本文将介绍一套基于 ASCII 的简谱编码规则，并展示如何在 C++ 中利用这套规则实现简谱播放。该方案支持音高、时值、高低音、升降调、休止符以及小节线，确保编码规则既简洁又易于解析，同时还具备良好的扩展性。需要注意的是，此方案仅支持 Windows 操作系统。下面我将详细介绍这套规则和 C++ 实现的代码示例。
简谱编码规则
这套规则采用“音符 token”的概念，每个 token 都由以下部分组成：
- 高低音前缀：用
^表示升高一个八度，用_表示降低一个八度。多个符号表示多个八度调整，如^^1表示高两八度，__1表示低两八度。 - 音高：用
1-7表示 Do 到 Si，数字0则表示休止符（无音）。 - 升降调：
#表示升半音，b表示降半音。 - 时值后缀：默认为四分音符（1拍），可通过后缀修改时值：
-表示二分音符（2拍）--表示全音符（4拍）/表示八分音符（1/2拍）//表示十六分音符（1/4拍）
每个音符 token 由 [高低音前缀][音高][升降调][时值后缀] 组成，不同 token 之间用空格分隔，小节线作为独立的 token，用于视觉分隔，不影响实际播放。
| 类别 | 规则 | 示例 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 音高 | 1-7 表示 Do-Si | 1（Do），5（Sol） | 基本音阶，基于 C 大调 |
0 表示休止符 | 0 | 无音，持续时间由时值决定 | |
| 时值 | 默认：四分音符（1拍） | 1 | 1拍，长度由 BPM 决定 |
-：二分音符（2拍） | 1- | 2拍 | |
--：全音符（4拍） | 1-- | 4拍 | |
/：八分音符（1/2拍） | 1/ | 1/2拍 | |
//：十六分音符（1/4拍） | 1// | 1/4拍 | |
| 高低音 | ^ 前缀：升高一个八度 | ^1 | 高音 Do，频率翻倍 |
_ 前缀：降低一个八度 | _1 | 低音 Do，频率减半 | |
多个 ^ 或 _：多个八度 | ^^1（高两八度），__1（低两八度） | 每增加一个，频率乘以 2 或除以 2 | |
| 升降调 | #：升半音 | 1# | Do 升为 Do#，频率增加半音 |
b：降半音 | 1b | Do 降为 Dob，频率减少半音 | |
| 小节线 | | | | |
C++ 实现说明
下面是 C++ 的完整实现代码。代码中定义了一个 NotePlayer 类，用于解析简谱字符串并播放音符。整个播放逻辑主要包含以下步骤：
- 解析 Token：将输入的简谱字符串按空格拆分，每个 token 根据前缀和后缀解析出音高、八度偏移、升降调及时值信息。
- 计算频率：根据音符的音高、八度调整和升降调计算出实际播放时的频率。
- 播放音符：利用 Windows 的
Beep函数播放对应频率和时值的音符；若遇休止符则通过Sleep实现等待。
#pragma once
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <cmath>
#include <thread>
#include <windows.h>class NotePlayer {
public:NotePlayer(int bpm = 120) : bpm(bpm), quarterDuration(60000 / bpm), isPlaying(false) {}// 播放简谱，async = true 为异步播放void play(const std::string& song, bool async = false) {if (isPlaying) return;isPlaying = true;auto playLogic = [this, song]() {std::istringstream iss(song);std::string token;while (iss >> token && isPlaying) if (token != "|") playNote(parseToken(token));isPlaying = false;};if (async) { playThread = std::thread(playLogic); playThread.detach(); } else playLogic();}// 停止播放（仅对异步有效）void stop() { isPlaying = false; }private:int bpm, quarterDuration;std::thread playThread;bool isPlaying;struct Note { int frequency = 0, duration = 0; };// 播放单个音符void playNote(const Note& note) {if (note.duration <= 0) return;if (note.frequency > 0) Beep(note.frequency, note.duration);else Sleep(note.duration);}// 解析简谱 tokenNote parseToken(const std::string& token) {Note note; size_t pos = 0; int octaveOffset = 0;while (pos < token.size() && (token[pos] == '^' || token[pos] == '_')) octaveOffset += (token[pos++] == '^') ? 1 : -1;if (pos >= token.size() || token[pos] < '0' || token[pos] > '7') return note;char pitch = token[pos++], accidental = ' ';if (pos < token.size() && (token[pos] == '#' || token[pos] == 'b')) accidental = token[pos++];double multiplier = (pos < token.size() && token.substr(pos) == "--") ? 4.0 : (pos < token.size() && token.substr(pos) == "-") ? 2.0 : (pos < token.size() && token.substr(pos) == "//") ? 0.25 : (pos < token.size() && token.substr(pos) == "/") ? 0.5 : 1.0;note.duration = static_cast<int>(quarterDuration * multiplier);note.frequency = calculateFrequency(pitch, octaveOffset, accidental);return note;}// 计算音符频率int calculateFrequency(char pitch, int octaveOffset, char accidental) {if (pitch == '0') return 0;int semitoneOffset = (pitch == '1') ? 0 : (pitch == '2') ? 2 : (pitch == '3') ? 4 : (pitch == '4') ? 5 : (pitch == '5') ? 7 : (pitch == '6') ? 9 : 11;if (accidental == '#') semitoneOffset += 1; else if (accidental == 'b') semitoneOffset -= 1;return static_cast<int>(261.63 * std::pow(2.0, octaveOffset) * std::pow(2.0, semitoneOffset / 12.0) + 0.5);}
};
使用示例
以下是一个简单的使用示例，演示如何调用 NotePlayer 类来播放一段简谱。示例中使用了斗地主主题音乐作为演示内容。
#include <iostream>
#include "NotePlayer.hpp"int main() {// 示例：斗地主主题音乐（佚名）std::string song = R"(3 3/ 2/ | 1 1/ _6/ | 2/ 3/ 2/ 3/ | _5- _6 _6/ _5/ | _6 1 | 5/ 6/ 3/ 5/ | 2- 3 3/ 2/ | 3 5 | 6/ 6/ 6/ ^1/ | 6 5/ 3/ 2 2/ 3/ | 5 _5 | 2/ 3/ 2/ 3/ | 1- 3 3/ 2/ | 3 5 | 6/ ^1/ 6/ 5/ | 6 5/ 3/ 2 2/ 3/ | 5 _5 | 2/ 3/ 2/ 3/ | 1- 2/ 2/ 2/ 3/ | 5 5/ 6/ | ^1 6 | ^1- )";NotePlayer player(120); // BPM 120std::cout << "Playing the simplified score..." << std::endl;player.play(song);return 0;
}
总结
本文介绍了如何利用 C++ 结合自定义的简谱编码规则实现简谱播放。通过简单的 ASCII 编码方式，不仅使音乐表示更加直观，同时也保证了解析的高效和扩展性。希望这篇文章能给大家在音频处理和 C++ 编程实践中带来新的灵感和帮助。
