presentation/web-audio.html at master · hex-ci/presentation · GitHub

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<!doctype html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="utf-8">
    <title>Web Audio 基础与实例</title>
    <meta name="description" content="A framework for easily creating beautiful presentations using HTML">
    <meta name="author" content="Hakim El Hattab">
    <meta name="apple-mobile-web-app-capable" content="yes">
    <meta name="apple-mobile-web-app-status-bar-style" content="black-translucent">
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    <link rel="stylesheet" href="css/default.css">
    <!-- Theme used for syntax highlighting of code -->
    <link rel="stylesheet" href="lib/css/zenburn.css">
    <!-- Printing and PDF exports -->
    <script>
      var link = document.createElement('link');
      link.rel = 'stylesheet';
      link.type = 'text/css';
      link.href = window.location.search.match(/print-pdf/gi) ? 'css/print/pdf.css' : 'css/print/paper.css';
      document.getElementsByTagName('head')[0].appendChild(link);
    </script>
    <!--[if lt IE 9]>
    <script src="lib/js/html5shiv.js"></script>
    <![endif]-->
    <style>
      kbd {
        display: inline-block;
        color: rgb(175, 175, 255);
      }
    </style>
  </head>
  <body>
    <div class="reveal">
      <div class="slides">
        <section class="center">
          <h2>Web Audio 基础与实例</h2>
          <p class="sub">介绍 Web Audio 一个强大的音频处理系统</p>
          <p>
            <small><a href="https://codeigniter.org.cn" target="_blank">Hex</a> 为您分享 / Github: <a href="https://github.com/hex-ci" target="_blank">@hex-ci</a></small>
          </p>
        </section>

        <section>
          <h3>目录</h3>
          <br>
          <ul>
            <li>Web Audio 是什么</li>
            <li>音频上下文</li>
            <li>音频源</li>
            <li>音频处理</li>
            <li>兼容性</li>
          </ul>
        </section>

        <section>
          <h3>Web Audio 是什么</h3>

          <br>

          <p>
            Web Audio 是一套在 Web 上处理音频的 API
          </p>

          <div class="fragment">
            <p>
              使用这套 API 可以实现很多功能<br>
              比如：音乐可视化、音色合成器、动态混音、声音特效、<br>
              3D空间音频、均衡器、环境混响等
            </p>
          </div>

          <div class="fragment">
            <p>
              可以应用在音乐播放器、电子音乐软件、游戏音效、音乐游戏、直播互动等领域
            </p>
          </div>
        </section>

        <section>
          <h3>音频上下文 AudioContext</h3>

          <br>

          <p>
            AudioContext 为音频处理提供一个上下文环境<br>
            他也是一个中央控制器<br>
            控制着<kbd>音频路由图</kbd>中的各个音频模块
          </p>

          <br>

          <div class="fragment">
            <p>
              处理音频都需要创建一个 AudioContext 实例，可全局共享<br>
              <kbd>音频节点</kbd>需要包含在 AudioContext 中<br>
              每个<kbd>音频节点</kbd>只能关联一个 AudioContext
            </p>
          </div>
        </section>

        <section>
          <h4>音频节点 AudioNode</h4>

          <br>

          <p>
            音频节点是<kbd>音频路由图</kbd>中的基本单位<br>
            音频节点通过它们的输入输出相互连接<br>
            形成一个链或者一个简单的网
          </p>

          <br>

          <div class="fragment">
            <p>
              音频节点可以分为三类：<br>
              <kbd>Source Node</kbd>：能产生音频的节点，只有输出，没有输入<br>
              <kbd>Process Node</kbd>：对音频进行处理的节点，有输入和输出<br>
              <kbd>Destination Node</kbd>：通常为音频播放设备，如扬声器
            </p>
          </div>
        </section>

        <section>
          <h4>音频路由图</h4>

          <p>
            许多音频节点相互连接，构建了一个路由图，就是所谓的音频路由图
          </p>

          <div>
            <img style="max-height: 70vh" data-src="images/web-audio/1.jpg" alt="">
          </div>
        </section>

        <section>
          <h4>音频路由图</h4>

          <p>
            一个简单的音频播放示例：
          </p>

          <pre><code class="hljs js" data-trim>
            const ac = new AudioContext()

            const $audio = document.querySelector('#audio');
            const sourceNode = ac.createMediaElementSource($audio); // 从 audio 标签创建一个音频源节点

            const gainNode = ac.createGain(); // 创建一个增益节点
            gainNode.gain.value = 0; // 将增益设置为 0（相当于音量设置为 0）

            $audio.addEventListener('play', () => {
              gainNode.gain.exponentialRampToValueAtTime(1, 1); // 在 1 秒的时间内指数增长到 1，实现一个播放渐入效果
            });

            sourceNode.connect(gainNode); // 音频源节点连接到增益节点
            gainNode.connect(ac.destination); // 增益节点连接到 destination 进行播放
          </code></pre>
        </section>

        <section>
          <h3>音频源</h3>
          <p>
            Web 中的音频源包括：
          </p>
          <ul>
            <li>
              audio DOM 节点
            </li>
            <li>
              网络加载的音频文件
            </li>
            <li>
              实时音频流（WebRTC、麦克风等）
            </li>
            <li>
              能产生音频信号的音频节点（如：OscillatorNode）
            </li>
          </ul>
        </section>

        <section>
          <h4>从 &lt;audio&gt; 标签创建音频源</h4>

          <p>
            网络加载的音频文件，需要将其转换成音频源节点，才能连接到路由图中<br>
            比如我们经常使用的 &lt;audio&gt; 标签，它是不能直接连接到其它音频节点的<br>
            需要这样：
          </p>

          <pre><code class="hljs js" data-trim>
            const ac = new AudioContext();

            const $audio = document.querySelector('#audio');

            // 从 &lt;audio&gt; 创建一个音频源节点
            const sourceNode = ac.createMediaElementSource($audio);

            sourceNode.connect(/* 其它音频节点 */);
          </code></pre>
        </section>

        <section>
          <h4>使用 HTTP 请求加载音频数据</h4>

          <p>
            使用 HTTP 请求，将二进制的音频数据下载到本地后<br>
            再创建一个音频源节点，例如这样：
          </p>

          <pre><code class="hljs js" data-trim>
            const ac = new AudioContext();
            const source = ac.createBufferSource();

            source.connect(ac.destination);

            fetch('xxx.mp3')
              .then(res => res.arrayBuffer())
              .then(async buffer => {
                // 将解码后的数据（AudioBuffer）加载到了 source.buffer 属性中
                source.buffer = await ac.decodeAudioData(buffer);
                source.start();
              });
          </code></pre>
        </section>

        <section>
          <h4>制造白噪声</h4>

          <p>
            除了从网络/本地加载音频文件外，<br>
            我们还可以自己创建一个 buffer 丢给 source.buffer 来制造一些声音<br>
            比如下面的这个示例，使用随机函数生成一个白噪声音频：
          </p>

          <iframe width="80%" height="400" src="https://codepen.io/_hex_/full/zYPgZPR" title="example"></iframe>
        </section>

        <section>
          <h4>使用内置振荡器产生声音</h4>

          <p>
            OscillatorNode 是一个振荡器节点，它可以产生一个周期信号
          </p>

          <p>
            他有四种基本类型：
          </p>

          <ul>
            <li>
              方波 square
            </li>
            <li>
              正弦波 sine
            </li>
            <li>
              锯齿波 sawtooth
            </li>
            <li>
              三角波 triangle
            </li>
          </ul>

          <p>
            例子：
          </p>

          <pre><code class="hljs js" data-trim>
            const ac = new AudioContext();
            const oscillator = ac.createOscillator();
            // type 可能的值为 square, sine, sawtooth, triangle 默认为 sine
            oscillator.type = 'square';
            oscillator.frequency.value = 440; // 不能直接给 frequency 赋值，可以设置其 value
            oscillator.connect(ac.destination);
            oscillator.start();
          </code></pre>
        </section>

        <section>
          <h4>使用内置振荡器产生声音</h4>

          <p>演示：</p>

          <iframe width="80%" height="500" src="https://codepen.io/_hex_/full/WNXVjrE" title="example"></iframe>
        </section>

        <section>
          <h4>音频流</h4>

          <p>
            使用音频流来创建一个音频源节点<br>
            常见的音频流由麦克风、WebRTC 产生<br>
          </p>

          <div class="fragment">
            <p>
              通过 ac.createMediaStreamSource() 方法<br>
              从音频流创建一个音频源节点
            </p>

            <p>
              下面是一个简单的录音可视化效果：
            </p>

            <a href="https://codepen.io/_hex_/full/OJOKgBr" target="_blank">查看示例</a>
          </div>
        </section>

        <section>
          <h3>音频处理</h3>

          <br>

          <p>介绍几个常用的音频分析处理相关的 API：</p>

          <ul>
            <li>AnalyseNode</li>
            <li>BiquadFilterNode</li>
            <li>ConvolverNode</li>
          </ul>
        </section>

        <section>
          <h4>AnalyseNode</h4>

          <p>
            AnalyserNode 对音频信号进行实时的快速傅立叶变换（FFT）<br>
            得到音频的时域/频域数据，用于实现时域分析、频域分析、音频可视化等
          </p>

          <p>
            用法与示例：
          </p>

          <pre><code class="hljs js" data-trim>
            const ac = new AudioContext();

            // 创建一个 AnalyserNode
            const analyser = ac.createAnalyser();

            // fftSize 指定要进行 FFT 的采样数据的窗口大小，它的值必须是 2 的非零整数倍
            analyser.fftSize = 2048;

            // analyser.frequencyBinCount 是时域/频域数据的长度，它是 fftSize 的一半
            // 因为实时音频信号的傅立叶变换具有对称性，只需要获取一半数据即可
            const dataArray = new Uint8Array(analyser.frequencyBinCount);

            // analyser.getByteTimeDomainData(dataArray) 方法将数据填充到 8 位无符号整型数组中
            analyser.getByteTimeDomainData(dataArray);
          </code></pre>
        </section>

        <section>
          <h4>AnalyseNode</h4>

          <p>
            绘制一首音乐的波形：
          </p>

          <iframe width="80%" height="500" src="https://codepen.io/_hex_/full/NWwVrwP" title="example"></iframe>
        </section>

        <section>
          <h4>AnalyseNode</h4>

          <p>
            简单的音乐播放动效：
          </p>

          <iframe width="80%" height="500" src="https://codepen.io/_hex_/full/GRObBpx" title="example"></iframe>
        </section>

        <section>
          <h4>BiquadFilterNode</h4>

          <p>
            BiquadFilterNode 是一个双二阶数字滤波器<br>
            滤波器的作用是对特定频率的输入信号进行增强/减弱<br>
            通常用来控制音调、做均衡器
          </p>

          <p>
            用法与示例：
          </p>

          <pre><code class="hljs js" data-trim>
            const ac = new AudioContext();

            // 创建一个双二阶滤波器
            const filter = ac.createBiquadFilter();

            // 他有 4 个关键的参数：type, frequency, Q, gain
            filter.type = 'peaking'; // 设置类型为峰值滤波器
            filter.Q.value = 1; // 峰值滤波器的带宽
            filter.frequency.value = 1000; // 中心频率
            filter.gain.value = 5; // 增益，单位 db
            // ...
            source.connect(filter);
            filter.connect(ac);
          </code></pre>
        </section>

        <section>
          <h4>BiquadFilterNode</h4>

          <p>
            均衡器演示：
          </p>

          <iframe width="80%" height="600" src="https://res.cdn.changbaimg.com/!/web-audio-demo/1.4/index.html#/biquad-filter" title="example" style="background-color: #fff;"></iframe>
        </section>

        <section>
          <h4>BiquadFilterNode</h4>

          <p>
            所有的滤波器类型及对应的参数说明：
          </p>

          <div>
            <img style="max-height: 70vh" data-src="images/web-audio/2.png" alt="">
          </div>
        </section>

        <section>
          <h4>ConvolverNode</h4>

          <p>
            ConvolverNode 对音频信号进行线性卷积运算<br>
            将特定的脉冲信号与音频进行卷积运算后<br>
            会获得畸变效果，可以用来做环境混响效果
          </p>

          <p>
            用法与示例：
          </p>

          <pre><code class="hljs js" data-trim>
            const ac = new AudioContext();

            // 解码加载好的冲激信号
            const impulse = ac.decodeAudioData(arrayBuffer);

            // 创建一个卷积器节点
            const convolver = ac.createConvolver();

            // buffer: AudioBuffer 类型，一个冲激信号（必须是 .wav 格式的文件）
            convolver.buffer = impulse;

            source.connect(convolver);
            convolver.connect(ac.destination);
          </code></pre>
        </section>

        <section>
          <h4>ConvolverNode</h4>

          <p>
            混响效果演示：
          </p>

          <iframe width="80%" height="500" src="https://res.cdn.changbaimg.com/!/web-audio-demo/1.4/index.html#/convolver" title="example" style="background-color: #fff;"></iframe>
        </section>

        <section>
          <h3>兼容性</h3>

          <div>
            <img style="max-height: 70vh" data-src="images/web-audio/3.png" alt="">
          </div>
        </section>

        <section style="text-align: left;">
          <h1>THE END</h1>
          <p>谢谢！</p>
          <p>
            <br>
            <br>
            <br>
            <br>
            <br>
            <br>
            <small>
              参考资料：
              <ol>
                <li><a href="https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Web_Audio_API" target="_blank">MDN Web Audio API 文档</a></li>
                <li><a href="https://www.feishu.cn/docs/doccndPOo08N5Dmc53KJxjhcEsh" target="_blank">Web Audio 简易教程</a></li>
              </ol>
            </small>
          </p>
        </section>

      </div>
    </div>

    <script src="lib/js/head.min.js"></script>
    <script src="js/reveal.js"></script>

    <script>
      // More info https://github.com/hakimel/reveal.js#configuration
      Reveal.initialize({
        controls: true,
        progress: true,
        history: true,
        center: false,
        width: '100%',
        height: '100%',
        // margin: 100,

        transition: 'slide',

        // More info https://github.com/hakimel/reveal.js#dependencies
        dependencies: [
          { src: 'lib/js/classList.js', condition: function() { return !document.body.classList; } },
          { src: 'plugin/markdown/marked.js', condition: function() { return !!document.querySelector( '[data-markdown]' ); } },
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        ]
      });
    </script>
  </body>
</html>