XNA 动态音频的 C# 环绕弧度角

Question

编辑 2 + 答案

原来我需要在0 和Frequency*2*Math.pi 之间进行换行。

所有发帖的人都为解决这个问题做出了贡献。由于客人的声誉最低，我只是将他的帖子标记为答案。非常感谢大家，这让我发疯了！

编辑 1

这是我的 WrapValue 方法，之前应该考虑过发布。它不像 Chris Taylor 那样复杂，但它对我的影响是一样的。

public static double WrapValue(double value, double min, double max)
{
    if (value > max)
        return (value - max) + min;
    if (value < min)
        return max - (min - value);
    return value;
}

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这可能适合 Gamedev，但它不是游戏性的，而是更多的代码和数学，所以我把它放在这里。

我正在尝试使用新的 XNA 4.0 DynamicSoundEffectInstance 类将我的 Xbox 变成一个数字乐器，并且我每秒都会收到一次点击。我已经确定这是由于任何尝试将我的域值包装在 0 和 2*pi 之间造成的。

我编写了一个名为 SineGenerator 的小类，它只维护一个 DynamicSoundEffectInstance 并将使用Math.Sin() 生成的样本缓冲区提供给它。

因为我想要精确并使用 44.1 或 48k 采样率，所以我保留了 double x（我输入的角度 Math.Sin()）和 double step，其中 step 是 2 * Math.PI / SAMPLING_FREQUENCY .每次我为 DynamicSoundEffectInstance.SubmitBuffer() 生成数据时，我都会将 x 增加 step 并将 sin(frequency * x) 添加到我的样本缓冲区（截断为 short，因为 XNA 仅支持 16 位样本深度）。

我认为我最好将角度包裹在 0 和 2*pi 之间，这样我就不会因为 x 变大而失去精度。但是，这样做会引入点击。我编写了自己的 double WrapValue(double val, double min, double max) 方法，以防 MathHelper.WrapAngle() 搞砸了。 Math.PI 和 -Math.PI 或 0 和 2*Math.PI 之间的环绕都不会消除点击。但是，如果我不费心包装该值并让它增长，那么点击就会消失。

我认为这与 .NET trig 函数的准确性有关，如何 sin(0) != sin(2*pi)，但我知道的不够多，无法判断。

我的问题：为什么会发生这种情况，我是否应该费心折角？

代码：

using System;
using Microsoft.Xna.Framework.Audio;
using Microsoft.Xna.Framework;

namespace TestDynAudio
{
    class SineGenerator
    {
  // Sample rate and sample depth variables
  private const int BUFFER_SAMPLE_CAPACITY = 1024;
  private const int BIT_RATE = 16;
  private const int SAMPLING_FREQUENCY = 48000;
  private readonly int BYTES_PER_SAMPLE;
  private readonly int SAMPLE_BUFFER_SIZE;

        private DynamicSoundEffectInstance dynSound = new DynamicSoundEffectInstance(SAMPLING_FREQUENCY, AudioChannels.Mono);
  private double x = 0; // The domain or angle value
  private double step;  // 48k / 2pi, increment x by this for each sample generated
  private byte[] sampleData; // The sample buffer
  private double volume = 1.0f; // Volume scale value

  // Property for volume
  public double Volume
  {
   get { return volume; }
   set { if (value <= 1.0 && value >= 0.0) volume = value; }
  }

  // Property for frequency
  public double Frequency { get; set; }

        public SineGenerator()
        {
   Frequency = 440; // Default pitch set to A above middle C
   step = Math.PI * 2 / SAMPLING_FREQUENCY;
   BYTES_PER_SAMPLE = BIT_RATE / 8;
   SAMPLE_BUFFER_SIZE = BUFFER_SAMPLE_CAPACITY * BYTES_PER_SAMPLE;
   sampleData = new byte[SAMPLE_BUFFER_SIZE];

   // Use the pull-method, DynamicSoundEffectInstance will
   // raise an event when more samples are needed
   dynSound.BufferNeeded += GenerateAudioData;
        }

  private void buildSampleData()
  {
   // Generate a sample with sin(frequency * domain),
   //   Convert the sample from a double to a short,
   //   Then write the bytes to the sample buffer
   for (int i = 0; i < BUFFER_SAMPLE_CAPACITY; i++)
   {
    BitConverter.GetBytes((short)((Math.Sin(Frequency * x) * (double)short.MaxValue) * volume)).CopyTo(sampleData, i * 2);

    // Simple value wrapper method that takes into account the
    // different between the min/max and the passed value
    x = MichaelMath.WrapValue(x + step, 0, 2f * (Single)Math.PI);
   }
  }

  // Delegate for DynamicSoundInstance, generates samples then submits them
  public void GenerateAudioData(Object sender, EventArgs args)
  {
   buildSampleData();
   dynSound.SubmitBuffer(sampleData);
  }

  // Preloads a 3 sample buffers then plays the DynamicSoundInstance
  public void play()
  {
   for (int i = 0; i < 3; i++)
   {
    buildSampleData();
    dynSound.SubmitBuffer(sampleData);
   }
   dynSound.Play();
  }

  public void stop()
  {
   dynSound.Stop();
  }
    }
}

Answer 1

我猜你的 Wrap 函数工作正常，但你没有使用 Sine(x) 你正在使用 Sine(Frequency * x) - 如果 Frequency*x 不产生 2*PI 的整数倍，那么你得到流行音乐。尝试包装 Frequency*x 以消除流行音乐。

Answer 2

你没有显示你的换行功能，我做了一个快速测试，下面没有发出任何咔哒声。

我的快速换行功能

public static float Wrap(float value, float lower, float upper)
{
  float distance = upper - lower;
  float times = (float)System.Math.Floor((value - lower) / distance);

  return value - (times * distance);
}

这样称呼

x = Wrap((float)(x + step), 0, 2 * (float)Math.PI);

Answer 3

为您的 wrap 函数将双精度数转换为浮点数会导致精度错误吗？无论如何，这样做的目的是什么，因为您最初使用的是双打并获得双打。毕竟，您每秒进行 48k 次转换，并且会累积错误。如果 xstep 超过 2PI，您的 wrap 函数也将不起作用，但我不知道这会如何发生......

如果您停止转换为浮点数并且这不能解决您的问题，我建议您创建一个 x2 变量并设置一个断点以查看为什么值不同：

// declarations
private double x2 = 0;
private byte[] sampleData2 = new byte[BUFFER_SAMPLE_CAPACITY * BYTES_PER_SAMPLE];

// replace your for loop with this and set a breakpoint on
// the line with Console.WriteLine()
for (int i = 0; i < BUFFER_SAMPLE_CAPACITY; i++)
{
    BitConverter.GetBytes((short)((Math.Sin(Frequency * x) * (double)short.MaxValue) * volume)).CopyTo(sampleData, i * 2);
    BitConverter.GetBytes((short)((Math.Sin(Frequency * x2) * (double)short.MaxValue) * volume)).CopyTo(sampleData2, i * 2);

    if (sampleData[i * 2] != sampleData2[i * 2] || sampleData[i * 2 + 1] != sampleData2[i * 2 + 1]) {
        Console.WriteLine("DIFFERENT VALUES!");
    }

    // Simple value wrapper method that takes into account the
    // different between the min/max and the passed value
    x = MichaelMath.WrapValue(x + step, 0, 2f * (Single)Math.PI);
    x2 = x2 + step;
}