原文：WRITING MUSIC IN JAVA: TWO APPROACHES

简介

音乐软件乐思想的音乐软件必须是人类可读和计算机可读。现代乐谱记谱具有很强的表现力，能在紧凑的空间内传达节奏、旋律、和声和各种表演指令。不幸的是，乐谱作为一种人类可读的图形记谱法，不能很好地转化为计算机。单独的记谱系统，即特定领域的语言（DSL），计算机有必要处理音乐。此外，我们还需要能够理解这一点DSL允许我们操作音乐的工具。

WRITING MUSIC IN JAVA: TWO APPROACHES介绍了两个开源Java库，它们使用两种不同的符号，以计算机友好的ASCII表达音乐信息的格式。这两个库都可以通过计算机扬声器使用MIDI以序列的形式播放曲子，但在其他功能上有所不同。

本文只涉及JFugue，因为后面那个abc4j不太完美。文章的内容部分是翻译自己的WRITING MUSIC IN JAVA: TWO APPROACHES，版权归于Lance Finney。

文章仅仅把JFugue更新到5.编程采用0版Kotlin完成。

JFUGUE

JFugue是一个LGPL用于许可开源库音乐编程不需要复杂性MIDI”。它有自己的符号，只用ASCII字符表示音乐，提供MIDI文件的输入/输出，音乐可以编程。

为了演示JFugue我们将使用童谣的功能 "Itsy Bitsy Spider "的变体。

JFugue第一个演示主要显示了歌曲旋律的基本标志。

import org.jfugue.player.Player  fun main() { 
             val player = Player()     player.play( // "Itsy, bitsy spider, climbed up the water spout."         "F5q F5i F5q G5i A5q. A5q A5i G5q F5i G5q A5i F5q. Rq. "                   // "Down came the rain and washed the spider out."                 "A5q. A5q Bb5i C6q. C6q. Bb5q A5i Bb5q C6i A5q. Rq. "                   // "Out came the sun and dried up all the rain, so the"                 "F5q. F5q G5i A5q. A5q. G5q F5i G5q A5i F5q. C5q C5i "                   // "itsy, bitsy spider went up the spout again."                 "F5q F5i F5q G5i A5q. A5q A5i G5q F5i G5q A5i F5q. Rq."     ) }

这里的主要课程是用于定义歌曲的记号。这个简单的例子包括音符名称、八度音、休止符、变音和持续时间。

NOTES, OCTAVES, AND RESTS音符，八度音，休息符

音符基于简单A-G接下来是八度音的数字。例如，中C是C5，高一个八度的C是C6，正下方的音符是B5。这是一些乐器（如手摇铃）中常用的编号系统。

若未给定八度音，默认八度音符为五度音，在C以上。

JFugue它还允许将音符指定为0到127的数字，甚至可以在音符之间定义音高（对于一些非西方传统音乐和一些类型的现代音乐），但这个先进的细节不在本文的范围内。

用R而不是音符-八度的组合来定义休止符。

ACCIDENTALS变音记号

在音符和八度之间加一个#或b。我们的例子 "Itsy Bitsy Spider "但是JFugueC大调(如标准音乐符号)是默认的，所以我们需要指定第二行B实际上是B调。稍后，我们将看到我们可以指定歌曲的调号，因此我们不需要指定调号中的升号和降号。另外，自然音可以用n来表示，以取消C大调以外的意外音(调号将在后面介绍)。不支持双升双降。

DURATIONS持续时间

以美国系统为基础，使用最简单的方法来表达音符的长度。

代码	持续时间
W	整个音符
H	半音符
Q	四分之一的音符
I	八分之一的音符
S	十六分之一的音符
T	三十二分之一的音符
X	六十四分之一的音符
N	128分之一的音符

在上面的例子中，我们使用四分音符（q）、八分音符（i）带点四分音符（q.）。在标准的音乐记谱法中，在一个音符后加一个点将其长度延长50%。

其它时间，如三连音和其它小音符，可以用另一个基于全音符的数字符号来定义。例如，要定义一个四分音符C5，用C5/0.25。三分之一的音符长度为四分之一C5音符，就用C5/0.083333。我们将在后面看到这种记谱法MIDI文件导入JFugue还将使用记谱法。

播放MIDI

这个例子除了展示音乐记号外，还展示了音乐记号JFugue的播放API。具体来说，是的player.play()调用将定义的歌曲转换为MIDI并通过计算机扬声器播放序列。

ADDING MEASURES, PATTERNS, AND VOICES增加小节/模式和声部

现在，音乐符号的基本要素已经确定，我们可以开始改进这首歌。首先，从DRY的角度来看，我们应该去掉第一行和最后一行之间的重复，它们在音乐上是相同的。幸运的是，JFugue提供了一个使用复合设计模式的Pattern类，允许我们重复使用音乐片段。在下面的版本中，我们为每一个独特的线条创建一个Pattern实例，然后将它们依次添加到另一个代表整首歌的Pattern实例中。

import org.jfugue.pattern.Pattern
import org.jfugue.player.Player

fun main(args: Array<String>) { 
        
    // "Itsy, bitsy spider, climbed up the water spout."
    // and "itsy, bitsy spider went up the spout again."
    val pattern1 = Pattern("F5q F5i F5q G5i | A5q. A5q A5i | G5q F5i G5q A5i | F5q. Rq. | ")
    // "Down came the rain and washed the spider out."
    val pattern2 = Pattern("A5q. A5q Bb5i | C6q. C6q. | Bb5q A5i Bb5q C6i | A5q. Rq. | ")
    // "Out came the sun and dried up all the rain, so the"
    val pattern3 = Pattern("F5q. F5q G5i | A5q. A5q. | G5q F5i G5q A5i | F5q. C5q C5i | ")


    // Put the whole song together
    val song = Pattern()
    song.add(pattern1)
    song.add(pattern2)
    song.add(pattern3)
    song.add(pattern1)


    // Play the song
    val player = Player()
    player.play(song)
}

这里的另一个变化是，我们为小节（Measure）之间的界限增加了标记（"|"字符）。有趣的是，这对程序对歌曲的解释没有任何影响—这只是为了方便用户和提高清晰度。 JFugue没有时间符号的概念，所以小节可以包含你想要的多少个拍子—它们只是为了阅读方便。

接下来，让我们使用声部（Voice）功能来创建一个二重唱（Round）。

import org.jfugue.pattern.Pattern
import org.jfugue.player.Player


fun main(args: Array<String>) { 
        
    // "Itsy, bitsy spider, climbed up the water spout."
    // and "itsy, bitsy spider went up the spout again."
    val pattern1 = Pattern("F5q F5i F5q G5i | A5q. A5q A5i | G5q F5i G5q A5i | F5q. Rq. | ")
    // "Down came the rain and washed the spider out."
    val pattern2 = Pattern("A5q. A5q Bb5i | C6q. C6q. | Bb5q A5i Bb5q C6i | A5q. Rq. | ")
    // "Out came the sun and dried up all the rain, so the"
    val pattern3 = Pattern("F5q. F5q G5i | A5q. A5q. | G5q F5i G5q A5i | F5q. C5q C5i | ")


    // Put the whole song together
    val song = Pattern()
    song.add(pattern1)
    song.add(pattern2)
    song.add(pattern3)
    song.add(pattern1)
    val lineRest = Pattern("Rh. | Rh. | Rh. | Rh. | ")


    // Create the first voice
    val round1 = Pattern("V0")
    round1.add(song)


    // Create the second voice
    val round2 = Pattern("V1")
    round2.add(lineRest)
    round2.add(song)


    // Create the third voice
    val round3 = Pattern("V2")
    round3.add(lineRest, 2)
    round3.add(song)


    // Put the voices together
    val roundSong = Pattern()
    roundSong.add(round1)
    roundSong.add(round2)
    roundSong.add(round3)


    // Play the song
    val player = Player()
    player.play(roundSong)
}

在这个例子中，我们通过组合三个类似的声音（类似于其他音乐背景下的音轨或通道）来创建一个重唱。在这种情况下，每个声部都有一个单独的模式Pattern实例。每个模式都收到与上一个例子相同的序列，但有些模式的前缀是一整行或多整行的休止符（lineRest），这样它们就有了交错的开始。

独立的声部是通过在模式中加入V0， V1和 V2定义的。语音声明后的所有内容都与该声部相关，直到指定另一个声部。在这个例子中，每个声部的所有信息都集中在一起，但只要每次都重新指定声部，定义就可以穿插在一起，如下面的版本，使用前面介绍的Pattern实例。这个例子在音乐上与前面的例子是相同的。

import org.jfugue.pattern.Pattern
import org.jfugue.player.Player


fun main(args: Array<String>) { 
        
    // "Itsy, bitsy spider, climbed up the water spout."
    // and "itsy, bitsy spider went up the spout again."
    val pattern1 = Pattern("F5q F5i F5q G5i | A5q. A5q A5i | G5q F5i G5q A5i | F5q. Rq. | ")
    // "Down came the rain and washed the spider out."
    val pattern2 = Pattern("A5q. A5q Bb5i | C6q. C6q. | Bb5q A5i Bb5q C6i | A5q. Rq. | ")
    // "Out came the sun and dried up all the rain, so the"
    val pattern3 = Pattern("F5q. F5q G5i | A5q. A5q. | G5q F5i G5q A5i | F5q. C5q C5i | ")

    val lineRest = Pattern("Rh. | Rh. | Rh. | Rh. | ")

    // Put the whole song together
    val song = Pattern()
    song.add("V0 $pattern1")
    song.add("V1 $lineRest")
    song.add("V2 $lineRest")

    song.add("V0 $pattern2")
    song.add("V1 $pattern1")
    song.add("V2 $lineRest")

    song.add("V0 $pattern3")
    song.add("V1 $pattern2")
    song.add("V2 $pattern1")

    song.add("V0 $pattern1")
    song.add("V1 $pattern3")
    song.add("V2 $pattern2")

    song.add("V1 $pattern1")
    song.add("V2 $pattern3")

    song.add("V2 $pattern1")

    // Play the song
    val player = Player()
    player.play(song)
}

增加CHORDS, INSTRUMENTS, KEY SIGNATURES, AND TEMPO

声部的另一个用途是添加和声或和弦伴奏。在下面的例子中，V0被用作前面介绍的旋律，而V1被用来提供低音和弦。请注意，只需要指定和弦的简称（本例中是Fmaj和Bbmaj，但对于更复杂的和弦还有许多其他选项），默认的八度是3号（中C以下两个八度）。和弦也可以通过指定和弦中的每个音符来定义，用+连接。在这个例子中，我们对其中一个和弦使用了这种方法，以使用该和弦的第一转位，它没有一个简短的名字。

这个版本的另一个新增内容是乐器。所有声音的默认乐器是钢琴，所以以前的例子听起来像是用钢琴演奏的。在这个例子中，旋律是小号（指定为I[Trumpet]或备选为I56），和弦是教堂管风琴（指定为I[CHURCH_ORGAN]或备选为I19）。这些乐器是在标题中定义的，但它们也可以在歌曲中的任何时候改变。

这里的ID号和选项来自MIDI规范；128种乐器的完整列表可在JFugue的文档中找到。

import org.jfugue.pattern.Pattern
import org.jfugue.player.Player

fun main(args: Array<String>) { 
        
    val voice1 = Pattern("V0 I[Trumpet] ")
    // "Itsy, bitsy spider, climbed up the water spout."
    // and "itsy, bitsy spider went up the spout again."
    val pattern1 = Pattern("V0 F5q F5i F5q G5i | A5q. A5q A5i | G5q F5i G5q A5i | F5q. Rq. | ")
    // "Down came the rain and washed the spider out."
    val pattern2 = Pattern("V0 A5q. A5q Bb5i | C6q. C6q. | Bb5q A5i Bb5q C6i | A5q. Rq. | ")
    // "Out came the sun and dried up all the rain, so the"
    val pattern3 = Pattern("V0 F5q. F5q G5i | A5q. A5q. | G5q F5i G5q A5i | F5q. C5q C5i | ")
    val voice2 = Pattern("V1 I[CHURCH_ORGAN] ")
    //1st, 3rd, and 4th lines (third chord specified as notes)
    val chord1 = Pattern("V1 Fmajh. | Fmajh. | E3h.+G3h.+C4h. | Fmajh. | ")
    //2nd line
    val chord2 = Pattern("V1 Fmajh. | Fmajh. | Bbmajh. | Fmajh. | ")

    // Put the whole song together
    val song = Pattern()

    //melody
    song.add(voice1)
    song.add(pattern1)
    song.add(pattern2)
    song.add(pattern3)
    song.add(pattern1)


    //chords
    song.add(voice2)
    song.add(chord1)
    song.add(chord2)
    song.add(chord1, 2)


    // Play the song
    val player = Player()
    player.play(song)
}

"Itsy Bitsy Spider "的最后一个JFugue版本在标题中增加了两个元素：调号和速度。这些元素可以在歌曲过程中的任何地方定义，以改变调性或速度（例如，表达一个ritardano），但我们的例子只在初始阶段设置它们。如果我们要在歌曲的过程中改变速度，我们就必须为每个声部分别改变它。

调号被指定为F大调（KFmaj），这意味着可以从B音中去掉平声记号，就像在标准音乐记号中一样。如前所述，默认的调号是C大调。

节奏被指定为100个 “每四分音符的脉冲”，也就是给一个四分音符多少个 “脉冲”。 JFugue的文档在速度方面实际上是相当混乱的，因为默认值是120，文档同时将其定义为每四分音符120个 "脉冲 "和每分钟120次。这两个标度的作用方向不同，每四分音符的脉冲数越多，速度就越慢，但每分钟的节拍数越多，速度就越快。事实上，这里使用的是第一个定义，T100比默认速度快。

import org.jfugue.midi.MidiFileManager.savePatternToMidi
import org.jfugue.pattern.Pattern
import org.jfugue.player.Player
import java.io.File

fun main(args: Array<String>) { 
        
    val header = Pattern("KFmaj T100 V0 I[Trumpet] V1 I[CHURCH_ORGAN] ")
    // "Itsy, bitsy spider, climbed up the water spout."
    // and "itsy, bitsy spider went up the spout again."
    val pattern1 = Pattern("V0 F5q F5i F5q G5i | A5q. A5q A5i | G5q F5i G5q A5i | F5q. Rq. | ")
    // "Down came the rain and washed the spider out."
    val pattern2 = Pattern("V0 A5q. A5q B5i | C6q. C6q. | B5q A5i B5q C6i | A5q. Rq. | ")
    // "Out came the sun and dried up all the rain, so the"
    val pattern3 = Pattern("V0 F5q. F5q G5i | A5q. A5q. | G5q F5i G5q A5i | F5q. C5q C5i | ")


    //1st, 3rd, and 4th lines (third chord specified as notes)
    val chord1 = Pattern("V1 Fmajh. | Fmajh. | E3h.+G3h.+C4h. | Fmajh. | ")
    //2nd line
    val chord2 = Pattern("V1 Fmajh. | Fmajh. | Bmajh. | Fmajh. | ")

    // Put the whole song together
    val song = Pattern()
    song.add(header)

    //melody
    song.add(pattern1)
    song.add(pattern2)
    song.add(pattern3)
    song.add(pattern1)


    //chords
    song.add(chord1)
    song.add(chord2)
    song.add(chord1, 2)


    // Play the song
    val player = Player()
    player.play(song)

    // save as a midi file for use in the next example
    savePatternToMidi(song, File("spider.midi"))
}

MIDI文件的导入/存储和操作

除了像前面的例子那样将歌曲以MIDI序列的形式播放给扬声器之外，我们还可以将MIDI文件加载到JFugue库中，和/或将JFugue歌曲导出为MIDI文件。此外，JFugue还提供了一个应用于Pattern的音乐转换的API，库中实现了一些转换。

在下面的例子中，使用歌曲的最终版本创建的MIDI文件被加载进来，解析后的JFugue表示法被打印到命令行。然后，用ParserListenerAdapter将整首歌曲调高一个全音符并重新打印出来。接下来，使用ParserListenerAdapter将整首歌曲放慢20%，并再次重印。最后，新修改的歌曲被导出到新的MIDI文件。

这里原作者的JFugure 4.0代码，被更改为为5.0.9对应的代码，利用Pattern.transfrom函数来遍历歌曲的各元素，这里比较麻烦的是有两个音轨，需要分别处理。

import org.jfugue.midi.MidiDictionary.INSTRUMENT_BYTE_TO_STRING
import org.jfugue.midi.MidiFileManager.loadPatternFromMidi
import org.jfugue.midi.MidiFileManager.savePatternToMidi
import org.jfugue.parser.ParserListenerAdapter
import org.jfugue.pattern.Pattern
import org.jfugue.player.Player
import org.jfugue.theory.Note
import java.io.File

/** * This program demonstrates MIDI I/O and musical transformations. */

fun main(args: Array<String>) { 
        
    val player = Player()
    // load a midi file
    var pattern: Pattern = loadPatternFromMidi(File("Spider.midi"))
    // print the song to the console with JFugue notation
    System.out.println("Original: $pattern")

    // high Key, Note value increased by 2
    val highKey = object : ParserListenerAdapter() { 
        
        val song: Pattern
            get() =
                _song.apply { 
        
                    tracks.forEach { 
        
                        add(it.value)
                    }
                }
        private val _song: Pattern = Pattern()
        val tracks = mutableMapOf<Byte, Pattern>()
        var currentTrack: Byte = 0
        override fun onInstrumentParsed(instrument: Byte) { 
        
            tracks[currentTrack]?.setInstrument(instrument.toInt())
        }

        override fun onTempoChanged(tempoBPM: Int) { 
        
            _song.setTempo(tempoBPM)
        }

        override fun onTrackBeatTimeRequested(time: Double) { 
        
            tracks[currentTrack]?.add("@$time")
        }

        override fun onTrackChanged(track: Byte) { 
        
            currentTrack = track
            tracks.getOrPut(track) { 
        
                Pattern().apply { 
         setVoice(track.toInt()) }
            }
        }

        override fun onNoteParsed(note: Note) { 
        
            tracks[currentTrack]?.add(Note(note.value+2, note.duration))
        }

    }

    pattern.transform(highKey)

    println("Transposed: ${ 
          highKey.song}")

    // slow duration,
    val slow = object : ParserListenerAdapter() { 
        
        val scale = 1.2
        val song: Pattern
            get() =
                _song.apply { 
        
                    tracks.forEach { 
        
                        add(it.value)
                    }
                }
        private val _song: Pattern = Pattern()
        val tracks = mutableMapOf<Byte, Pattern>()
        var currentTrack: Byte = 0
        override fun onInstrumentParsed(instrument: Byte) { 
        
            tracks[currentTrack]?.setInstrument(instrument.toInt())
        }

        override fun onTempoChanged(tempoBPM: Int) { 
        
            _song.setTempo(tempoBPM)
        }

        override fun onTrackBeatTimeRequested(time: Double) { 
        
            tracks[currentTrack]?.add("@${ 
          time*scale}")
        }

        override fun onTrackChanged(track: Byte) { 
        
            currentTrack = track
            tracks.getOrPut(track) { 
        
                Pattern().apply { 
         setVoice(track.toInt()) }
            }
        }

        override fun onNoteParsed(note: Note) { 
        
            tracks[currentTrack]?.add(Note(note.value, note.duration*scale))
        }

    }

    pattern.transform(slow)
    println("Slowed: ${ 
          sl


        标签： lance连接器
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使用Java/Kotlin编写音乐：JFugue

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ACCIDENTALS变音记号

DURATIONS持续时间

播放MIDI

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增加CHORDS, INSTRUMENTS, KEY SIGNATURES, AND TEMPO

MIDI文件的导入/存储和操作

动力学技术KTU1121 USB Type-C 端口保护器的介绍、特性、及应用

使用Java/Kotlin编写音乐：JFugue

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