如何用python播放曲谱

使用Python播放曲谱可以通过MIDI文件、合成音频库、MIDI接口等方式实现。MIDI文件便于与其他音乐软件兼容、合成音频库提供灵活的音频处理能力、MIDI接口允许实时演奏和控制。下面我们将详细讨论这些方法及其实现细节。

一、MIDI文件

MIDI（Musical Instrument Digital Interface）是一种广泛用于音乐制作的数字协议。使用MIDI文件可以通过Python程序播放曲谱。Python有多个库可用于处理和播放MIDI文件，如mido和pygame.midi。

Mido库

Mido是一个Python库，用于处理MIDI文件。它可以用来读取、写入和播放MIDI文件。要使用mido播放MIDI文件，首先需要安装mido库以及MIDI播放后端python-rtmidi。

pip install mido python-rtmidi

安装完成后，可以编写以下代码来播放MIDI文件：

import mido
from mido import MidiFile
打开MIDI输出端口
outport = mido.open_output()
读取MIDI文件
mid = MidiFile('your_file.mid')
播放MIDI文件
for msg in mid.play():
    outport.send(msg)

上述代码中，MidiFile用于读取MIDI文件，mido.open_output()打开默认的MIDI输出端口，然后通过循环将MIDI消息发送到输出端口以播放音乐。

Pygame.midi库

pygame是一个用于编写多媒体应用程序的库，pygame.midi模块可以用来播放MIDI文件。首先需要安装pygame库：

pip install pygame

然后可以编写以下代码来播放MIDI文件：

import pygame.midi
初始化pygame.midi
pygame.midi.init()
打开MIDI输出端口
player = pygame.midi.Output(0)
选择乐器（可选）
player.set_instrument(0)
播放音符（音符编号，力度，持续时间）
player.note_on(60, 127)  # 中央C
pygame.time.wait(500)  # 等待500毫秒
player.note_off(60, 127)
关闭MIDI输出端口
del player
退出pygame.midi
pygame.midi.quit()

pygame.midi的优势在于可以实时控制MIDI事件，适合需要动态生成音乐的应用。

二、合成音频库

除了MIDI文件，Python还可以通过合成音频库来生成和播放曲谱。这些库提供了创建、合成和处理音频信号的功能。

PyDub库

PyDub是一个强大的音频处理库，支持多种音频格式和操作。可以使用PyDub生成简单的音频并播放。

首先需要安装PyDub和simpleaudio（用于播放音频）：

pip install pydub simpleaudio

然后可以使用如下代码生成并播放一个简单的音符：

from pydub import AudioSegment
from pydub.generators import Sine
生成一个440Hz的正弦波，持续1秒
tone = Sine(440).to_audio_segment(duration=1000)
播放音频
play(tone)

上述代码使用PyDub生成一个正弦波音符，并使用simpleaudio库播放音频。

Music21库

Music21是一个用于音乐学研究的Python库，但也可以用于生成和播放音乐。Music21能够解析音乐符号，并通过MIDI或音频合成器播放。

安装music21库：

pip install music21

使用Music21可以编写如下代码来生成和播放一个简单的音符：

from music21 import note, stream
创建一个音符
n = note.Note("C4")
n.duration.quarterLength = 1.0
创建一个乐谱流并添加音符
s = stream.Stream()
s.append(n)
使用MIDI合成器播放
s.show('midi')

Music21提供了丰富的音乐符号解析和处理功能，是音乐分析和生成领域的有力工具。

三、MIDI接口

对于需要实时演奏和控制的应用，可以使用MIDI接口。MIDI接口允许Python程序与MIDI设备通信，发送和接收MIDI消息。

Python-rtmidi库

python-rtmidi是一个用于MIDI I/O的跨平台Python库。可以使用python-rtmidi连接到MIDI设备，并实时发送和接收MIDI消息。

首先需要安装python-rtmidi库：

pip install python-rtmidi

然后可以编写以下代码来发送MIDI消息：

import rtmidi
初始化MIDI输出
midiout = rtmidi.MidiOut()
列出可用的MIDI端口
available_ports = midiout.get_ports()
if available_ports:
    midiout.open_port(0)
else:
    midiout.open_virtual_port("My virtual output")
发送MIDI消息（音符开启）
note_on = [0x90, 60, 112]  # 音符60，力度112
midiout.send_message(note_on)
延迟后发送音符关闭消息
time.sleep(1)
note_off = [0x80, 60, 0]
midiout.send_message(note_off)
关闭MIDI输出
del midiout

上述代码使用python-rtmidi发送MIDI消息来控制MIDI设备的音符演奏。

四、总结

利用Python播放曲谱可以通过多种方式实现，包括使用MIDI文件、合成音频库和MIDI接口等。每种方法都有其独特的优势和应用场景。对于处理现有音乐文件，MIDI文件是一个方便的选择；对于需要生成和合成音频，PyDub和Music21等合成音频库提供了强大的功能；而对于实时控制和演奏，python-rtmidi等MIDI接口是理想的选择。通过这些工具，用户可以实现从简单的音符播放到复杂的音乐生成的多样化应用。