在 Java 中生成正弦波时背景中的噪声

Question

当我运行以下代码时，我在后台得到了轻微的失真（听起来像嗡嗡声）。由于其微妙的性质，它让人相信字节转换存在某种别名。

AudioFormat = PCM_SIGNED 44100.0 Hz，16 位，立体声，4 字节/帧，大端

注意：代码假定（目前）数据采用大端序。

public static void playFreq(AudioFormat audioFormat, double frequency, SourceDataLine sourceDataLine)
{
    System.out.println(audioFormat);
    double sampleRate = audioFormat.getSampleRate();
    int sampleSizeInBytes = audioFormat.getSampleSizeInBits() / 8;
    int channels = audioFormat.getChannels();

    byte audioBuffer[] = new byte[(int)Math.pow(2.0, 19.0) * channels * sampleSizeInBytes];

    for ( int i = 0; i < audioBuffer.length; i+=sampleSizeInBytes*channels )
    {
        int wave = (int) (127.0 * Math.sin( 2.0 * Math.PI * frequency * i / (sampleRate * sampleSizeInBytes * channels) )  );

        //wave = (wave > 0 ? 127 : -127);

        if ( channels == 1 )
        {
            if ( sampleSizeInBytes == 1 )
            {
                audioBuffer[i] = (byte) (wave);
            }

            else if ( sampleSizeInBytes == 2 )
            {
                audioBuffer[i] = (byte) (wave);
                audioBuffer[i+1] = (byte)(wave >>> 8);
            }
        }

        else if ( channels == 2 )
        {
            if ( sampleSizeInBytes == 1 )
            {
                audioBuffer[i] = (byte) (wave);
                audioBuffer[i+1] = (byte) (wave);
            }

            else if ( sampleSizeInBytes == 2 )
            {
                audioBuffer[i] = (byte) (wave);
                audioBuffer[i+1] = (byte)(wave >>> 8);

                audioBuffer[i+2] = (byte) (wave);
                audioBuffer[i+3] = (byte)(wave >>> 8);
            }
        }
    }

    sourceDataLine.write(audioBuffer, 0, audioBuffer.length);
}

Answer 1

您的 cmets 说代码采用大端序。

从技术上讲，您实际上以 little-endian 输出，但这似乎并不重要，因为幸运的是，您的最高有效字节始终为 0。

编辑：进一步解释 - 当您的值处于最大值 127 时，您应该编写 (0x00, 0x7f)，但代码的实际输出是 (0x7f, 0x00)，即 32512。发生这种情况接近正确的 16 位 最大值 32767，但底部 8 位全为零。最好始终使用 32767 作为最大值，然后根据需要丢弃低 8 位。

这意味着即使您输出的是 16 位数据，有效分辨率也只有 8 位。这似乎是音质不佳的原因。

我已经制作了您的代码版本，它只是将原始数据转储到文件中，并且看不到位移本身有任何其他问题。没有意外的符号变化或丢失位，但有符合 8 位采样质量的嗡嗡声。

此外，如果您根据样本计数计算波动方程，然后单独考虑字节偏移量，那么您的数学运算会更容易：

int samples = 2 << 19;
byte audioBuffer[] = new byte[samples * channels * sampleSizeInBytes];

for ( int i = 0, j = 0; i < samples; ++i )
{
    int wave = (int)(32767.0 * Math.sin(2.0 * Math.PI * frequency * i / sampleRate));
    byte msb = (byte)(wave >>> 8);
    byte lsb = (byte) wave;

    for (int c = 0; c < channels; ++c) {
        audioBuffer[j++] = msb;
        if (sampleSizeInBytes > 1) {
            audioBuffer[j++] = lsb;
        }
    }
 }

Answer 2

我假设您重复调用此代码以播放较长的声音。

您正在生成的波浪是否有可能在写入之前没有完成一个完整的周期？

如果波形在完成一个完整周期之前被“切断”，然后将下一个波形写入输出，您肯定会听到一些奇怪的声音，我认为这可能是导致嗡嗡声的原因。

例如：

        /-------\              /-------\              /-------\
  -----/         \       -----/         \       -----/         \
                  \                      \                      \
                   \-----                 \-----                 \-----

请注意此波各部分之间的脱节。这可能会引起嗡嗡声。