这是一个可以让iOS小白用户，直接根据钢琴或者其他乐器的简谱，直接开发一个可以播放的简单教程，底层使用CoreMIDI.framework来实现，中层使用开源的MIKMIDI库来实现，上层将简谱设计成合理的数据结构，将简谱数据进行对象化管理，业务方简单调用进而直接上手使用。
一、理论篇
1、认识钢琴键盘和简谱的关系
piano.png
2、认识简谱和MIDI键的关系
其中：中央C（1/do） 对应的是 MIDI的 60，依次左右推算得到
| 音名 | 简谱 | MIDI值 | 和上个MIDI差值 |
|---|---|---|---|
| 中央C | 1 | 60 | 2 |
| d1 | 2 | 62 | 2 |
| e1 | 3 | 64 | 2 |
| f1 | 4 | 65 | 1 |
| g1 | 5 | 67 | 2 |
| a1 | 6 | 69 | 2 |
| b1 | 7 | 71 | 2 |
| c2 | 1+ | 72 | 1 |
| ... | ... | ... | ... |
规律点就是 3 - 4 MIDI 差值为1，7 - 1的MIDI差值为1，其他都是2。这个正是和钢琴按键对应上。
这里整理了较为完整的 唱名对应的MIDI值的枚举关系：
typedef NS_ENUM(NSInteger, HDModulatorMidiValue) {
HDModulatorMidiEmpty = -1000, // 空一拍
HDModulatorMidiLowLowDo = -24,
HDModulatorMidiLowLowRe = -22,
HDModulatorMidiLowLowMi = -20,
HDModulatorMidiLowLowFa = -19,
HDModulatorMidiLowLowSol = -17,
HDModulatorMidiLowLowLa = -15,
HDModulatorMidiLowLowSi = -13,
HDModulatorMidiLowDo = -12,
HDModulatorMidiLowRe = -10,
HDModulatorMidiLowMi = -8,
HDModulatorMidiLowFa = -7,
HDModulatorMidiLowSol = -5,
HDModulatorMidiLowLa = -3,
HDModulatorMidiLowSi = -1,
HDModulatorMidiDo = 0,
HDModulatorMidiRe = 2,
HDModulatorMidiMi = 4,
HDModulatorMidiFa = 5,
HDModulatorMidiSol = 7,
HDModulatorMidiLa = 9,
HDModulatorMidiSi = 11,
HDModulatorMidiHighDo = 12,
HDModulatorMidiHighRe = 14,
HDModulatorMidiHighMi = 16,
HDModulatorMidiHighFa = 17,
HDModulatorMidiHighSol = 19,
HDModulatorMidiHighLa = 21,
HDModulatorMidiHighSi = 23,
HDModulatorMidiHighHighDo = 24,
HDModulatorMidiHighHighRe = 26,
HDModulatorMidiHighHighMi = 28,
HDModulatorMidiHighHighFa = 29,
HDModulatorMidiHighHighSol = 31,
HDModulatorMidiHighHighLa = 33,
HDModulatorMidiHighHighSi = 35,
};
使用方式（播放 “do、re、mi”）
UInt8 note = 60 + HDModulatorMidiDo;
MIKMIDINoteOnCommand *noteOn = [MIKMIDINoteOnCommand noteOnCommandWithNote:note velocity:127 channel:1 timestamp:[NSDate date]];
[self.synthesizer handleMIDIMessages:@[noteOn]];
note = 60 + HDModulatorMidiRe;
noteOn = [MIKMIDINoteOnCommand noteOnCommandWithNote:note velocity:127 channel:1 timestamp:[NSDate date]];
[self.synthesizer handleMIDIMessages:@[noteOn]];
note = 60 + HDModulatorMidiMi;
noteOn = [MIKMIDINoteOnCommand noteOnCommandWithNote:note velocity:127 channel:1 timestamp:[NSDate date]];
[self.synthesizer handleMIDIMessages:@[noteOn]];
3、钢琴简谱如何生成对应MIDI值
bjehp.jpeg
首先看一下该简谱的基本信息：
C4/4：表示C调，4/4拍，即 “da da da da”
♩：四分音符（全音符时值的四分之一拍）
105：表示一分钟有105拍，也就是60/107=0.57秒为一拍
0 67 1` 5` ：该行为主旋律，其中 0 是空拍；67 为一拍；1` 是do的高音
0 0 0 0 ：该行为副旋律或者伴奏，表示四个空拍
beat.jpg
👆来自北京超哥的用心指导
所以这四拍对应的数据结构应该是
bjehp_data.jpg
字段解析如下：
interval：表示一拍的时间间隔
hitCount/allCount：4/4拍
modulators：
modulator：钢琴简谱的值（主旋律）。1-7直接输入1-7；“1`-7`”高音输入“11-77”； “1.-7.”低音输入为 “-1 -7”
mmodulator：钢琴简谱的值（主旋律）
# 如果一拍又有多个拍子，则需要将该拍的多个小拍子添加再 modulators/mmodulators 中
modulators = ({
modulators = ({
modulator = 6;
}, {
modulator = 7;
});
mmodulators = ({
mmodulator = "-2";
}, {
mmodulator = "-6";
});
})
原生代码对象如下：
/// 节拍数据对象
@interface HDModulatorItem : NSObject
/// 节拍的间隔时间
@property (nonatomic, assign) NSTimeInterval interval;
/// 节拍应该的拍数
@property (nonatomic, assign) NSUInteger hitCount;
/// 节拍的总拍数，和 beatHitCount 可以组合成 3/4、6/8 等节拍
@property (nonatomic, assign) NSUInteger allCount;
/// 钢琴曲中的音阶（主旋律）和 modulators 互斥
@property (nonatomic, assign) NSInteger modulator;
/// 钢琴曲中的音阶（副旋律/伴奏）和 minorModulators 互斥
@property (nonatomic, assign) NSInteger minorModulator;
/// 钢琴曲中的音阶（该拍子中又包含多个音阶） （主旋律）
@property (nonatomic, copy) NSArray <HDModulatorItem *>*modulators;
/// 钢琴曲中的音阶（该拍子中又包含多个音阶）（副旋律/伴奏）
@property (nonatomic, copy) NSArray <HDModulatorItem *>*minorModulators;
/// MIDI的音阶（主旋律）
@property (nonatomic, assign) HDModulatorMidiValue midiModulator;
/// MIDI的音阶（副旋律/伴奏）
@property (nonatomic, assign) HDModulatorMidiValue midiMinorModulator;
@end
二、实践篇
1、根据钢琴简谱生存MIDI数据库
这里没有好的方案，只能根据简谱及上面的理论知识，一个个将MIDI数据输入到PLIST文件中，当然比较高级的做法应该可以通过拍照来自动生成。技术难度应该有，容错机制等细节问题需要具体场景去实现解决。
2、MIDI数据转成原生对象
基于已经设计的数据结构，生成钢琴简谱的原生对象
/// 一首曲子的节拍及音阶信息
@interface HDModulator : NSObject
/// 节拍的间隔时间
@property (nonatomic, assign) NSTimeInterval beatInterval;
/// 节拍应该的拍数
@property (nonatomic, assign) NSUInteger beatHitCount;
/// 节拍的总拍数，和 beatHitCount 可以组合成 3/4、6/8 等节拍
@property (nonatomic, assign) NSUInteger beatAllCount;
/// 音阶组合（数据结构是树形结构，对应的是plist的数据结构）
@property (nonatomic, copy) NSArray <HDModulatorItem *>*beatModulators;
/// 音阶组合（数据结构是队列结构）（主旋律）
@property (nonatomic, copy) NSMutableArray <HDModulatorItem *>*combineModulators;
/// 音阶组合（数据结构是队列结构）（副旋律/伴奏）
@property (nonatomic, copy) NSMutableArray <HDModulatorItem *>*combineMinorModulators;
通过MJExtension来转换
+ (instancetype)loadPlist:(NSString *)plist {
NSString *filePath = [NSBundle.mainBundle pathForResource:plist ofType:@"plist"];
HDModulator *model = [HDModulator mj_objectWithFile:filePath];
return model;
}
3、对象数据处理
上面一部分将数据库转成了原生模型，但是每一拍的结构是树形结构，这里需要将其打平成一个数组，并且需要留言每个拍子中多个小拍的时间
/// 音阶组合（数据结构是队列结构）（主旋律）
- (NSMutableArray <HDModulatorItem *>*)combineModulators {
if (!_combineModulators) {
_combineModulators = [NSMutableArray array];
for (HDModulatorItem *item in self.beatModulators) {
item.interval = self.beatInterval;
[self addModulatorItem:item];
}
}
return _combineModulators;
}
- (void)addModulatorItem:(HDModulatorItem *)item {
if (item.modulators.count > 0) {
// 这里需要注意，一拍中又包含多个小拍，时间间隔需要处理
NSTimeInterval beatInterval = item.interval / item.modulators.count;
for (HDModulatorItem *mm in item.modulators) {
mm.interval = beatInterval;
[self addModulatorItem:mm];
}
}
else {
[_combineModulators addObject:item];
}
}
/// 音阶组合（数据结构是队列结构）（副旋律/伴奏）
- (NSMutableArray <HDModulatorItem *>*)combineMinorModulators {
if (!_combineMinorModulators) {
_combineMinorModulators = [NSMutableArray array];
for (HDModulatorItem *item in self.beatModulators) {
item.interval = self.beatInterval;
[self addMinorModulatorItem:item];
}
}
return _combineMinorModulators;
}
- (void)addMinorModulatorItem:(HDModulatorItem *)item {
if (item.minorModulators.count > 0) {
// 这里需要注意，一拍中又包含多个小拍，时间间隔需要处理
NSTimeInterval beatInterval = item.interval / item.minorModulators.count;
for (HDModulatorItem *mm in item.minorModulators) {
mm.interval = beatInterval;
[self addMinorModulatorItem:mm];
}
}
else {
[_combineMinorModulators addObject:item];
}
}
4、数据播放
这里直接是调用已经封装好的MIDI播放器进行播放即可
_modulator = [HDModulator loadPlist:@"bjehp"];
- (void)playIndex:(NSInteger)index {
if (!_isPlay) {
return;
}
if (_modulator.combineModulators.count <= index) {
return;
}
HDModulatorItem *item = _modulator.combineModulators[index];
NSInteger midiModulator = item.midiModulator;
NSLog(@"七音阶（主）：%ld MIDI音阶：%ld 下一拍时间间隔：%0.2f", item.modulator, midiModulator, item.interval);
if (midiModulator != -1000) {
UInt8 note = 60 + midiModulator;
MIKMIDINoteOnCommand *noteOn = [MIKMIDINoteOnCommand noteOnCommandWithNote:note velocity:127 channel:0 timestamp:[NSDate date]];
[self.synthesizer handleMIDIMessages:@[noteOn]];
}
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(item.interval * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
[self playIndex:index+1];
});
}
- (void)playMinorIndex:(NSInteger)index {
if (!_isPlay) {
return;
}
if (_modulator.combineMinorModulators.count <= index) {
return;
}
HDModulatorItem *item = _modulator.combineMinorModulators[index];
NSInteger midiMinorModulator = item.midiMinorModulator;
NSLog(@"七音阶（副）：%ld MIDI音阶：%ld 下一拍时间间隔：%0.2f", item.minorModulator, midiMinorModulator, item.interval);
if (midiMinorModulator != -1000) {
UInt8 note = 60 + midiMinorModulator;
MIKMIDINoteOnCommand *noteOn = [MIKMIDINoteOnCommand noteOnCommandWithNote:note velocity:127 channel:1 timestamp:[NSDate date]];
[self.synthesizer handleMIDIMessages:@[noteOn]];
}
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(item.interval * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
[self playMinorIndex:index+1];
});
}
播放过程中的日志信息如下：
2022-03-16 17:43:39.241376+0800 七音阶（主）：0 MIDI音阶：-1000 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:39.241565+0800 七音阶（副）：0 MIDI音阶：-1000 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:39.896846+0800 七音阶（主）：6 MIDI音阶：9 下一拍时间间隔：0.30
2022-03-16 17:43:39.897053+0800 七音阶（副）：0 MIDI音阶：-1000 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:40.224594+0800 七音阶（主）：7 MIDI音阶：11 下一拍时间间隔：0.30
2022-03-16 17:43:40.545589+0800 七音阶（副）：0 MIDI音阶：-1000 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:40.545754+0800 七音阶（主）：11 MIDI音阶：12 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:41.195015+0800 七音阶（副）：0 MIDI音阶：-1000 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:41.195196+0800 七音阶（主）：55 MIDI音阶：19 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:41.845323+0800 七音阶（副）：-2 MIDI音阶：-10 下一拍时间间隔：0.30
2022-03-16 17:43:41.845505+0800 七音阶（主）：44 MIDI音阶：17 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:42.170909+0800 七音阶（副）：-6 MIDI音阶：-3 下一拍时间间隔：0.30
2022-03-16 17:43:42.495522+0800 七音阶（主）：0 MIDI音阶：-1000 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:42.495700+0800 七音阶（副）：2 MIDI音阶：2 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:43.145171+0800 七音阶（主）：0 MIDI音阶：-1000 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:43.145845+0800 七音阶（副）：3 MIDI音阶：4 下一拍时间间隔：0.60
2022-03-16 17:43:43.795268+0800 七音阶（主）：0 MIDI音阶：-1000 下一拍时间间隔：0.60
看看效果如何？
https://www.bilibili.com/video/BV1Yq4y1e7G9/
以上的所有功能均已经开源 开源地址
