交互式音频程序开发

本书结合程序实例详细讲解了Pure Data的使用方法，让电子音乐与交互艺术创作者能够快速掌握这款业界知名的交互作品设计工具。此外，本书还对各类互动控制设备在音频程序中的基本用法作出介绍，读者可以参考书中实例轻松设计出带有交互性的数字媒体作品。 

这是一本关于如何为电子音乐、数字交互艺术开发音频程序的图书。该书从声学、数字
音频以及计算机通信基础入手，结合Pure Data示例程序分类讲解各种声音合成与实时处理技术的实现方法，并介绍如何通过支持 MIDI、OSC 协议的交互设备为程序增加交互形式，帮助声音设计师与艺术创作者完成交互式的声音作品。

童雷，北京电影学院声音学院教授、院长。中国录音师协会副理事长兼专业教育工作委员会主任委员，中国电影家协会电影声音艺术工作委员会副主任委员，中国电影电视技术学会高ji会员，中国音像协会音视频工程专业委员会委员，美国音频工程师协会会员。毕业于清华大学及北京电影学院，主要从事电影声音、建筑声学、综合媒体技术等领域的教学、研究与创作。
韩柯，声音设计师，软件工程师。毕业于北京电影学院综合媒体技术专业，曾为JWT、G2工作室的交互式广告项目进行装置原型开发，并先后与多位新媒体艺术家合zuo，负责作品的声音设计与技术实现。2013 年起任北京电影学院声音学院讲师，执教“游戏引擎概论”“交互式系统设计”课程。

第 1章 数字化的声音1
1.1 声波与信号 1
1.2 乐音与傅里叶理论 4
1.3 时域分析与频域分析 5
1.4 数字信号与PCM音频系统 7
1.4.1 采样率 8
1.4.2 混叠失真 9
1.4.3 量化精度 10
1.5 音频编码与数据压缩 12
1.5.1 无损压缩 13
1.5.2 有损压缩 13
1.6 数据封装与信号重建 13
第 2章 音频程序设计语言Pure Data 17
2.1 Pd的安装与设置 18
2.1.1 安装Pd 18
2.1.2 Pd操作界面 19
2.1.3 Pd音频系统的设置与测试 19
2.1.4 Pd启动参数 21
2.2 Pd的基本元素 21
2.2.1 对象与程序 22
2.2.2 信息与信号 23
2.2.3 编辑模式与运行模式 23
2.2.4 帮助文档 24
2.3 使用Pd开发程序 24
2.3.1 示例1“hello world” 24
2.3.2 对象框与信息框 26
2.3.3 信息的类型与格式 26
2.3.4 对象的运行方式 28
2.3.5 图形化用户接口对象 29
2.3.6 注释框 29
2.3.7 示例2运算器 30
2.3.8 冷端与热端 30
2.3.9 对象的参数 31
2.3.10 “从右向左”与“深度优先” 31
2.3.11 示例3正弦信号发生器 33
2.3.12 “波浪号对象” 34
2.3.13 音量控制 35
2.3.14 示例4节拍器 37
2.3.15 示例5音序器 39
2.3.16 数值数组 40
2.3.17 数组的设置与操作 42
2.3.18 示例6包络发生器 45
2.3.19 “子程序” 50
2.3.20 “父程序开窗” 51
2.3.21 示例7 模块化合成器 53
2.3.22 “$”符号的用法 58
2.3.23 “抽象化” 61
第3章 信号分析与音频播放 63
3.1 信号分析工具 63
3.1.1 示例8示波器 63
3.1.2 示例9电平表 64
3.1.3 示例10频谱分析器 66
3.2 音频文件的播放与录制 72
3.2.1 示例11 基于【readsf～】的音频播放器 72
3.2.2 示例12基于【writesf～】的录音程序 72
3.2.3 示例13基于“Pd数组”的音频播放与录制 74
第4章 音频处理技术 77
4.1 滤波 77
4.1.1 滤波器的类型与参数 77
4.1.2 滤波器的实现 79
4.1.3 示例14直流偏移滤除器 81
4.1.4 示例15自动滤波器 82
4.2 延时 83
4.2.1 延时器的基本参数 83
4.2.2 延时处理的实现 84
4.2.3 示例16带反馈的延时器 86
4.2.4 示例17镶边效果器 87
4.2.5 示例18混响器 88
4.3 动态范围处理 91
4.3.1 压缩器的基本参数 93
4.3.2 示例19压缩器 95
4.4 傅里叶分析 97
4.4.1 快速傅里叶变换与逆变换 97
4.4.2 示例20基于快速傅里叶变换（FFT）的滤波器 99
4.4.3 示例21声码器 100
第5章 声音合成技术 103
5.1 基本波形的实现 103
5.1.1 正弦波 103
5.1.2 方波 104
5.1.3 锯齿波 105
5.1.4 三角波 106
5.1.5 白噪声 106
5.1.6 示例22 基本波形发生器 107
5.2 减法合成 108
5.2.1 减法合成的实现 108
5.2.2 示例23 减法合成器 108
5.3 加法合成 110
5.3.1 加法合成的实现 110
5.3.2 示例24加法合成器 112
5.4 调频合成 114
5.4.1 调频合成的实现 114
5.4.2 示例25调频合成器 115
5.5 波表合成 116
5.5.1 波表合成的实现 116
5.5.2 示例26矢量波表合成器 117
5.6 数字样本合成 118
5.6.1 样本合成的实现 118
5.6.2 示例27采样器 120
5.7 粒子合成 121
5.7.1 粒子合成的实现 121
5.7.2 示例28粒子合成器 124
第6章 开发交互式音频程序 127
6.1 通信系统的基本概念 127
6.1.1 通信链路 127
6.1.2 通信模式 128
6.1.3 数据传输速率 128
6.1.4 传输带宽 129
6.1.5 数据通信协议 129
6.1.6 校验方案 129
6.1.7 通信标准 129
6.2 音乐设备数字化接口（MIDI） 130
6.2.1 MIDI概述 130
6.2.2 MIDI通信链路 130
6.2.3 MIDI信息 134
6.2.4 在Pd程序中使用MIDI 141
6.2.5 MIDI通道信息的处理 142
6.2.7 MIDI的局限性 146
6.3 开放式声音控制 147
6.3.1 OpenSoundControl协议概述 147
6.3.2 在Pd程序中使用OSC 153
6.4 常用交互设备 161
附录1 MIDI信息格式 169
附录2 ASCII代码表 173
附录3 分贝值-功率比-振幅比对应关系 175