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C++程序：数字转音频

2023-06-27 00:09:42 深夜i -- --

C++ 数字音频转换

数字和音频在日常生活中扮演着重要的角色。数字可以通过计算机编程转化为音频信号，这是一种非常有趣的技术。本文将介绍一种使用C++编写的数字转音频程序。

首先，需要了解数字和音频之间的关系。在计算机中，数字以二进制形式表示。而音频信号是一种连续的模拟信号，可以用波形来描述。因此，需要将数字信号转化为波形信号才能生成音频。

C++是一种功能强大的编程语言，可以轻松进行数字和音频信号之间的转换。下面是一个简单的C++程序，用于将数字转化为音频信号：


#include <iostream>
#include <cmath>
#include <fstream>
using namespace std;
const int SAMPLE_RATE = 44100;
const int AMPLITUDE = 32767;
const double TWO_PI = 6.28318;
void writeWAV(const char* filename, double* data, int numSamples) {
  ofstream file(filename, ios::out | ios::binary);
  file.write("RIFF", 4);
  file.write((char*)&(numSamples * 2 + 36), 4);
  file.write("WAVE", 4);
  file.write("fmt ", 4);
  file.write((char*)&16, 4);
  short int one = 1;
  file.write((char*)&one, 2);
  file.write((char*)&1, 2);
  file.write((char*)&SAMPLE_RATE, 4);
  file.write((char*)&(SAMPLE_RATE*2), 4);
  file.write((char*)&2, 2);
  file.write((char*)&16, 2);
  file.write("data", 4);
  file.write((char*)&(numSamples * 2), 4);
  file.write((char*)data, numSamples * 2);
  file.close();
}
double freq(int note) {
  return 440.0 * pow(2.0, (note-69)/12.0);
}
void tone(double hz, double seconds, double* buffer) {
  int N = SAMPLE_RATE * seconds;
  for (int n = 0; n < N; n++) {
    buffer[n] = (int)(AMPLITUDE * sin(TWO_PI * n * hz / SAMPLE_RATE));
  }
}
int main() {
  double buffer[SAMPLE_RATE];
  double hz = freq(60);
  tone(hz, 2.0, buffer);
  writeWAV("test.wav", buffer, SAMPLE_RATE*2);
  return 0;
}

程序的主函数定义了一个440Hz的音调，并在文件中保存为test.wav。该程序使用很多库函数，其中重要的一些包括C++标准库、cmath函数库和fstream文件流库。

首先，程序定义了一些常量，如采样率、振幅和pi倍数等。然后，程序声明了两个函数：writeWAV和freq。

writeWAV的作用是将程序生成的音频信号写入文件。它采用了二进制文件流，并将必要的音频文件头信息写入文件。data数组存储生成的音频信号，numSamples告诉程序将几个样本写入文件。

freq函数用于计算音符的频率。由于每个半音的频率都是前一个半音的频率的2^(1/12)倍，故使用pow计算半音角度后，直接将其乘以440即可找到相应的Hertz频率。

tone函数定义了一个音符的波形。给出Hertz频率、持续时间和缓冲区名字，该函数使用40000Hz采样率生成波形。通过计算sin(2pi*Hertz*t)并将该函数与振幅乘积，该程序将Hertz频率转换为波形格式。

最后在主函数中调用代码生成一个两秒钟的60音符，并将结果存储为文件test.wav。

这个程序是一个非常简单的数字到音频转换器，目前只支持单音符。但是，它可以作为扩展程序，以实现更复杂的音乐生成。此外，使用其他音符和采样率也是值得尝试的。

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