M

MLOG

Lietuvių

Atraskite „Web Audio“ API galią, kurdami įtraukiančias ir dinamiškas garso patirtis internetiniuose žaidimuose bei interaktyviose programose. Išmokite esminių koncepcijų, praktinių metodų ir pažangių funkcijų, skirtų profesionaliam žaidimų garso kūrimui.

Žaidimų garsas: išsamus „Web Audio“ API vadovas

„Web Audio“ API yra galinga sistema, skirta garso valdymui internete. Ji leidžia kūrėjams kurti sudėtingus garso apdorojimo grafikus, suteikiančius galimybę įgyvendinti turiningas ir interaktyvias garso patirtis internetiniuose žaidimuose, interaktyviose programose ir multimedijos projektuose. Šiame vadove pateikiama išsami „Web Audio“ API apžvalga, apimanti esmines koncepcijas, praktinius metodus ir pažangias funkcijas, skirtas profesionaliam žaidimų garso kūrimui. Nesvarbu, ar esate patyręs garso inžinierius, ar interneto svetainių kūrėjas, norintis savo projektams pridėti garso, šis vadovas suteiks jums žinių ir įgūdžių, reikalingų išnaudoti visą „Web Audio“ API potencialą.

„Web Audio“ API pagrindai

Garso kontekstas (Audio Context)

„Web Audio“ API pagrindas yra AudioContext. Įsivaizduokite jį kaip garso variklį – tai aplinka, kurioje vyksta visas garso apdorojimas. Jūs sukuriate AudioContext egzempliorių, o tada visi jūsų garso mazgai (šaltiniai, efektai, paskirties vietos) yra sujungiami tame kontekste.

Pavyzdys:

const audioContext = new (window.AudioContext || window.webkitAudioContext)();

Šis kodas sukuria naują AudioContext, atsižvelgiant į naršyklių suderinamumą (kai kurios senesnės naršyklės gali naudoti webkitAudioContext).

Garso mazgai: statybiniai blokai

Garso mazgai yra atskiri vienetai, kurie apdoroja ir manipuliuoja garsu. Jie gali būti garso šaltiniai (kaip garso failai ar osciliatoriai), garso efektai (kaip aidas ar vėlavimas) arba paskirties vietos (kaip jūsų garsiakalbiai). Jūs sujungiate šiuos mazgus, kad sudarytumėte garso apdorojimo grafiką.

Kai kurie įprasti garso mazgų tipai:

Garso mazgų sujungimas

Metodas connect() naudojamas garso mazgams sujungti. Vieno mazgo išvestis sujungiama su kito mazgo įvestimi, sudarant signalo kelią.

Pavyzdys:

sourceNode.connect(gainNode);
gainNode.connect(audioContext.destination); // Prijungti prie garsiakalbių

Šis kodas sujungia garso šaltinio mazgą su stiprinimo mazgu, o tada stiprinimo mazgą sujungia su AudioContext paskirties vieta (jūsų garsiakalbiais). Garso signalas teka iš šaltinio, per stiprinimo valdiklį, o tada į išvestį.

Garso įkėlimas ir atkūrimas

Garso duomenų gavimas

Norėdami atkurti garso failus, pirmiausia turite gauti garso duomenis. Paprastai tai daroma naudojant XMLHttpRequest arba fetch API.

Pavyzdys (naudojant fetch):

fetch('audio/mysound.mp3')
  .then(response => response.arrayBuffer())
  .then(arrayBuffer => audioContext.decodeAudioData(arrayBuffer))
  .then(audioBuffer => {
    // Garso duomenys dabar yra audioBuffer
    // Galite sukurti AudioBufferSourceNode ir jį paleisti
  })
  .catch(error => console.error('Klaida įkeliant garsą:', error));

Šis kodas gauna garso failą ('audio/mysound.mp3'), jį dekoduoja į AudioBuffer ir tvarko galimas klaidas. Įsitikinkite, kad jūsų serveris sukonfigūruotas teikti garso failus su teisingu MIME tipu (pvz., audio/mpeg MP3 formatui).

AudioBufferSourceNode kūrimas ir atkūrimas

Kai turite AudioBuffer, galite sukurti AudioBufferSourceNode ir priskirti jam buferį.

Pavyzdys:

const sourceNode = audioContext.createBufferSource();
sourceNode.buffer = audioBuffer;
sourceNode.connect(audioContext.destination);
sourceNode.start(); // Pradėti groti garsą

Šis kodas sukuria AudioBufferSourceNode, priskiria jam įkeltą garso buferį, sujungia jį su AudioContext paskirties vieta ir pradeda groti garsą. Metodas start() gali priimti neprivalomą laiko parametrą, nurodantį, kada garsas turėtų pradėti groti (sekundėmis nuo garso konteksto pradžios laiko).

Atkūrimo valdymas

Galite valdyti AudioBufferSourceNode atkūrimą naudodami jo savybes ir metodus:

Pavyzdys (garso kartojimas cikle):

sourceNode.loop = true;
sourceNode.start();

Garso efektų kūrimas

Stiprinimo valdymas (garsumas)

Mazgas GainNode naudojamas garso signalo garsumui valdyti. Galite sukurti GainNode ir prijungti jį prie signalo kelio, kad sureguliuotumėte garsumą.

Pavyzdys:

const gainNode = audioContext.createGain();
sourceNode.connect(gainNode);
gainNode.connect(audioContext.destination);
gainNode.gain.value = 0.5; // Nustatyti stiprinimą į 50%

Savybė gain.value kontroliuoja stiprinimo koeficientą. Vertė 1 reiškia, kad garsumas nekinta, vertė 0.5 reiškia 50% garsumo sumažėjimą, o vertė 2 – garsumo padvigubinimą.

Vėlavimas (Delay)

Mazgas DelayNode sukuria vėlavimo efektą. Jis atideda garso signalą nurodytam laikui.

Pavyzdys:

const delayNode = audioContext.createDelay(2.0); // Maksimalus vėlavimo laikas - 2 sekundės
delayNode.delayTime.value = 0.5; // Nustatyti vėlavimo laiką į 0.5 sekundės
sourceNode.connect(delayNode);
delayNode.connect(audioContext.destination);

Savybė delayTime.value kontroliuoja vėlavimo laiką sekundėmis. Taip pat galite naudoti grįžtamąjį ryšį, kad sukurtumėte ryškesnį vėlavimo efektą.

Aidas (Reverb)

Mazgas ConvolverNode pritaiko konvoliucijos efektą, kuris gali būti naudojamas aidui sukurti. Norint naudoti ConvolverNode, reikalingas impulsinės charakteristikos failas (trumpas garso failas, atspindintis akustines erdvės savybes). Aukštos kokybės impulsinės charakteristikos yra prieinamos internete, dažnai WAV formatu.

Pavyzdys:

fetch('audio/impulse_response.wav')
  .then(response => response.arrayBuffer())
  .then(arrayBuffer => audioContext.decodeAudioData(arrayBuffer))
  .then(audioBuffer => {
    const convolverNode = audioContext.createConvolver();
    convolverNode.buffer = audioBuffer;
    sourceNode.connect(convolverNode);
    convolverNode.connect(audioContext.destination);
  })
  .catch(error => console.error('Klaida įkeliant impulsinę charakteristiką:', error));

Šis kodas įkelia impulsinės charakteristikos failą ('audio/impulse_response.wav'), sukuria ConvolverNode, priskiria jam impulsinę charakteristiką ir prijungia jį prie signalo kelio. Skirtingos impulsinės charakteristikos sukurs skirtingus aido efektus.

Filtrai

Mazgas BiquadFilterNode įgyvendina įvairių tipų filtrus, tokius kaip žemų dažnių, aukštų dažnių, juostinius ir kt. Filtrai gali būti naudojami garso signalo dažnių turiniui formuoti.

Pavyzdys (sukuriant žemų dažnių filtrą):

const filterNode = audioContext.createBiquadFilter();
filterNode.type = 'lowpass';
filterNode.frequency.value = 1000; // Ribinis dažnis ties 1000 Hz
sourceNode.connect(filterNode);
filterNode.connect(audioContext.destination);

Savybė type nurodo filtro tipą, o savybė frequency.value nurodo ribinį dažnį. Taip pat galite valdyti savybes Q (rezonansas) ir gain, kad toliau formuotųmėte filtro atsaką.

Panoramavimas (Panning)

Mazgas StereoPannerNode leidžia panoramuoti garso signalą tarp kairiojo ir dešiniojo kanalų. Tai naudinga kuriant erdvinius efektus.

Pavyzdys:

const pannerNode = audioContext.createStereoPanner();
pannerNode.pan.value = 0.5; // Panoramuoti į dešinę (1 - visiškai dešinėje, -1 - visiškai kairėje)
sourceNode.connect(pannerNode);
pannerNode.connect(audioContext.destination);

Savybė pan.value kontroliuoja panoramavimą. Vertė -1 perkelia garsą visiškai į kairę, vertė 1 – visiškai į dešinę, o vertė 0 – centruoja garsą.

Garso sintezė

Osciliatoriai

Mazgas OscillatorNode generuoja periodines bangų formas, tokias kaip sinusinės, stačiakampės, pjūklinės ir trikampės bangos. Osciliatoriai gali būti naudojami sintezuotiems garsams kurti.

Pavyzdys:

const oscillatorNode = audioContext.createOscillator();
oscillatorNode.type = 'sine'; // Nustatyti bangos formos tipą
oscillatorNode.frequency.value = 440; // Nustatyti dažnį į 440 Hz (A4)
oscillatorNode.connect(audioContext.destination);
oscillatorNode.start();

Savybė type nurodo bangos formos tipą, o savybė frequency.value nurodo dažnį hercais. Taip pat galite valdyti savybę detune, kad tiksliai suderintumėte dažnį.

Apgaubtės (Envelopes)

Apgaubtės naudojamos garso amplitudės formavimui laike. Įprastas apgaubtės tipas yra ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release). Nors „Web Audio“ API neturi įmontuoto ADSR mazgo, galite jį įgyvendinti naudodami GainNode ir automatizavimą.

Pavyzdys (supaprastintas ADSR naudojant stiprinimo automatizavimą):

function createADSR(gainNode, attack, decay, sustainLevel, release) {
  const now = audioContext.currentTime;

  // Ataka (Attack)
  gainNode.gain.setValueAtTime(0, now);
  gainNode.gain.linearRampToValueAtTime(1, now + attack);

  // Slopimas (Decay)
  gainNode.gain.linearRampToValueAtTime(sustainLevel, now + attack + decay);

  // Atleidimas (Release) (suveikia vėliau, iškvietus noteOff funkciją)
  return function noteOff() {
    const releaseTime = audioContext.currentTime;
    gainNode.gain.cancelScheduledValues(releaseTime);
    gainNode.gain.linearRampToValueAtTime(0, releaseTime + release);
  };
}

const oscillatorNode = audioContext.createOscillator();
const gainNode = audioContext.createGain();
oscillatorNode.connect(gainNode);
gainNode.connect(audioContext.destination);
oscillatorNode.start();

const noteOff = createADSR(gainNode, 0.1, 0.2, 0.5, 0.3); // Pavyzdinės ADSR reikšmės

// ... Vėliau, kai nata atleidžiama:
// noteOff();

Šis pavyzdys demonstruoja bazinį ADSR įgyvendinimą. Jis naudoja setValueAtTime ir linearRampToValueAtTime, kad automatizuotų stiprinimo vertę laike. Sudėtingesni apgaubčių įgyvendinimai gali naudoti eksponentines kreives sklandesniems perėjimams.

Erdvinis garsas ir 3D garsas

PannerNode ir AudioListener

Norėdami sukurti pažangesnį erdvinį garsą, ypač 3D aplinkose, naudokite PannerNode. PannerNode leidžia pozicionuoti garso šaltinį 3D erdvėje. AudioListener atspindi klausytojo (jūsų ausų) padėtį ir orientaciją.

PannerNode turi keletą savybių, kurios valdo jo elgesį:

Pavyzdys (garso šaltinio pozicionavimas 3D erdvėje):

const pannerNode = audioContext.createPanner();
pannerNode.positionX.value = 2;
pannerNode.positionY.value = 0;
pannerNode.positionZ.value = -1;

sourceNode.connect(pannerNode);
pannerNode.connect(audioContext.destination);

// Nustatyti klausytojo poziciją (neprivaloma)
audioContext.listener.positionX.value = 0;
audioContext.listener.positionY.value = 0;
audioContext.listener.positionZ.value = 0;

Šis kodas nustato garso šaltinio padėtį koordinatėse (2, 0, -1), o klausytojo – (0, 0, 0). Keičiant šias vertes, pasikeis suvokiama garso padėtis.

HRTF panoramavimas

HRTF panoramavimas naudoja su galva susijusias perdavimo funkcijas (angl. Head-Related Transfer Functions), kad imituotų, kaip garsą keičia klausytojo galvos ir ausų forma. Tai sukuria realistiškesnę ir labiau įtraukiančią 3D garso patirtį. Norėdami naudoti HRTF panoramavimą, nustatykite savybę panningModel į 'HRTF'.

Pavyzdys:

const pannerNode = audioContext.createPanner();
pannerNode.panningModel = 'HRTF';
// ... likęs kodas pannerio pozicionavimui ...

HRTF panoramavimas reikalauja daugiau apdorojimo galios nei „equal power“ panoramavimas, tačiau suteikia žymiai geresnę erdvinio garso patirtį.

Garso analizė

AnalyserNode

Mazgas AnalyserNode teikia garso signalo dažnių ir laiko srities analizę realiuoju laiku. Jis gali būti naudojamas garso vizualizavimui, garso reaktyvių efektų kūrimui arba garso savybių analizei.

AnalyserNode turi keletą savybių ir metodų:

Pavyzdys (dažnių duomenų vizualizavimas naudojant „canvas“):

const analyserNode = audioContext.createAnalyser();
analyserNode.fftSize = 2048;
const bufferLength = analyserNode.frequencyBinCount;
const dataArray = new Uint8Array(bufferLength);

sourceNode.connect(analyserNode);
analyserNode.connect(audioContext.destination);

function draw() {
  requestAnimationFrame(draw);

  analyserNode.getByteFrequencyData(dataArray);

  // Nubraižyti dažnių duomenis drobėje (canvas)
  canvasContext.fillStyle = 'rgb(0, 0, 0)';
  canvasContext.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

  const barWidth = (canvas.width / bufferLength) * 2.5;
  let barHeight;
  let x = 0;

  for (let i = 0; i < bufferLength; i++) {
    barHeight = dataArray[i];

    canvasContext.fillStyle = 'rgb(' + (barHeight + 100) + ',50,50)';
    canvasContext.fillRect(x, canvas.height - barHeight / 2, barWidth, barHeight / 2);

    x += barWidth + 1;
  }
}

draw();

Šis kodas sukuria AnalyserNode, gauna dažnių duomenis ir juos piešia ant drobės. Funkcija draw yra kviečiama pakartotinai naudojant requestAnimationFrame, kad būtų sukurta realaus laiko vizualizacija.

Našumo optimizavimas

Audio Workers

Sudėtingoms garso apdorojimo užduotims dažnai naudinga naudoti Audio Workers. Audio Workers leidžia atlikti garso apdorojimą atskiroje gijoje, neblokuojant pagrindinės gijos ir pagerinant našumą.

Pavyzdys (naudojant Audio Worker):

// Sukurti AudioWorkletNode
await audioContext.audioWorklet.addModule('my-audio-worker.js');
const myAudioWorkletNode = new AudioWorkletNode(audioContext, 'my-processor');

sourceNode.connect(myAudioWorkletNode);
myAudioWorkletNode.connect(audioContext.destination);

Faile my-audio-worker.js yra jūsų garso apdorojimo kodas. Jame apibrėžiama AudioWorkletProcessor klasė, kuri atlieka garso duomenų apdorojimą.

Objektų kaupimas (Object Pooling)

Dažnas garso mazgų kūrimas ir naikinimas gali būti brangus. Objektų kaupimas yra technika, kai iš anksto paskirstote garso mazgų telkinį ir juos pakartotinai naudojate, užuot kiekvieną kartą kūrę naujus. Tai gali žymiai pagerinti našumą, ypač situacijose, kai reikia dažnai kurti ir naikinti mazgus (pvz., grojant daug trumpų garsų).

Atminties nutekėjimo vengimas

Tinkamas garso išteklių valdymas yra būtinas norint išvengti atminties nutekėjimo. Įsitikinkite, kad atjungėte garso mazgus, kurie nebėra reikalingi, ir atlaisvinkite visus garso buferius, kurie nebėra naudojami.

Pažangios technikos

Moduliacija

Moduliacija yra technika, kai vienas garso signalas naudojamas kito garso signalo parametrams valdyti. Tai gali būti naudojama kuriant platų įdomių garso efektų spektrą, pavyzdžiui, tremolo, vibrato ir žiedinę moduliaciją.

Granuliuotoji sintezė

Granuliuotoji sintezė yra technika, kai garsas suskaidomas į mažus segmentus (grūdelius) ir tada iš naujo surenkamas skirtingais būdais. Tai gali būti naudojama kuriant sudėtingas ir besikeičiančias tekstūras bei garsovaizdžius.

WebAssembly ir SIMD

Skaičiavimams imlioms garso apdorojimo užduotims apsvarstykite galimybę naudoti WebAssembly (Wasm) ir SIMD (Single Instruction, Multiple Data) instrukcijas. Wasm leidžia naršyklėje paleisti sukompiliuotą kodą beveik natūraliu greičiu, o SIMD leidžia atlikti tą pačią operaciją su keliais duomenų taškais vienu metu. Tai gali žymiai pagerinti sudėtingų garso algoritmų našumą.

Geriausios praktikos

Tarpnaršyklinis suderinamumas

Nors „Web Audio“ API yra plačiai palaikoma, vis dar yra keletas tarpnaršyklinio suderinamumo problemų, į kurias reikia atsižvelgti:

Išvada

„Web Audio“ API yra galingas įrankis, skirtas kurti turiningas ir interaktyvias garso patirtis internetiniuose žaidimuose ir interaktyviose programose. Suprasdami esmines koncepcijas, praktinius metodus ir pažangias funkcijas, aprašytas šiame vadove, galite išnaudoti visą „Web Audio“ API potencialą ir sukurti profesionalios kokybės garsą savo projektams. Eksperimentuokite, tyrinėkite ir nebijokite peržengti to, kas įmanoma su interneto garsu, ribų!