吉他初学者学习网站搭建系列(3)——如何实现吉他在线调音

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背景知识
teoria
pitchy
tone
效果

背景知识

学过初中物理就会知道，声音是由空气振动产生的。振动产生波，所以声音就是不同振幅和频率的波构成的。振幅决定了声音的响度，频率决定了声音的音高。想更进一步了解的可以访问这个网页waveforms。

学过一点基础乐理的同学就知道，标准音（A4）的频率是440Hz，也就是说，每一个音其实是由它的频率决定的。在十二平均律中，一个音的八度音（及高八度后的音）的频率是这个音的两倍。而八度音跨了12个半音，所以每个半音平均相差2的1/12次方倍。例如，A4音的频率是440Hz，那么，B4的频率就是4402^(2/12)=493.88Hz（A和B跨两个半音）。以此类推，A5的频率就是4402=880Hz。

我们知道，吉他的六根弦分别是E2、A2、D3、G3、B3和E4。这四个音的音高可以根据上述的公示推到出来。那么当我们知道了吉他空弦的频率，我们就可以根据音频判断吉他的音高是否准确。但是有什么方法可以根据音名得到频率呢？

teoria

teoria是一个轻量级且快速的 JavaScript 音乐理论库，包括爵士乐和古典音乐。它旨在为音乐软件提供直观的编程界面。通过以下方法获取音频

const E2 = teoria.note('E2');
const fq = E2.fq();
// 82.41Hz
const name = E2.toString();
// E2

解决了吉他空弦频率问题，那么，当我们拨弦后，如何根据录音得到其对应的频率呢？

pitchy

我们用到pitchy这个库。这个库可以根据音频计算出频率，采用了Philip McLeod 和Geoff Wyvill在文章A Smarter Way to Find Pitch设计的算法。用法如下

  startRecord() {
      const audioContext = new window.AudioContext();
      const analyserNode = audioContext.createAnalyser();
      navigator.mediaDevices.getUserMedia({ audio: true }).then((stream) => {
        // 得到音频流
        this.audioStream = stream;
        audioContext.createMediaStreamSource(stream).connect(analyserNode);
        const detector = PitchDetector.forFloat32Array(analyserNode.fftSize);
        const input = new Float32Array(detector.inputLength);
        this.updatePitch(analyserNode, detector, input, audioContext.sampleRate);
      });
  },
  updatePitch(analyserNode, detector, input, sampleRate) {
      analyserNode.getFloatTimeDomainData(input);
      // 得到音高频率和清晰度
      const [pitch, clarity] = detector.findPitch(input, sampleRate);
      // ...
      // 每200ms检测一次频率
      setTimeout(()=> this.updatePitch(analyserNode, detector, input, sampleRate), 200);
    },

得到频率后，我们可以设计一个标准判定这个音已经调准了，例如，持续2s频率与标准频率差值小于2Hz。

 updatePitch() {
 	  // ...    
      this.delta = (this.pitch - this.currentNote.fq()).toFixed(2);
      if (Math.abs(this.delta) < 2) {
        if (firstCorrectTimeStamp === 0) {
          firstCorrectTimeStamp = new Date().getTime();
        } else {
          // 进度条
          this.correctProgress = (new Date().getTime() - firstCorrectTimeStamp) / 1000 / 2 * 100;
          // 判定为已调准
          if (this.correctProgress >= 100) {
            this.correctNoteList.push(this.currentNote);
            this.stopRecord();
            return;
          }
        }
      } else {
        firstCorrectTimeStamp = 0;
        this.correctProgress = 0;
      }
      // ....
}

这里我设计了一个时钟样式的进度条，如下图，当2s时长达到，进度100%。

用到了css样式的background的conic-gradient属性，可以自行了解下。
如果想再完善下，我们还可以在点击某个音时，播放这个音的音高。如何实现？

tone

这里我使用了tone这个包。Tone.js 是一个网络音频框架，用于在浏览器中创建交互式音乐。 Tone.js 的架构旨在让创建基于 Web 的音频应用程序的音乐家和音频程序员都熟悉。由于直接使用默认方式的效果并不是吉他，我这边在另一个网站找到了这几个音的mp3音频，作为输入，代码如下

playPitch(note) {
	this.sampler = new Tone.Sampler({
      urls: {
        "e2": "e2.mp3",
        "a2": "a2.mp3",
        "d3": "d3.mp3",
        "g3": "g3.mp3",
        "b3": "b3.mp3",
        "e4": "e4.mp3",
      },
      baseUrl: IP,
    }).toDestination();
	Tone.loaded().then(() => {
		this.sampler.triggerAttackRelease(note.toString(), 1);
	});
},