如何用c语言编歌曲

如何用C语言编歌曲

用C语言编歌曲，可以通过音频合成库、音符频率映射、定时器来实现。音频合成库，如Waveform Audio API，可以简化音频输出的操作。接下来，我们将详细讨论如何用C语言编写一个简单的歌曲。

一、音频合成库

在C语言中，音频合成库是实现音频输出的关键。我们将使用Windows的Waveform Audio API来生成和播放音频。Waveform Audio API提供了一组函数，用于处理音频数据的输入和输出。

1. Waveform Audio API简介

Waveform Audio API是Windows操作系统提供的一个音频处理接口。它允许开发者通过编程来生成、播放和录制音频。我们将使用这个API来生成乐音并播放。

2. 初始化音频设备

在使用Waveform Audio API之前，我们需要初始化音频设备。这包括打开音频设备并设置音频格式。

#include <windows.h>
#include <mmsystem.h>
void init_audio() {
    HWAVEOUT hWaveOut;
    WAVEFORMATEX wfx;
    wfx.nSamplesPerSec = 44100; // 采样率
    wfx.wBitsPerSample = 16;    // 每样本位数
    wfx.nChannels = 1;          // 通道数
    wfx.cbSize = 0;             // 大小
    wfx.wFormatTag = WAVE_FORMAT_PCM;
    wfx.nBlockAlign = wfx.nChannels * wfx.wBitsPerSample / 8;
    wfx.nAvgBytesPerSec = wfx.nSamplesPerSec * wfx.nBlockAlign;
    waveOutOpen(&hWaveOut, WAVE_MAPPER, &wfx, 0, 0, CALLBACK_NULL);
}

二、音符频率映射

为了编写歌曲，我们需要将音符映射到相应的频率。每个音符对应一个特定的频率，这些频率可以通过公式计算或者查表获得。

1. 音符和频率的关系

音符的频率可以通过以下公式计算：

[ f = f_0 times (2^{(n/12)}) ]

其中，( f_0 ) 是基准频率（例如A4 = 440Hz），n是音符相对于基准音的半音数。

2. 音符频率表

为了方便，我们可以预先定义一个音符频率表：

#define A4 440.0
double note_frequencies[] = {
    A4, A4 * pow(2.0, 1.0/12.0), A4 * pow(2.0, 2.0/12.0), // A4, A#4, B4
    A4 * pow(2.0, 3.0/12.0), A4 * pow(2.0, 4.0/12.0),     // C5, C#5
    // 继续添加其他音符频率
};

三、定时器

为了控制音符的时长和节奏，我们需要使用定时器。C语言中可以使用Sleep函数来实现定时。

1. 播放音符

我们可以通过生成一个正弦波来播放音符。以下是一个简单的示例：

#include <math.h>
void play_tone(double frequency, int duration) {
    HWAVEOUT hWaveOut;
    WAVEFORMATEX wfx;
    WAVEHDR whdr;
    short buffer[44100];
    // 初始化音频设备
    wfx.nSamplesPerSec = 44100;
    wfx.wBitsPerSample = 16;
    wfx.nChannels = 1;
    wfx.cbSize = 0;
    wfx.wFormatTag = WAVE_FORMAT_PCM;
    wfx.nBlockAlign = wfx.nChannels * wfx.wBitsPerSample / 8;
    wfx.nAvgBytesPerSec = wfx.nSamplesPerSec * wfx.nBlockAlign;
    waveOutOpen(&hWaveOut, WAVE_MAPPER, &wfx, 0, 0, CALLBACK_NULL);
    // 生成正弦波
    for (int i = 0; i < 44100; i++) {
        buffer[i] = (short)(32767 * sin(2 * M_PI * frequency * i / 44100));
    }
    // 准备和播放音频数据
    whdr.lpData = (LPSTR)buffer;
    whdr.dwBufferLength = 44100 * sizeof(short);
    whdr.dwFlags = 0;
    whdr.dwLoops = 0;
    waveOutPrepareHeader(hWaveOut, &whdr, sizeof(WAVEHDR));
    waveOutWrite(hWaveOut, &whdr, sizeof(WAVEHDR));
    // 等待音频播放完成
    Sleep(duration);
    // 清理
    waveOutUnprepareHeader(hWaveOut, &whdr, sizeof(WAVEHDR));
    waveOutClose(hWaveOut);
}

四、编写歌曲

现在，我们可以通过组合不同的音符和时长来编写歌曲。

1. 定义音符和时长

我们可以定义一组音符和对应的时长：

typedef struct {
    double frequency;
    int duration;
} Note;
Note song[] = {
    {note_frequencies[0], 500}, // A4, 500ms
    {note_frequencies[2], 500}, // B4, 500ms
    {note_frequencies[4], 500}, // C5, 500ms
    // 继续添加其他音符
};

2. 播放歌曲

通过循环播放音符，我们可以播放整首歌曲：

void play_song(Note* song, int length) {
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        play_tone(song[i].frequency, song[i].duration);
    }
}
int main() {
    init_audio();
    play_song(song, sizeof(song) / sizeof(song[0]));
    return 0;
}

五、优化和扩展

1. 动态生成频率表

我们可以通过动态生成频率表来支持更多音符：

void generate_frequency_table(double* table, int size, double base_frequency) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        table[i] = base_frequency * pow(2.0, (i - 9) / 12.0);
    }
}

2. 支持多声道

我们可以扩展代码以支持多声道音频输出。这需要修改音频数据生成逻辑和音频设备初始化。

3. 使用更高级的音频库

除了Waveform Audio API，我们还可以使用其他更高级的音频库，如PortAudio或FMOD。这些库提供了更强大的功能和更高的灵活性。

结论

通过音频合成库、音符频率映射和定时器，我们可以用C语言编写简单的歌曲。尽管这种方法相对基础，但它展示了音频编程的基本原理和技术。通过进一步优化和扩展，我们可以实现更复杂和高质量的音频应用。