四川职业技术学院学报
2020年12月
Journal of Sichuan Vocational and Technical College
第30卷第6期vol.30No.6Dec.2020
基于HTML5的Web Audio 技术
实现手机版简易钢琴
钱立
（四川职业技术学院计算机科学系，四川遂宁
629000）
摘要：现代信息化技术的快速发展，使得能够以软件的形式实现虚拟化的乐器，比如钢琴等。以前实现的虚拟化钢琴常使用按键触发加载音频文件方式发声，由于音频文件大小和内存加载耗时等操作，这种设计在按琴键时有时会感受到明显延时。随着HTML5中Web Audio 技术的不断完善，本文使用该技术，结合J
S 设计出的虚拟简易钢琴有很好的音效和灵敏度，同时在职业院校软件专业Web 前端开发课程的实践中取得了良好教学效果。
关键词：Web Audio ；JavaScript ；HTML5；虚拟钢琴中图分类号：TP319
文献标志码：A
文章编号：1672-2094（2020）06-0146-04
The Reality of Mobile Simple Virtual Piano Using Web
Audio Based on HTML5
QIAN Li
（Department of Computer Science,Sichuan Vocational and Technical College,
Suining 629000,China）
Abstract :With the rapid development of modern information technology,virtual instruments such as pia-no can be realized in the form of software.Previously,the virtual piano often uses the key trigger to l
oad audio file to make sound.Due to operations such as audio file size and memory load time,this design would some-times experience significant delay when pressing the keys.With the continuous improvement of Web Audio technology in HTML5,this paper uses this technology,combined with JS to design a virtual simple piano with good sound effect and sensitivity,and has achieved good teaching effect in the practice of Web front-end devel-opment course of software specialty in vocational colleges.
Key words :Web Audio;JavaScript;HTML5;virtual piano 0引言
虚拟化电子乐器是很有趣的音乐软件，大家可在PC 或手机上使用，虚拟钢琴就是其中一种。
以前设计的虚拟钢琴主要有这样几种：Flash 版，网页版，手机端Android 或iOS 原生代码开发版。因技术趋势，Flash 不再推荐使用。网页版钢琴
收稿日期：2020-08-10
基金项目：四川省教育厅项目“语音识别的智能家居系统研究”（18ZA0435）；2018-2020年四川职业技术学院教改质量工
程与教学改革课题项目“Web 前端开发技术课程教改”（2018J12）
作者简介：钱
立（1978—），男，四川遂宁人，副教授，硕士，研究方向为软件开发技术。
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设计思路主要是按琴键时加载相应的音频文件来发音。在这种方式下，若音频文件较大，加载和播放较耗时，有时能明显感觉到延时，不够灵敏；若音频文件过小，音效又较差。在手机安卓系统中可使用AudioTrack来合成音调播放，但编程过程复杂。同时在安卓中设计钢琴键盘也比HTML5网页界面复杂，控制起来也更麻烦。
Web Audio是HTML5中一个重要技术，使用该技术后可使得网页版应用或复杂的网页游戏具备华丽的音效，包括一些空间声响效果。本文使用该技术结合JS设计出的虚拟简易钢琴有很好灵敏度和音效。
1HTML5的Web Audio技术介绍
Web Audio采用了模块化设计，这种模块化设计提供了灵活创建动态效果的复合音频的方法。一个简单而典型的Web Audio流程如下[1]：
(1)创建音频上下文；
(2)在音频上下文里创建源(输入)：例如< audio>、振荡器、流；
(3)创建效果节点：例如混响、双二阶滤波器、平移、压缩；
(4)为音频选择一个目的地：例如你的系统扬声器；
(5)连接源到效果器，对目的地进行效果输
出。
图1Web Audio典型流程
本文设计的虚拟钢琴使用振荡器运算得到不同音调发声。使用到Web Audio相关API如下：AudioContext(音频上下文)代表由音频模块构成的音频处理图。它控制其所包含节点的创建和音频处理、解码。使用其它接口前必需创建一个音频上下文，一切操作都在这个环境里进行。
AudioNode(音频节点)是一个音频处理模块，可以是音频源、音频输出或中间处理模块（比如音量控制器GainNode）。
AudioParam代表音频相关的参数，比如一个AudioNode的参数。它可以设置为特定值或值的变化，并且可以在指定的时间之后以指定模式变更。
OscillatorNode(振荡器节点)代表一种随时间变化的波形，比如正弦波形。类型是AudioN‐ode，功能是音频处理模块，可以产生指定频率的波形。
GainNode用于音量变化，是一个AudioNode 类型的音频处理模块，输入后应用增益效果，然后输出。
2
钢琴界面设计
图224键钢琴界面
设计的24键钢琴界面如图2，这个界面使用HTML和CSS完成[2]。琴键样式key，白键样式whiteKey，黑键样式blackKey，使用样式叠加呈现出黑白琴键。
<div class="main">
<div id="key45"class="key whiteKey"></div> <div id="key46"class="key blackKey"></div>…
</div>
为了把琴键布置好，设置key样式为posi‐tion:absolute;float:left;。然后使用JS对每一个琴键设置样式left为不同偏移量，白键的宽度是手机屏幕横屏时宽度的1/14，黑键宽度是白键的2/3，黑键高度是白键的一半。一定要给琴键赋id值，便于定位键来确定发音频率。
3通过振荡器使钢琴发音
设计一个函数playSound(hz)来播放不同的音调。hz代表不同的音调，国际标准A调是440.0hz。这24键琴音hz用一个数组来保存，arrHz=[349.23,370.0,392.00,…][3]。
基于HTML5的Web Audio技术实现手机版简易钢琴
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Web Audio 产生的音调波形主要有正弦波，三角波，矩形波，锯齿波四种，但开发者可以自定义波型。这里设计了一种音效来模拟钢琴发音后声音逐渐消失的过程[4]：首先创建音频上下文，指定音调为正弦波和频率hz 后，再设置当前时间音量为0，0.01秒后音量变到1，然后从当前时间开始播放音调，最后声音在1秒内慢慢减低直到停止。参看代码如下：function playSound(hz){
//创建OscillatorNode，表示一个周期性波形（振荡），指定频率后表示一个音调
var oscillator =ateOscilla‐tor();
//创建GainNode，控制音频总音量var gainNode =ateGain();//把音量、音调和目的地节点关联。audioCtx.destination 通常表示音频渲染设备t(gainNode);html手机网站
gainNode.gain.setValueAtTime(0,audioCtx.currentTime);
gainNode.gain.linearRampToValueAtTime(1,audioCtx.currentTime+0.01);
oscillator.start(audioCtx.currentTime);ponentialRampToValueAt‐Time(0.001,audioCtx.currentTime+1);oscillator.stop(audioCtx.currentTime+1);}
在手机端上为了实现触摸屏幕滑动琴键发音，则需使用JS 实现TouchEvent 事件的监听。主要监听三个事件touchstart，touchmove，touchend。touchstart 事件也可看着是click 事件，可实现单个或多个琴键按下时发音。为了判断触摸从一个琴键移动到另一个琴键，需要保存上一个产生touchmove 事件的元素oldEle，同时要使用document.elementFromPoint(x,y)[5]来取得当前产生touchmove 事件的元素ele，后做进一步判断。关键代码如下：var oldEle =null;
keys[i].addEventListener(’touchstart’,han‐dlStart,false);
keys[i].addEventListener(’touchmove’,han‐dlMove,false);
function handleStart(e){e.preventDefault();
var touches=e.changedTouches;var idx=e.target.id.substr(3,2);play(arrHz[idx-45]);
e.target.style.backgroundColor="#9cf";tmp=function(){var obj=e.target;
if(obj.className=="key whiteKey"){obj.style.backgroundColor="#ffe";}else{
obj.style.backgroundColor="#444";}
}//这里函数tmp 功能是用于还原琴键背景setTimeout(tmp,100);//此处琴键按下后背景变0.1秒又还原}
function handleMove(e){var
ele=document.
elementFromPoint(e.
touches[0].uches[0].clientY);if(oldEle==null){oldEle=ele;}else{
if(ele!=oldEle){oldEle=ele;}else{return;}}
var idx=ele.id.substr(3,2);playSound(arrHz[idx-45]);}
4测试运行及总结
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为了使这个网页应用运行时有效果，可使用Chrome 浏览器打开该HTML 页面，再按F12键切换到开发者状态，在右侧开发者工具视图中切换到手机视图效果，这时鼠标放在页面上会出现一个灰的大圆点，这就代表触屏。可点击左键表示触屏tap 或按住左键移动表示touchmove。这样就可以发出类似钢琴的琴音了，按琴键或在琴键上快速移动都有敏捷的响应，发出的声音效果也不错。
如果想要直接运行在真实手机上，比如An‐droid 系统，主要有两种方法。一种是使用HBuilder 开发工具，连接上手机，自动安装好HBuilder 基座后，编写好网页应用立刻就能在手机上运行出效果。另一种是在可开发Android 程
序的Eclipse 或Android Studio 中创建Android 应用，在主Activity 中加入WebView 组件（全屏效果），然后通过WebView 组件加载本地HTML 网页，并允许JS 执行。这两种方法对于Android 系统最终均可生成apk 文件用于正常安装运行。
以往设计的虚拟钢琴通常是加载音频文件发音，随着Web Audio 技术的完善提高，我们可采用其技术通过波形和频率来产生特定的音调和音效。使用HTML5和CSS 设计钢琴界面，使用Web Audio 与JS 结合实现发音效果，这能较容易地设计出响应灵敏和漂亮音的虚拟钢琴。本文案例应用在教学过程中，一方面提高了学生开发兴趣，另一方面也拓展了知识，这个综合性案例有很好的教学效果。
参考文献：
[1]Mozilla.MDN web docs 技术文档[EB/OL]./zh-CN/docs/Web/API/Web_Audio_API,
2019-07
[2]卢淑萍等.JavaScript 与jQuery 实战教程(第2版)[M].北京：清华大学出版社,2019:148-160
[3]lfqdtxz.百度文库：国际标准音高与频率对照表[EB/OL].wenku.baidu/view/9f65d80fff4733687e21af4
5b307e87101f6f8eb.html,2017-08
[4]张鑫旭.利用HTML5Web Audio API 给网页JS 交互增加声音[EB/OL].www.zhangxinxu/wordpress/2017/
06/html5-web-audio-api-js-ux-voice/,2017-06
[5]Mozilla.MDN web docs 技术文档[EB/OL]./zh-CN/docs/Web/API/Document/element‐
FromPoint,2019-03
[责任编辑：李进东]
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