Kürzlich habe ich in meiner CS 101-Klasse eine Videovorlesung gesehen, die mich dazu inspirierte, mit dem WAV-Dateiformat in C zu spielen. Mein heutiges Projekt bestand darin, Klänge mit einer einfachen mathematischen Sinusfunktion zu erzeugen. Trotz einiger Hindernisse kann mein Programm jetzt mehrere Eingaben (Wellenfrequenzen, Wellenamplituden, Abtastraten usw.) akzeptieren und eine WAV-Datei mit den angegebenen Tonhöhen erstellen.

Beim Abspielen dieser Töne über die Lautsprecher meines Computers ist jedoch ein merkwürdiger, rhythmischer Knall zu hören, der sich mit der Abtastrate ändert. Bei höheren Abtastraten nimmt die Frequenz des Knallgeräuschs zu und verwandelt sich in ein störendes Jammern.

Der seltsame Teil ist, dass das Knallen auf verschiedenen Computern mit derselben Datei konsistent ist.

Unten werde ich den Code posten, mit dem ich die WAV-Datei generiere. Erkenntnisse darüber, was dieses Phänomen verursachen könnte, sind willkommen. Es ist wahrscheinlich nur ein dummer Fehler von meiner Seite irgendwo. :)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <math.h>

struct WAVHeader {
    char ChunkID[4];
    uint32_t ChunkSize;
    char RIFFType[4];
};

struct FormatHeader {
    char ChunkID[4];
    uint32_t ChunkSize;
    uint16_t CompressionCode;
    uint16_t Channels;
    uint32_t SampleRate;
    uint32_t AvgBytesPerSec;
    uint16_t BlockAlign;
    uint16_t SigBitsPerSamp;
};

struct DataHeader {
    char ChunkID[4];
    uint32_t ChunkSize;

};


void main(int argc, char * argv[]) {

//Check for valid number of arguments or display help
if(argc < 8) {
    printf("Usage:\n./Tone -l [length] -s [frequency] [amplitude] -o [output-file] -r [sample-rate]\n");
    printf("-l length of tone to produce in seconds\n");    
    printf("-s Creates sine wave. Can be used multiple times. Frequency (Hz) and amplitude (0 - 32767) of each tone. \n");  
    printf("-o File to write to\n");
    printf("-r samples per second (kHz). Note: Must be double highest frequency in tone.\n");   
    return;
}

//Organize arguments
int length, sinf[10], sina[10], samplerate;
memset(sinf, 0, sizeof(int) * 10);
memset(sina, 0, sizeof(int) * 10);
char * output = NULL;
int i = 0;
int count;
for(count = 1; count < argc; count++){
    char first = *argv[count];
    int second = *(argv[count] + 1);    
    if (first == '-') {
        switch (second) {
            case 's':
                sinf[i] = atoi(argv[count+1]);
                sina[i] = atoi(argv[count+2]);
                i++;
                break;
            case 'l':
                length = atoi(argv[count+1]);
                break;
            case 'o':
                output = argv[count+1];
                break;
            case 'r':
                samplerate = atoi(argv[count+1]) * 1000;
                break;
        }
    }
}

//Allocate memory for wav file
size_t size = sizeof(struct WAVHeader) + sizeof(struct FormatHeader) + sizeof(struct DataHeader) + (length * samplerate * 2);
void * buffer = malloc(size);

//Fill buffer with headers
struct WAVHeader * WAV = (struct WAVHeader *)buffer;
struct FormatHeader * Format = (struct FormatHeader *)(WAV + 1);
struct DataHeader * Data = (struct DataHeader *)(Format + 1);

strcpy(WAV->ChunkID, "RIFF");
WAV->ChunkSize = (uint32_t)size - 8;
strcpy(WAV->RIFFType, "WAVE");

strcpy(Format->ChunkID, "fmt ");
Format->ChunkSize = 16;
Format->CompressionCode = 1;
Format->Channels = 1;
Format->SampleRate = (uint32_t)samplerate;
Format->SigBitsPerSamp = 16;
Format->BlockAlign = 2;
Format->AvgBytesPerSec = Format->BlockAlign * samplerate;

strcpy(Data->ChunkID, "data");
Data->ChunkSize = length * samplerate * 2;

//Generate Sound
printf("Generating sound...\n");
short * sound = (short *)(Data + 1);
short total;
float time;
float increment = 1.0/(float)samplerate;
for (time = 0; time < length; time += increment){
    total = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        total += sina[i] * sin((float)sinf[i] * time * (2 * 3.1415926));
    }
    *(sound + (int)(time * samplerate)) = total;
    //printf("Time: %f Value: %hd\n", time, total);
}

//Write buffer to file
FILE * out = fopen(output, "w");
fwrite(buffer, size, 1, out);
printf("Wrote to %s\n", output);

return;

}