Java 哔声：产生某些特定频率的声音

Question

我正在尝试使用 Java 产生哔声。我在 SO 上找到了this 的答案。

我正在使用该答案中的代码来产生哔哔声。代码是：

import javax.sound.sampled.*;
public class Sound
{
    public static float SAMPLE_RATE = 8000f;
    public static void tone(int hz, int msecs) 
    throws LineUnavailableException 
    {
        tone(hz, msecs, 1.0);
    }

    public static void tone(int hz, int msecs, double vol)
    throws LineUnavailableException 
    {
        byte[] buf = new byte[1];
        AudioFormat af = new AudioFormat(SAMPLE_RATE,8,1,true,false);     
        SourceDataLine sdl = AudioSystem.getSourceDataLine(af);
        sdl.open(af);
        sdl.start();
        for (int i=0; i < msecs*8; i++) {
              double angle = i / (SAMPLE_RATE / hz) * 2.0 * Math.PI;
              buf[0] = (byte)(Math.sin(angle) * 127.0 * vol);
              sdl.write(buf,0,1);
        }
        sdl.drain();
        sdl.stop();
        sdl.close();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Sound.tone(15000,1000); 
    }
}

在main 方法中，我使用Sound.tone(15000,1000); 产生频率15000 Hz 播放1000 ms

的声音

但是，如果我把它改成这样，我就能听到声音：

• Sound.tone(1,1000);，.
• Sound.tone(19999,1000);

从科学上讲，这是不可能的。

• 在第一种情况下，声音应该是次声波，我应该无法感知。
• 在第二种情况下，我应该还是听不到声音，因为随着年龄的增长，听力会下降，我这个年龄的人应该只能听到大约16000 赫兹。

此外，我听不见：

• Sound.tone(0,1000);（有点符合预期）
• Sound.tone(20000,1000);

那么，我怎样才能产生某些特定频率的声音？
我在互联网上搜索，但找不到任何相关信息。

在此编辑之前给出的答案解释了它发生的原因，但没有给出我想要的答案。

Answer 1

您遇到的是一种称为混叠的现象。您可能已经在视频中目睹了这样的例子，其中纺车似乎旋转缓慢甚至反向旋转。这是因为轮子的旋转仅比每个视频帧的完整转数的倍数多一点或少一点。同样，如果轮子每帧旋转准确的圈数，它将看起来是静止的。这被称为混叠的原因是无法知道它实际旋转了多少圈。

音频采样具有相同的伪影，被称为奈奎斯特采样定理，它基本上表明您只能表示高达采样率一半的频率（奈奎斯特频率）。超出这个频率，音调开始向下折叠（例如向后转）。

在 8kHz 采样率下，0Hz 到 4kHz 的频率可以正常播放（4 kHz 正弦波每个周期有 2 个采样）。超过 4kHz 频率将开始折返，这样 4001Hz 被听到为 3999，5000Hz 被听到为 3000Hz，最终 8000Hz 被听到为 0Hz（因此静音）。超过 8kHz 时，它将再次开始折叠，因此 8001Hz 为 1Hz，依此类推。

关键是您需要选择一个至少是您计划播放的最高频率两倍的采样率。

Answer 2

刚刚在我的扬声器前用吉他调音器重新检查过 - 您提供的方法对于低频是准确的。

但是，如果您的音量太低，您可能会听到泛音或“断断续续”的声音，因为扬声器在次声波中的工作不太好（至少我明白了）

在 高 频率上，您的代码计算得不太好 - 每秒 8000 个样本的采样率，您将很快为较高频率创建“无效”音调 - 正弦波振荡只会不小心与您的采样率对齐。所以你会得到一些你可以听到的高频（基本上是因为你的样本总是达到一些非零值）或听不到（你的所有样本都发生在波通过空值的时候。

检查此循环（打开扬声器）：

 public static void main(String[] args) throws Exception {
    for(int freq = 400; freq < 20000; freq *= 2) {
        Sound.tone(freq,500);
    }
 }

由于刚才描述的原因，你会在结尾听到低-高-低-高。

另一个测试：

  Sound.tone(8000,500);   

绝对沉默，并且

  Sound.tone(8001,500);

发出非常时髦的声音。