Java MIDI 音乐编程入门 + 基础乐理知识 for programmers

基础乐理知识

简谱阅读入门

下面以《上学歌》为例讲解简谱的阅读方式和相关的乐理知识。

上图只有高音部分，因此还需要参考链接1补充低音部分。

左上角的分数是拍号（节拍符号），分母表示多少个音节为一拍，分子表示一小节多少拍。

左上角的🎶 = 112表示一分钟112拍，对应代码里的bpm（beats per minute）。据此可以计算出每个音符的演奏时间，不过实际演奏中并不需要这么做。

左上角的1 = C表示这首歌的调式为C自然大调。调式确定了歌曲的音域范围。在钢琴键盘中，音名C3被称为中央C，因为它位于钢琴键盘的中间。C自然大调的含义就是升0个八度的唱名do对应C3，由此可推出升1个八度的唱名do对应C4，降1个八度的唱名do对应C2。同理，1 = D为D自然大调，升0个八度的唱名do对应D3，do up对应#D3，re对应E等。

例如，《上学歌》为C自然大调，bpm = 112，4音节一拍，一小节2拍。

上面提到了#D3，这是什么音名？首先我们需要引入半音和全音的概念。在钢琴白键中E, F、B, C没有黑键隔开，是半音关系；其他的都有黑键隔开，是全音关系。理解半音和全音的概念后，就可以讲黑键的音名了。#D3就是D3右侧的黑键，称为升D3。因为它也在E3的左侧，所以也可以称为降E3，记为b E3。例如，在《菊次郎的夏天》简谱（其简谱图在下文《菊次郎的夏天Demo》一节）第十一节有一个音#4，它表示fa up。

上面还提到了“八度”，那什么是八度？音程是两个音之间的距离，单位是“度”。在钢琴键盘上，有多少白键就是多少度。比如C3到A3为6度，C3到B3为7度，C3到C4为8度。对于升降音，需要先还原到白键才能确定音程。比如#C3到A3为6度。

接下来看《上学歌》的第一节。1 2和3 1有下划线，表示这一节的两拍，因此每个音符占0.5拍。第二节的5.表示附点四分音符，占1.5拍，随后紧跟的0是八分休止符，占0.5拍。第三节的1上面有一个点，表示这个do需要高1个八度。第五节的1.有1条下划线，0有两条下划线，这表示1.是附点八分音符，需要高一个八度，占0.75拍，休止符占0.25拍。

五线谱阅读入门

下面以《qq堂抢包子》为例讲解五线谱的阅读方式。

《qq堂抢包子bgm》为C自然大调，bpm = 140，4音节一拍，一小节4拍。

我们将五线谱的五条线从下到上分别命名为第一线到第五线，线与线之间从下到上分别命名为第一间到第四间。线的下方和上方都可以继续添加线，称为上加一线和下加一线等。怎样快速看出每个音符的音高呢？在高音谱表中有一个口诀：4613。这个口诀是什么含义呢？我们知道曲目常见的调式为C自然大调，所以口诀表示在C自然大调的高音谱表中第一间到第四间的唱法分别为fa、la、do、mi，也就是F3、A3、C4、E4。

五线谱每一行最左侧的符号为高音谱号，对应的符号还有中音谱号、低音谱号等。高音谱表和低音谱表的谱线表示的音高不同。简单来说，高音谱表和低音谱表是轴对称的，高音谱表的下加一线和低音谱表的上加一线都表示C3，也就是钢琴的中央C。据此有推论，C2在低音谱的第二间，C4在高音谱表的第三间。这时你可能会有疑问，为什么要引入高音谱号和低音谱号呢？简单点不好嘛？原因很简单，一首钢琴曲往往有低音部分（一般左手弹）和高音部分（一般右手弹），如果只使用高音谱表，那么低音部分很可能需要在下方加不少线，这就不方便了。

该曲的第一个音符是四分音符，占一拍。第二个音符是两个八分音符，各占二分之一拍。所以总体上第一节有4拍。第二节的最后一个空心的音符是二分音符，在上加一线所以是A4。第八节有一条连音线，表示C4要演奏0.5 + 2 = 2.5拍。第十五节的井号跟着的音符表示要升半音，因此是fa up，后面还跟着一个点表示这个音符是附点四分音符，要演奏1.5拍。第十五节的最后一个音符是一个八分音符。所以总体上第十五节同样有4拍。第十六节有一个gliss符号表示这个音要刮奏，从G5刮到G3，总共占2拍，因此在代码中这里每个音符要演奏1 / 7拍。

上学歌Demo

代码传送门

简单讲下代码结构：

1. main函数的模板基本上不变。
2. MyNoteImpl myNoteImpl = new MyNoteImpl(MyNote.Major.C);设置调式为C自然大调。
3. player.setTempoInBPM(112);设置bpm = 112。
4. 上学歌left和上学歌right分别处理低音和高音部分。对于里面的addNote调用，我们基本上只需要关注第3个参数和最后两个参数：第3个参数的myNoteImpl.getDo(-1)表示do低1个八度。倒数第二个参数表示这个音演奏多少拍。最后一个参数在顿音中设置为tick + 该音播放时间 / 4即可，在非顿音中设置为tick + length即可。

这世界那么多人Demo

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1. 这首曲子难度不高，我自己用它来检验我对乐理知识的理解的正确性。如果对节拍的理解正确，那么你会发现歌曲的第一部分演奏完的时间是2分10秒左右。
2. 上面的简谱没有体现，从其他渠道查到bpm = 72。

qq堂抢包子Demo

代码传送门

所需的乐理知识在上文已经讲解完毕，代码结构也与“上学歌Demo”一致，在此不赘述。

qq堂推箱子Demo

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1. 第一节的第一个音符是八分休止符，占0.5拍。
2. 第一节的第二个音符共占0.5拍，第四个音符的3个音分别占0.5、0.25、0.25拍。
3. 第十三节的“?”是临时降半音符号，按照惯例，其作用范围是当前小节的所有相同音。因此当前节总共有3 + 1 = 4个符号需要降半音。这个结论在视频中得到了验证，这一节总共按了4下黑键。
4. 代码结构与《qq堂抢包子Demo》一致，不赘述。

菊次郎的夏天Demo

代码传送门

这首曲子是最难的，因此放到本文的最后一节来实现。

1. 顿音符号：可以看到该曲简谱有不少空心倒三角，这就是顿音符号。在代码中，我们传入endTick = tick + 该音播放时间 / 4来表示顿音。
2. 延音符号：第五节的圆弧是延音符号，表示需要延长do的演奏时间，但颜色为灰色，所以最终视为和休止符效果相同。
3. 和五线谱同理，按照惯例，第十一节的每个4都应该升半音。
4. 可以看到右手出现了需要三个手指同时按键的现象，为此我引入了菊次郎的夏天right2, 菊次郎的夏天right3方法。
5. 代码引入了AddNoteParams类，这是为了能够引入以小节为单位的二维数组，从而更方便地实现仅播放某一个片段。这个想法再扩展一下，就是引入一个DSL来描述一首曲子。因为我写这篇blog的目标是检验自己对乐理知识的理解的正确性，所以就只做到硬编码这一步了。

总结

一个之前没想到过的视角：乐理知识是一种可以用代码进行验证的技术。

参考资料

1. 《上学歌》高音和低音部分简谱
2. 乐理入门教程：https://b23.tv/cPsBkTn