【Win 10 应用开发】MIDI 音乐合成——更改乐器音色

在开始今天的吹 BB 博文之前，说点题外话。

首先，上次老周给大伙伴们介绍完发送 MIDI 音符，本来说好的接着说一下如何更改乐器音色，为啥这么久都没更新呢。特特来解释一下，最近老周接了一个 ASP.NET Core 的项目，所以忙碌了一段时间。项目不大，一个人独立完成的话感觉特好。

其次，族中一位兄弟大学毕业了，他一直想找一个网页前端的。然后他看到许多招聘信息上写着要求你精通1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、…… 一大堆框架。然后他问我，哥，你能精通那些框架吗？

我回答：能，我精通各大搜索引擎，只要有搜索引擎，每个框架我可以三分钟学会，然后直接运用，用完直接忘记。人类历史上最无耻的招聘信息就是用“精通”二字。老周也说过，这些公司都是神经病高发群体。

说到底，病根在于浮躁，其实你只要基础扎实，什么东西你都可以现学现用，用完忘记。就算明年再出现十个 JS 框架也无妨，还是老规矩，用的时候学，学完就用，用完扔掉。比如，Bootstrap 老周就是这样的，做页面要排版，用起来挺方便，于是直接进他官网，看完文档看示例，看完示例 Run 一下。然后直接用到项目中，用完之后呢，忘了。

很多时候，负担都是你自己给自己创造的，心理压力也是自己折腾出来的。

看到现在很多毕业生求职，又想起老周当年。求职千万不要紧张，也不要睡不着觉，车到山前必有路，走出个通天大道宽又阔。总能找到活干的，放心好了。同时，也不要因为自己是毕业生，就总觉得自己满身是劣势，甚至被面试官问几句就很慌张。

不用怕的，面试人员算个啥，他又不敢吃了你，你怕啥。心情不好的时睺，你也可以拿面试官来出出气的。记得 2011 年换工作的时候，老周也戏弄过面试官。很搞笑的是，我戏弄他，他居然录用了我。反正，他问啥我都能答，全是胡说八道。忽悠是一项双向社会工程，你忽悠我，我忽悠你，各得其乐罢了。企业忽悠员工，员工忽悠企业，企业忽悠媒体，媒体忽悠社会公众——忽悠生态链。

哦，是了，上面提到了做 ASP.NET Core 项目，这个其实比传统的 ASP.NET 还要简单，虽然跨平台了，但风格依然很微软的，传承了微软的优良基因——简单易用效率高。.net Core 的内容网上很多，老周也不细说了，最近一两年，到处都是 Core 在刷屏，教程非常的多，只要你基础硬，哪怕不看其他教程，只看官方文档，一小时就能学会。

这里老周提一下的时，在Linux上测试时，可能你会想到在虚拟机里装 Linux 系统。其实根本不用，虚拟机不仅消耗性能，而且也折腾。最简单高效的方法就是启用 Windows 10 的 Linux 子系统（Bash功能），然后你到应用商店安装一下 Ubuntu 或者其他两个版本。这个子系统很 TNND 好用，而且可以直接访问 Windows 目录和文件，用来测试 ASP.NET Core 项目非常方便。

如果你不熟悉 Linux 不知道怎么弄，没关系，后面老周会写一篇烂文，详细告诉你怎么玩，放心吧，很简单的，你了解老周的，老周从来不写那些鬼都看不懂的东西。不过，今天的主题还是继续咱们的 MIDI 合成。

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好，F 话说得太多了，担心有人会扔砖头，老周并不怕被砖砸到，是担心你不知道从哪个考古发掘现场偷来的砖，这容易引起法律责任，偷文物是不文明的。

所以的 MIDI 通道消息都有共同特点，由两到三个字节组成，大部分是三个字节，个别是两个字节，比如本文要介绍的这个更改乐器音色的 Program Change 消息，它就是两个字节组成的。

所有通道消息的第一个字节都有两部分组成，我们知道一个字节是 8 位，状态码占高 4 位，标识消息类型；通道编号占低 4 位。

Program Change 消息的状态码（或者说命令标识码）是 1100 ，这是二进制，十六进制是 0xC。然后我们前面说过，通道是 0 到 15 共十六个，即 0x0 - 0xF。于是，两个合起来正好是一个字节，比如我要更改第一个通道上的音色，Program Change 消息的第一个字节就是 0xC0，如果要改第二个通道上的音色，就是 0xC1。

第二个字节表示乐器的编号，只使用1-7位，所以有效值为 0 - 127，共 128 种音色。

由于 UWP SDK 已经封装好 MidiProgramChangeMessage 类，所以用的时候，你不需要记忆状态码，构造实例时， 你只提供两个字节就行了，第一个是能道编号，第二个是音色编号。

128 种音色列表你可以到 midi.org 上查看，如果你嫌洋鬼子的文字看不懂，那行，老周给你整理了一下。如果你觉得无聊，可以直接看后面的示例。

第一个表格，是说乐器的分类，如吹管类的，拨弦类的，打击类的。

第二个表是乐器的列表。

注意啊，上面列表是从 1 开始的，我们在写代码时要从 0 开始，到 127。就是上面的编号 - 1。

其实是很简单的，一般我们不需要播放每个音符都发送 ProgramChange 消息，什么时候要改音色，就发送一条就行了，后面播放的音符都会应用这个更改，直到你再发送 ProgramChange 消息去进行更改。

下面我们用弘一法师（李叔同）填词的一首歌来做示例，这首歌咱们上学的时候都学过的——《送别》，“长亭外，古道边，芳草碧连天……”。

下面我们在界面上用 ListBox 控件来显示几个乐器选项，老周并没有写上 128 种，仅仅是挑了几个做演示。

    <Grid Background="{ThemeResource ApplicationPageBackgroundThemeBrush}">
        <Grid.ColumnDefinitions>
            <ColumnDefinition/>
            <ColumnDefinition/>
        </Grid.ColumnDefinitions>
        <Image Margin="10" Source="/Assets/1.png"/>
        <StackPanel Grid.Column="1" Margin="10">
            <TextBlock Text="选择一种乐器：" Margin="1,3"/>
            <ListBox Name="lbProgram" Height="280" SelectionMode="Single" >
                <ListBoxItem Tag="18">摇滚风琴</ListBoxItem>
                <ListBoxItem Tag="79">陶笛</ListBoxItem>
                <ListBoxItem Tag="56">小号</ListBoxItem>
                <ListBoxItem Tag="112">铃铛</ListBoxItem>
            </ListBox>
            <Button Margin="2,25,0,0" Content="演奏此曲" Click="OnClick"/>
        </StackPanel>
    </Grid>

然后我们在页面类上声明一下变量。

        MidiSynthesizer synthesizer = null;
        bool isPlaying = false;

跟上一篇中的例 子一样，这个 bool 类型的变量是为了防避重复执行代码用的。

然后初始化一下 MIDI 合成器，而且在离开页面时清理一下。

        protected async override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            // 获得实例
            synthesizer = await MidiSynthesizer.CreateAsync();
        }

        protected override void OnNavigatingFrom(NavigatingCancelEventArgs e)
        {
            // 释放实例
            synthesizer?.Dispose();
            synthesizer = null;
        }

接着，在页面类中弄两个自定义方法，方便后面调用。一个方法是开始 / 停止播放单个音符，另一个方法是播放一个音符列表。PlayNotesAsync 方法中会调用 PlaySingleNoteAsync 方法。

        async Task PlaySingleNoteAsync(Tuple<byte, TimeSpan> tp)
        {
            synthesizer.SendMessage(new MidiNoteOnMessage(, tp.Item1, ));
            await Task.Delay(tp.Item2);
            synthesizer.SendMessage(new MidiNoteOffMessage(, tp.Item1, ));
        }

        async Task PlayNotesAsync(IEnumerable<Tuple<byte, TimeSpan>> notes)
        {
            foreach (var ti in notes)
            {
                await PlaySingleNoteAsync(ti);
            }
        }

好，准备好这些，可以处理按钮的 Click 事件，组装音符列表了。

        private async void OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (lbProgram.SelectedIndex == -) return;
            if (isPlaying) return;

            // 更改音色一般在发送音符之前发送
            // 不必每个音符都发送 ProgramChange 消息
            // 它会自动保持，直到发送下一条 ProgramChange 消息

            // 获得列表框中选中的音色编号
            ListBoxItem item = lbProgram.SelectedItem as ListBoxItem;
            byte pc = Convert.ToByte(item.Tag);
            // 发送更改音色消息
            MidiProgramChangeMessage pcmsg = new MidiProgramChangeMessage(, pc);
            // 这个示例只使用第一个通道，你也可以视不同情况使用其他通道
            synthesizer.SendMessage(pcmsg);

            double tempo =  /  * ;//节奏
            // 开始发送音符
            List<Tuple<byte, TimeSpan>> notelist = new List<Tuple<byte, TimeSpan>>();
            // 第一句
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));

            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));

            // 后面是两个休止符，我们可以用音符 0
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));

            // 第二句
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));
            // 以下音符有附点，时值为一拍，再延长原时值的一半，即 1.5 拍
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 1.5d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 1.5d)));//4 附点
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//低音7
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));// 0

            // 第三句
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo))); //
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));//高音1
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));//高音1
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));//高音1
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//高音1
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));//2
            // 休止
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));

            // 最后一句
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 1.5d)));//高音1
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));//高音1
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 1.5d)));//4 附点
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo / 2d)));//低音7
            notelist.Add(new Tuple<byte, TimeSpan>(, TimeSpan.FromMilliseconds(tempo * 2d)));//1

            // 开始播放
            isPlaying = true;
            await PlayNotesAsync(notelist);
            isPlaying = false;
        }

还有一步很重要的，记得要添加一个扩展引用。

这首曲子里面出现了休止符（0），你也许会想到发送 NoteOn 0 音符，对于部分乐器音色来说，0确实不发声，可有部分是会发出低沉的声音。上面的代码在添加音符列表时，用 0 表示休止符。现在不妨修改一下 PlayNotesAsync 方法的代码，跳过休止符，但是，该延时还是得延时，不然就达不到停顿的效果了。

        async Task PlayNotesAsync(IEnumerable<Tuple<byte, TimeSpan>> notes)
        {
            foreach (var ti in notes)
            {
                // 跳过休止符
                if(ti.Item1 == )
                {
                    await Task.Delay(ti.Item2);
                    continue;
                }
                await PlaySingleNoteAsync(ti);
            }
        }

这样就大功告成了，运行试试吧。

示例源代码下载地址