在定制AUAudioUnit中发现裂纹和pops的原因

Question

我正在努力学习一些核心音频，并开始，我已经尝试了一个基本的音频单元，只是产生一个可调频率的正弦波。我现在的问题是，每当我调整频率时，我就会有严重的裂纹和爆裂，我不知道在哪里找出原因。

我甚至不知道这是否仅仅是因为我需要做一些平滑在频率之间移动，虽然我还没有在任何例子中看到。

总之，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类来包装它，并用来将频率绑定到一个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，这不是目前阶段的生产代码，但我怀疑裂缝和持久性有机污染物产生的原因是相当具体的。我甚至开始思考这是否与我使用SwiftUI绑定进行更新有关，但对我来说确实有点牵强。更可能的问题是在渲染块，但我现在看不到它。:)

无论如何，任何输入都是非常感谢的。

Answer 1

这是一个典型的错误，因为每次循环迭代都会增加时间和计算一个新相位(对于正弦函数参数)，在改变频率时会产生相位不连续。

一个简单的解决方案是增加阶段而不是时间。在给定频率下，很容易计算单位时间的相位增量，并在内环外进行计算。由于该相δ较小，因此不会有大的相间断产生裂纹和pops。

用这种方法计算一个新阶段，每次迭代只需要加法，而不是乘法(由2.0 * M_PI等等)。

您还可能希望绑定+- M_PI或+-2pi内的相位范围，而不是让它任意增大，这会导致正弦函数中的范围缩小错误。