在自定义 AUAudioUnit 中查找裂纹和爆音的原因

Question

我正在尝试学习一些 Core Audio 并开始尝试制作一个基本的音频单元，它只生成频率可调的正弦波。我现在遇到的问题是，每当我调整频率时，我都会有严重的噼啪声和爆裂声，我不知道去哪里找原因。

我什至不知道这是否只是因为我需要在频率之间移动时进行一些平滑处理，尽管到目前为止我还没有在任何示例中看到它。

无论如何，这是我的音频单元的实现：

#import "VCOUnit.h"

@interface VCOUnit () {
    AUParameterTree *_parameterTree;
    AUAudioUnitBusArray *_outputBusses;
    AVAudioPCMBuffer *_outputBuffer;
}

@end

@implementation VCOUnit

- (instancetype)initWithComponentDescription:(AudioComponentDescription)componentDescription options:(AudioComponentInstantiationOptions)options error:(NSError *__autoreleasing  _Nullable *)outError {
    self = [super initWithComponentDescription:componentDescription options:options error:outError];

    return self;
}

- (AUParameterTree *)parameterTree {
    if (!_parameterTree) {
        AUParameter *frequency = [AUParameterTree createParameterWithIdentifier:@"frequency"
                                                                           name:@"Frequency"
                                                                        address:0
                                                                            min:10
                                                                            max:500
                                                                           unit:kAudioUnitParameterUnit_Hertz
                                                                       unitName:nil
                                                                          flags:0
                                                                   valueStrings:nil
                                                            dependentParameters:nil];

        frequency.value = 220.0;

        _parameterTree = [AUParameterTree createTreeWithChildren:@[frequency]];
    }

    return _parameterTree;
}

- (AUAudioUnitBusArray *)outputBusses {
    if (!_outputBusses) {
        AVAudioFormat *format = [[AVAudioFormat alloc] initStandardFormatWithSampleRate:44100 channels:1];
        AUAudioUnitBus *bus = [[AUAudioUnitBus alloc] initWithFormat:format error:nil];
        _outputBusses = [[AUAudioUnitBusArray alloc] initWithAudioUnit:self busType:AUAudioUnitBusTypeOutput busses:@[bus]];
    }

    return _outputBusses;
}

- (BOOL)allocateRenderResourcesAndReturnError:(NSError *__autoreleasing  _Nullable *)outError {
    if (![super allocateRenderResourcesAndReturnError:outError]) {
        return NO;
    }

    AVAudioFormat *format = [[AVAudioFormat alloc] initStandardFormatWithSampleRate:44100 channels:1];
    _outputBuffer = [[AVAudioPCMBuffer alloc] initWithPCMFormat:format frameCapacity:1024];

    return YES;
}

- (AUInternalRenderBlock)internalRenderBlock {
    AUParameter *frequencyParam = [self.parameterTree parameterWithAddress:0];
    float deltaTime = 1.0 / 44100.0;
    __block float time = 0;

    return ^AUAudioUnitStatus(AudioUnitRenderActionFlags *actionFlags, const AudioTimeStamp *timestamp, AVAudioFrameCount frameCount, NSInteger outputBusNumber, AudioBufferList *outputData, const AURenderEvent *realtimeEventListHead, AURenderPullInputBlock pullInputBlock) {

        AudioBufferList *abl = outputData;

        for (int frame = 0; frame < frameCount; frame++) {
            float value = sin(2.0 * M_PI * frequencyParam.value * time);

            for (int i = 0; i < abl->mNumberBuffers; i++) {
                float *output = abl->mBuffers[i].mData;
                output[frame] = value;
            }

            time += deltaTime;
        }

        return noErr;
    };
}

@end

我有一个 Swift class 来包裹它，我用它来将频率绑定到 SwiftUI 滑块：

class VCO: ObservableObject {
    @Published var frequency = 220.0 {
        didSet {
            guard
                let parameterTree = unit.auAudioUnit.parameterTree,
                let freqParam = parameterTree.parameter(withAddress: 0) else {
                    return
            }
            freqParam.setValue(AUValue(frequency), originator: nil)
        }
    }

    var unit: AVAudioUnit!

    private let componentDescription = AudioComponentDescription(componentType: kAudioUnitType_Generator,
        componentSubType: OSType(1),
        componentManufacturer: 0x666f6f20,
        componentFlags: 0,
        componentFlagsMask: 0
    )

    init() {
        AUAudioUnit.registerSubclass(VCOUnit.self, as: componentDescription, name: "VCO", version: 1)
    }

    func setup(sampleRate: Double) {
        let opts = AudioComponentInstantiationOptions.init(rawValue: 0)
        AVAudioUnit.instantiate(with: componentDescription, options: opts) { [weak self] (unit, error) in
            guard let unit = unit else {
                print(error!)
                return
            }

            self?.unit = unit
        }
    }
}

当然这不是现阶段的生产代码，但我怀疑出现裂纹和爆裂声的原因非常具体。我什至开始考虑它是否与我使用 SwiftUI 绑定更新或其他东西有关，但这对我来说确实有点牵强。问题更有可能出在渲染块中，但我目前看不到。 :)

无论如何，欢迎任何意见。

Answer 1

这是一个典型的错误，由每次循环迭代增加时间和计算新相位（对于正弦函数参数）引起，这会在改变频率时产生相位不连续。

一个简单的解决方案是增加相位而不是时间。很容易计算给定频率的每单位时间的相位增量，并在内部循环之外进行计算。由于这个相位增量很小，所以不会有大的相位不连续性来产生爆裂声。

以这种方式计算新阶段每次迭代只需要加法，不需要乘法（乘以 2.0 * M_PI，等等）。

您可能还想将相位的范围限制在 +- M_PI 或 +-2pi 内，而不是让它任意变大，这会导致正弦函数内的范围缩小错误。

在自定义 AUAudioUnit 中查找裂纹和爆音的原因

Finding cause of crackle and pops in custom AUAudioUnit

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