Номер ключа, который в стандартной настройке MIDI (равная темперация, A4 = 440 Гц) имеет более низкую или равную частоту f ', чем f
private static int computeBaseKey(final double freq) {
// Concert A Pitch is A4 and has the key number 69
final int A4_KEY = 69;
final double A4_FREQ = 440d;
// Returns the highest key number with a lower or equal frequency than
// freq in standard MIDI frequency mapping (equal temparement, concert
// pitch A4 = 440 Hz).
int baseKey = (int) Math.round((12 * log2(freq / A4_FREQ) + A4_KEY));
double baseFreq = getFrequency(baseKey, A4_FREQ);
if (baseFreq > freq) {
baseKey--;
}
return baseKey;
}
Байт 2 и байт 3: интервал в центах от f ' до f
private static double getCentInterval(final double f1, final double f2) {
// Returns the interval between f1 and f2 in cent
// (100 Cent complies to one semitone)
return 1200d * log2(f2 / f1);
}
Целочисленное представление этого центового интервала:
tuning = (int) (centInterval * 16384d / 100d);
и может быть разделен на байт 2 и байт 3 с помощью этого кода:
byte2 = (tuning >> 7) & 0x7f; // Higher 7 Bit
byte3 = tuning & 0x7f; // Lower 7 Bit
Обратите внимание, что не каждая частота может быть представлена в этом формате. Базовый ключ должен находиться в диапазоне 0..127, а настройка в диапазоне 0..2 ^ 14 - 1 = 0..16383. Также (byte1, byte2, byte3) = (0x7f, 0x7f, 0x7f) зарезервировано.
Полный рабочий пример
В этом примере выполняется переключение на A4 = 500 Гц и воспроизведение хроматической гаммы от C4 до B4:
public static void retune(final Track track, final double concertAFreq) {
if (track == null) {
throw new NullPointerException();
} else if (concertAFreq <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("concertAFreq " + concertAFreq
+ " <= 0");
}
final int bank = 0;
final int preset = 0;
final int channel = 0;
addTuningChange(track, channel, preset);
// New frequencies in Hz for the 128 MIDI keys
final double[] frequencies = new double[128];
for (int key = 0; key < 128; key++) {
frequencies[key] = getFrequency(key, concertAFreq);
}
final MidiMessage message = createSingleNoteTuningChange(bank, preset,
frequencies);
track.add(new MidiEvent(message, 0));
}
private static void addTuningChange(final Track track, final int channel,
final int preset) {
try {
// Data Entry
final ShortMessage dataEntry = new ShortMessage(
ShortMessage.CONTROL_CHANGE, channel, 0x64, 03);
final ShortMessage dataEntry2 = new ShortMessage(
ShortMessage.CONTROL_CHANGE, channel, 0x65, 00);
track.add(new MidiEvent(dataEntry, 0));
track.add(new MidiEvent(dataEntry2, 0));
// Tuning program
final ShortMessage tuningProgram = new ShortMessage(
ShortMessage.CONTROL_CHANGE, channel, 0x06, preset);
track.add(new MidiEvent(tuningProgram, 0));
// Data Increment
final ShortMessage dataIncrement = new ShortMessage(
ShortMessage.CONTROL_CHANGE, channel, 0x60, 0x7F);
track.add(new MidiEvent(dataIncrement, 0));
// Data Decrement
final ShortMessage dataDecrement = new ShortMessage(
ShortMessage.CONTROL_CHANGE, channel, 0x61, 0x7F);
track.add(new MidiEvent(dataDecrement, 0));
} catch (final InvalidMidiDataException e) {
throw new AssertionError("Unexpected InvalidMidiDataException", e);
}
}
private static MidiMessage createSingleNoteTuningChange(final int bank,
final int preset, final double[] frequencies) {
// Compute the integer representation of the frequencies
final int[] baseKeys = new int[128];
final int[] tunings = new int[128];
// MIDI Standard tuning frequency
final double STANDARD_A4_FREQ = 440d;
for (int key = 0; key < 128; key++) {
final int baseKey = computeBaseKey(frequencies[key]);
if (baseKey >= 0 && baseKey <= 127) {
final double baseFreq = getFrequency(baseKey, STANDARD_A4_FREQ);
assert baseFreq <= frequencies[key];
final double centInterval = getCentInterval(baseFreq,
frequencies[key]);
baseKeys[key] = baseKey;
tunings[key] = (int) (centInterval * 16384d / 100d);
} else {
// Frequency is out of range. Using default MIDI tuning for it
// TODO: Use LOGGER.warn to warn about
baseKeys[key] = key;
tunings[key] = 0;
}
}
// Data to send
final ByteArrayOutputStream stream = new ByteArrayOutputStream();
stream.write((byte) 0xf0); // SysEx Header
stream.write((byte) 0x7e); // Non-Realtime. For Realtime use 0x7f
stream.write((byte) 0x7f); // Target Device: All Devices
stream.write((byte) 0x08); // MIDI Tuning Standard
stream.write((byte) 0x07); // Single Note Tuning Change Bank
stream.write((byte) bank);
stream.write((byte) preset);
stream.write(128); // Number of keys to retune
for (int key = 0; key < 128; key++) {
stream.write(key); // Key to retune
stream.write(baseKeys[key]);
stream.write((tunings[key] >> 7) & 0x7f); // Higher 7 Bit
stream.write(tunings[key] & 0x7f); // Lower 7 Bit
}
stream.write((byte) 0xf7); // EOX
final byte[] data = stream.toByteArray();
final MidiMessage message;
try {
message = new SysexMessage(data, data.length);
} catch (final InvalidMidiDataException e) {
throw new AssertionError("Unexpected InvalidMidiDataException", e);
}
return message;
}
private static int computeBaseKey(final double freq) {
// Concert A Pitch is A4 and has the key number 69
final int A4_KEY = 69;
final double A4_FREQ = 440d;
// Returns the highest key number with a lower or equal frequency than
// freq in standard MIDI frequency mapping (equal temparement, concert
// pitch A4 = 440 Hz).
int baseKey = (int) Math.round((12 * log2(freq / A4_FREQ) + A4_KEY));
double baseFreq = getFrequency(baseKey, A4_FREQ);
if (baseFreq > freq) {
baseKey--;
}
return baseKey;
}
private static double getCentInterval(final double f1, final double f2) {
// Returns the interval between f1 and f2 in cent
// (100 Cent complies to one semitone)
return 1200d * log2(f2 / f1);
}
private static double log2(final double x) {
// Returns the logarithm dualis (log with base 2)
return Math.log(x) / Math.log(2);
}
private static float getFrequency(final int keyNumber,
final double concertAFreq) {
// Concert A Pitch is A4 and has the key number 69
final int KEY_A4 = 69;
// Returns the frequency of the given key (equal temperament)
return (float) (concertAFreq * Math.pow(2, (keyNumber - KEY_A4) / 12d));
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
final int PPQN = 16; // Pulses/Ticks per quarter note
Sequence sequence = new Sequence(Sequence.PPQ, PPQN);
final Track track = sequence.createTrack();
final double a4Freq = 500; // Hz
retune(track, a4Freq);
// Play chromatic Scale from C4 to B4
final int C4_KEY = 60;
final int B4_KEY = 71;
final long quarterTicks = PPQN;
long tick = 0;
for (int key = C4_KEY; key <= B4_KEY; key++) {
final int channel = 0;
final int velocity = 96;
final ShortMessage noteOn = new ShortMessage(ShortMessage.NOTE_ON,
channel, key, velocity);
track.add(new MidiEvent(noteOn, tick));
tick += quarterTicks;
final ShortMessage noteOff = new ShortMessage(
ShortMessage.NOTE_OFF, channel, key, 0);
track.add(new MidiEvent(noteOff, tick));
}
final Sequencer sequencer = MidiSystem.getSequencer();
sequencer.setSequence(sequence);
final CountDownLatch waitForEnd = new CountDownLatch(1);
sequencer.addMetaEventListener(e -> {
if (e.getType() == 47) {
waitForEnd.countDown();
}
});
sequencer.open();
sequencer.start();
System.out.println("started");
waitForEnd.await();
sequencer.stop();
sequencer.close();
System.out.println("ready");
}
Я использовал сообщение не в реальном времени в надежде, что его поддерживает больше синтезаторов, чем версия в реальном времени. Разница между не-реальным и реальным временем должна заключаться в том, что реальное время позволяет перенастраиваться во время игры. Версия не в реальном времени влияет только на ноты, сыгранные после перенастройки.
Это работает? Да, я записал вывод и проанализировал его с помощью Sonic Visualiser:
Как видите, пиковая частота для A4 на спектрограмме составляет почти 500 Гц.
person
Vertex
schedule
28.08.2014
