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摘 要：主要研究电子音乐系统。介绍了相关声音合成技术，完成了基于Android平台的系统框架设计。开发平台采用音频开发组件简单易操作的MIT App Inventor技术，阐述了音频模块的使用方式，在此基础上完成了随机移动音乐系统的设计与实现过程，检测结果表明该系统具备通用的实现框架，具有较高的实际应用价值。
关键词：电子音乐系统; Android平台; 声音合成; 实现路径
中图分类号：TP311.52
文献标志码：A
文章编号：1007-757X（2019）10-0102-04
Abstract：This paper mainly studies the electronic music system， introduces the related sound synthesis technology， and completes the system framework design based on Android platform. The development platform adopts MIT App Inventor technology which is easy to operate with audio development components. This paper expounds the use of audio module， and on this basis completes the random moving sound. The design and implementation of the music system are completed. The test results show that the system has a general framework for implementation of different audio modes， and has high practical value.
Key words：Electronic music system; Android platform; Voice synthesis; Realization path
0 引言
随着移动终端技术的发展和完善，电子音频技术在移动终端的应用得以普及，但多通过手机对某种乐器进行模拟以产生类似的声音效果，用户需要更多样化的音源，对移动终端进行简单易懂的电子音乐交互式系统搭建具有较高的实际应用价值，有助于随机音乐即兴演奏以实现即兴创作的功能，一定程度上对演出模式进行了创新，提升用户体验。
1 数字音频设计
1.1 调频式声音合成
调频（FM）在对信息进行表示时通过记录载波的瞬时频率变化实现，载波的频率作离散跳变（根据数据序列的值），调频合成声音的基本原理为：
在实际的频率调制过程中，载波体的振幅保持不变;调制体的频率、振幅、波形（或音色）分别对载波体频率的速度变化、载波频率的深度变化、载波频率的波形变化产生影响。
这是因为音频信号的改变通常具有周期性，调频合成理论包含两个元素即发音/载波体（实际发声的频率振荡器）和调制体（调整变化载波所发出的声音），因此调频合成理论的重点在于载波频率、调制体频率及调制数值。基本的调频工具包含稳定不变的载波频率fc（被加在调制振荡器的输出上）、调制频率FM两个正弦曲线振荡器，振荡器具有周期性的频率、振幅、波形，当调制器发声时，来自调制振荡器的信号使载波振荡器的频率上下波动。调制体的振幅在频率调制技术中起到关键作用，载波频率调制后变化的深度受到其影响的程度较大，即载波的频率变化在FM中会受到调制体振幅变化的影响。
1.2 基于滤波的声音合成技术
为使用户对音源的多种操作得以实现，本文对手机两个定位传感器的映射主要通过样品音源的设计实现，基于不同的滤波器完成Patch的创建：高通滤波器可有效阻止低频率通过，降低信号中的低频干扰，其特性可用冲激及频率响应进行描述;高音消除滤波器种类较多，较为常用的是巴特沃斯和切比雪夫滤波器;带通滤波器允许特定频段的波通过。在Max MSP中，主要使用消除杂波，各滤波器的参数值可进行不同的设置（如粗糙度中断、带宽、增益、中间频率等），在此基础上设计同一声音文件生成类似的噪音音源，加载声音文件时使用了对象控件（buffer、groove），实时监控经过不同滤波器处理的信号波形通过biquad对象控件完成，音源设计者通过各滤波器上的display按钮能够对不同的滤波器进行选择，两个低通滤波器完成不同的截止频率和带宽参数值设置后再进行串联处理，从而实现二阶低通滤波器的创建，将此前设置的参数值使用scale以及ctlin控件功能实现同MIDI键盘旋钮间的映射;对于相同声音信号的处理，则通过高通和低通滤波器的并联构建一个带通滤波器实现[1]。
2 音频程序的开发设计
开发人员通过组件对应用程序功能进行设置，各组件具备不同的方法、事件、属性，主要采用MIT App Inventor完成，有限的媒體组件如图2所示。
对声音操作的实现：
（1） 播放器组件Player，作为非可见组件，主要完成音/视频文件的播放及电话振动的控制，媒体文件的文件名可在Designer、Blocks Editor完成指定Source属性的设置，其中音量设置范围通常在0到100间且需取整数，在Source属性不同声音样本的播放通过Set Source To … mp3进行设置，通过Start或Pause键对所需操作进行控制，设计程序时使用播放器组件播放长声音文件（如歌曲）[2]，核心代码如下：
（Components_ Player ）
"Properties
If set， the media is looping
or Is Playing
Audio or video file associated with this player.
Volume between 0 and 100.
Methods
Pauses playing the audio or video file
Starts playing the audio
Stops playing the audio
Vibrate（number milliseconds）
Activate the phone"s vibration motor
CompletedQ Media has finished playing.”
（2） 聲音Sound，对指定的声音文件实现在块编辑器中的播放，在Designer、Blocks Editor中可以修改声音文件播放的名称，适合短的声音文件播放，设计该程序时，不同短文件的播放使用Set Source To … mp3实现，播放程序的控制则可通过使用Start/Stop Methods实现，核心代码如下：
（Components_Sound）
"Properties
Audio file associated with this sound
Minimum time before sound is repeated
Methods
Pauses playing the audio file
Starts playing
Resumes playing a paused audio file
Stops playing the audio file
Vibrate（number millisecs）
Activate the phone"s vibration motor
3 随机移动音乐系统的实现
对音乐元素和形式进行随机组合，可以留给演奏者更大的创作空间，以实现不同音乐风格，具体可通过应用MIT App Inventor中数量相对有限的随机元素等软件程序实现随机移动音乐系统。
（1） 使用随机函数模块，具体如图3所示。
能够完成随机选择性功能的创建，在所有的声音样本列表中，某个音源的随机选择通过pick random item实现，或在random integer模块中产生一个随机数（在一定范围内），再通过条件控制模块（ if. . . else…）产生一个声音（通过大于/小于给定值）。
（2） 使用Designer的用户界面进行设计，基本步骤为：添加7 个球到App Designer画布上，并完成了开始（start）、显示（display）、隐藏（hide）、添加（add）和减少（minus）等按钮的设置，实现用户对画布界面进行显示/隐藏，在此基础上可根据实际需要完成小球的添加/减小操作;然后对功能界面进行设计（在编辑器程序块），标记不同颜色的小球以一个随机的初始位置接触到画布边缘后（滚动的速度和方向也是随机的）会触发特定的声音样本，通过各小球的组合形式实现了音乐系统整体风格的随机描述，如图4所示[3]。
当运动的球碰撞到其他小球时，小球的方向将会发生改变并触发到特点的声音样本，具体操作逻辑如图5所示。
除此之外用户在balls-dragging中可通过各球的拖动，实现对球的走向的自由决定，从而增加了音乐创作的随机性[4]。
（3） 使用手机内置传感器实现
通过在智能手机中创建两个按钮对加速度计和方向传感器进行控制，界面中设有动画指南针，在此基础上设计了三个模块（赋予显著差异的值）功能在于：一组相似但不同的声音样本的播放通过方向传感器实现;画布中运动的若干个小球的控制通过加速度计传感器实现，以达到声音效果间接控制的目的;所有小球在用户通过摇晃手机过程中集聚到画布中心后分散到各个方向，进而实现音频信号的随机产生，完成即兴音乐的创作工作。
4 系统测试
为检测本文所设计的基于Android平台的电子音乐系统的实用性，具体通过对系统的实际操作，以检测通过系统界面和手机传感器在实际中的实用效果，检测结果表明该系统具备良好的操作界面，能够实现控制音源和改变音效的功能，通过小球间的随机碰撞可有效实现音频信号的随机产生，根据用户的实际需要，完成即兴音乐的创作工作，为电子技术在艺术系统中的应用提供参考，虽具备通用的实现框架，但为确保系统正常工作，基于音乐艺术性和技术工艺性的考虑，系统在不同版本手机中的应用还有待于逐步调试更改，以适应多用户协调合作策略。
5 总结
本文主要研究了电子音乐系统，介绍了相关声音合成技术，完成了基于Android平台的系统框架设计，开发平台采用音频开发组件简单易操作的MIT App Inventor技术，阐述了音频模块的使用方式，在此基础上完成了随机移动音乐系统的设计与实现过程，检测结果表明该系统具备通用的实现框架，具有较高的实际应用价值。
参考文献
[1] 柳来星，张渊博.“楚地制躁”独立音乐系统的设计与实现[J].计算机产品与流通，2018（5）：160-161.
[2] 杨领，张珣.无线分布式背景音乐系统的设计[J].物联网技术，2015（8）：80-83.
[3] 张潮.在线音乐系统的设计与实现[J].科技展望，2016（23）：7-8.
[4] 薛喆.电脑音乐系统与MIDI音乐制作探讨[J].音乐时空，2016（8）：47-48.
（收稿日期：2018.10.08）
