8bit音乐的一些相关知识

xilinx暑期学校的时候有个8bit声卡的题目很感兴趣。当时没有做，现在来研究研究。
首先先来看看8bit音乐是什么吧

文章目录

8bit的产生和历史
8bit音乐原理
- 音效芯片
- 方波
- 三角波
- 噪声
- 采样
用python来进行一些声音生成^[[Python 输出声音](https://www.cnblogs.com/jameswong15/p/9316871.html)]
参考资料

8bit的产生和历史

bit顾名思义就是位的意思。我们都学过一个n位二进制数可以有 $2^n$ 中可能的表示。
8bit是指声音的每一个采样由8bit组成，也就是每个采样值有256种可能。

小时候老爸带我玩过一些游戏，比如我最喜欢的魂斗罗、赤色要塞（KONAMI牛逼！！！）

魂斗罗

赤色要塞

一个经典电子音下载站

这些听起来十分带感的游戏正是8bit音乐。
传统意义上讲，8-bit音乐是一种芯片音乐。
由于
早期的游戏机发声单有限，难以存储产生丰富和旋的乐音，芯片通常用方波、三角波、白噪声等基本波形组合出了层次丰富的音乐作品。
于是带着镣铐跳舞的艺术家们创造了一种Lo-Fi（Hi-Fi震怒）的新的音乐风格。
工程师和艺术家们将基本的声音合成引擎植入到硬件当中，使其在运行游戏时实时合成，故得名芯片音乐。

七十年代时，电脑等电子设备往往没有声卡，只有蜂鸣器通过改变频率来表示一定的频率。
在1983年，FC在日本发行，(1985年NES在美国发行），设备有了五个声道，声音也渐渐变的丰富了起来。¹

8bit音乐原理

音效芯片

任天堂的音效芯片是由RICOH公司制造的2A03E芯片²
在这里插入图片描述
共有5个声道，分别是2声道方波，1声道三角波，1声道噪音，1声道采样。³^{(后面一些波形图等也来自于这个视频)}

方波

方波占两个声道，因为有不同的比例的波形，可以产生不同音调的声音，可以类比为电声乐队的两把吉他。
在这里插入图片描述
在2A03E中共有四种波形可以选择

除此之外还有75%的波，其听上去和25%几乎相同，从波形上讲相当于是加了反相。

三角波

三角波，顾名思义，就是波峰波谷全为三角形，可以类比为电声乐队的贝司
在这里插入图片描述
通常被用作低声部使用。

噪声

噪音占一声道，在FC游戏的音乐和音效中是最常见的，爆炸声、脚步声、碰撞声以及音乐的节奏点等等都是用噪音制作的。

比起制造音效，更重要的作用的打节奏。因为噪音比起方波三角波更有辨识度，能够营造比较好的节奏感，可以类比为电声乐队的鼓。

采样

音名频率表
在这里插入图片描述

在上述基本波形中，矩形脉冲波可以调节占空比来调节音色，其音色明亮，适用于旋律线；三角波的高频分量更低，适合用于低声部；锯齿波介于二者之间。短时白噪声常用于节奏。

用python来进行一些声音生成⁴

要生成方波或者三角波，我们可以定义函数，其将t时刻对应的离散波形值输出。

def triangleWave(fre,amp = 0.4): '''对连续三角波函数离散取样''' wave_length = sample_rate//fre  波长 = 采样率/频率 def sampler(t): saw_wave = t / wave_length - floor(t / wave_length + 0.5)  锯齿波 tri_wave = 2 * abs(2*saw_wave) - 1  通过绝对值反折 return amp * tri_wave return sampler

同理可有方波

def SquareWave(fre,amp=0.4,dutyCycle = 0.25): '''对方波进行离散取样''' wave_length = sample_rate//fre  波长 = 采样率/频率 high = wave_length*dutyCycle def sampler(t): cur = t%wave_length if cur<high: return amp else: return 0 return sampler

接下来可以将其编码，并将某段时长的内容写入到本地文件中，然后听听效果。

def encode(x): '''将-1到1的浮点数编码进两个字节(放大到-16384~16384,范围为32768)，https://docs.python.org/3/library/struct.html''' i = int(16384 * x) return Struct('h').pack(i) def writeWave(sampler,name='wave.wav',seconds = 2): out = open(name,'wb') out.setnchannels(1) out.setsampwidth(2) out.setframerate(sample_rate) t = 0 while t < seconds *sample_rate: sample = sampler(t) out.writeframes(encode(sample)) t += 1 out.close()

参考资料

知乎上和弦如何制作8-bit音乐？ ↩︎
Nice Chord 好和弦附带练习乐谱下载流行歌編曲教學第101p ↩︎
无门槛利用web技术创作8bit音乐（实践篇） ↩︎
Python 输出声音 ↩︎

今天的文章 8bit音乐的一些相关知识分享到此就结束了，感谢您的阅读。