本科生尝试安卓APP开发：手机调音器节拍器（音乐学习者使用）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了本科生尝试安卓APP开发：手机调音器节拍器（音乐学习者使用）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

写在前面

本项目的灵感来源

作品完成度

项目介绍

APP的名字：沐尘调音器

APP功能介绍

调音器

节拍器

实际测试

调音器测试

节拍器测试

项目内容

开发环境

APP功能原理

1.调音器-编程原理

2.节拍器-编程原理

代码框架

1.代码文件的分类

2.Manifest配置文件

3.启动界面和主界面

4.调音器界面

5.节拍器界面

项目总结

遇到的问题

总结

写在前面

本项目的灵感来源

本人二胡练习时长11年半，本科也在校民乐团待了4年。众所周知，学习弦乐器、管乐器、部分打击乐器，包括二胡、古筝、琵琶、中阮、提琴、钢琴、吉他、竖琴、竹笛、马林巴等，必然会接触到调音器（用来校准乐器的音准）。另外，所有学习音乐的人群都会接触到节拍器（用来帮助练习节奏准确度）。

然而，当我发现自己经常用的这种APP有广告而且开始收费时，我就想，能不能自己做一个这种类型的APP呢，正好自己也经常能用的到？作为一个在学校系统学过C语言和Python，自学过一些C++、C#的自动化工科生，我就这样开始了大胆的尝试。

作品完成度

如今，经过大三近2个月的努力，加上毕业这段时间对APP进行了Bug修复，我最终写完了这个APP ，并写下这篇近2万字的博客，作为我的“第二个本科毕业设计”的一个纪念。

本科生尝试安卓APP开发：手机调音器节拍器（音乐学习者使用）

本作品基本上实现了所有预定的功能，算是一次比较成功的尝试（对于一个刚开始对安卓开发一无所知的人来说，已经超级成功了hhh）。本项目是本人在大三寒假时开始做的，做了2个月左右，包括前期的学习和搜集资料，以及最后软件bug的修复。因为近一年比较忙，这个APP大体上完成一年多之后才来写这个博客。趁着毕业季，花了点时间修复了APP的bug，完成这篇博客，作为一个项目总结和经验分享~

需要声明的是，APP的UI部分（界面、按钮以及动画）完全是纯自己原创的，包括插图；调音器的数字信号处理部分有参考GitHub上的开源项目，做了一些修改；节拍器的代码框架也是有参考和学习GitHub国外的开源项目。（地址在结尾）

项目介绍

APP的名字：沐尘调音器

本APP是音乐类Android应用程序，主要提供调音器和节拍器功能。

开发该APP学习到的能力：Android开发的基本知识（包括Android系统基本架构、线程、接口等等）、十二平均律音乐相关知识、使用麦克风接收声音产生音频信号、数字信号处理、应用层信息传输、自定义接口、自定义线程、媒体播放、闪光灯调用、手机振动调用、可视化动画UI设计、插图设计等

本APP有原创的LOGO和UI界面，APP内包含启动界面，菜单界面，调音器界面，节拍器界面（包含三个fragment和底部菜单栏）。用户点击图标进入APP后，会进入启动界面并保持2秒，之后自动跳转到菜单界面。菜单界面有两个按钮，分别对应调音器和节拍器。

APP功能介绍

调音器

具有十二平均律调音功能，默认以440Hz为标准音，用户也可以点击按钮切换标准音为442Hz。调音器界面包含调音仪表盘、当前声音的音名、当前声音与标准音准的偏差音分数，以及一个显示当前声音音准对应位置的钢琴键盘。

进入调音器界面程序会自动请求调用手机麦克风的权限，进行收音，同时显示出当前声音的音名和音准度数。背景色块显示蓝色表示音准比较标准，在±10音分之内；显示红色表示音准不太准，需要进一步调整。校音范围是固定音C0~B8，每个八度12个半音都能识别出来。用户可以根据显示的信息，自行调整声音的音准，实现帮助用户调整音准的功能。

本科生尝试安卓APP开发：手机调音器节拍器（音乐学习者使用）

沐尘调音器-调音器部分

节拍器

用户可以点击界面中的按钮调整参数，点击播放按钮可以实现节拍器声音的播放和暂停。当节拍器播放时，界面中的节拍器图像会像现实中的机械节拍器一样，进行不同速度地自然摆动，同时手机会遵循节奏播放节拍器声音。在修改速度、重音、节奏型的同时，节拍器声音的播放也会同步调整（强调即时地、同步地响应参数修改的效果）

用户还可以由底部菜单栏，切换三个界面：“节拍器”、“更多、“设置””（中间的“更多”界面暂时是空白的，还没有想好要做什么内容hhh）

在设置界面中，可以开启闪光灯模式，即手机闪光灯会随节拍器的节奏闪烁；可以开启振动模式，即手机会随节拍器的节奏进行振动。还可以选择切换节拍器的音色。

沐尘调音器-节拍器部分

本APP的安装包下载链接：

链接：https://pan.baidu.com/s/10XFGE2-W4JnOfNzYunOJnA
提取码：3vef

注：由于懒得把UI弄成适应所有手机屏幕大小了，所以不一定能适应非全面屏的手机屏幕，若适应不了你的手机屏幕就将就着用下吧（=v=）

实际测试

实际测试的视频发在了b站：第二个本科毕业设计|自制调音器节拍器APP_哔哩哔哩_bilibili

调音器测试

与实体电子调音器对比，本APP音高检测的灵敏度上要更好一些。

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节拍器测试

速度变换、节奏型变换、重音开关、音色切换、手电筒、振动功能都正常。

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项目内容

主要是分享一些功能原理、代码框架，并分享一下我从刚开始学习Android开发和Java相关语法，一直到最后开发出APP的大致经历、遇到的困难以及解决方法。本博客是纯经验分享（非教学），有错误可以在评论区补充~

开发环境

开发软件：Android Studio

开发语言：Java

插图和图标绘制软件：Adobe Illustrator 2019

SDK版本：

compileSDK版本：32
minSDK版本：21
targetSDK版本：32
JDK 版本：1.8

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Android Studio、gradle和Sdk版本更新到最新版就行

APP功能原理

1.调音器-编程原理

调音器程序执行的大致流程：

经过计算，最终，调音器界面UI要显示的信息主要是2个：距离当前声音音高最近的标准音符、当前声音与之的音分偏差

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快速傅里叶变换与YIN算法：

FFT（Fast Fourier Transmit），快速傅里叶变换，可以将时域转化为频域。FFT是离散傅氏变换（DFT）的快速算法。

本项目使用了TarsosDSP库的音高估计算法FFT.YIN，其从每一帧信号FFT中获得的功率谱中提取基频，将峰值频率确定为当前声音的频率。

音乐理论——十二平均律：

十二平均律将一个八度分为12个音，每个音之间间隔一个半音音高。

该APP需要检测的声音音高是从C0~B8的，C0~B8 共108个音符称为标准音符（或固定音符），其中，A4又被称为国际标准音。标准音A4的频率不同，所有标准音符的频率也不同，即所有标准音符的频率是由标准音确定的。

本调音器，默认标准音是440Hz，允许用户切换标准音频率，比如用户将标准音切换至442Hz后，若要得到某个音符的频率，程序会根据当前标准音频率通过算法求出该音符的频率。下图是我自己整理的108个音名的频率-波长对照表（当标准音为440Hz时）

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根据十二平均律：一个音的频率刚好是其低八度音频率的两倍，即若A4频率为440Hz，则A3频率为220Hz，A5频率为880Hz；若X音符为880Hz，Y音符比X音符高22个半音，则Y音符的频率 = 880 * 2^(22/12) = 3135.96 Hz，在上方的频率对照表里，我们可以查到X音符为A5，Y音符为G7。

由此，我们可以编写出根据标准音A4频率计算所有标准音符频率的算法：

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ValueAnimator 数值动画控制器

用来控制调音器仪表盘指针转动，并使用了自定义插值器，使动画更加丝滑。

2.节拍器-编程原理

节拍器程序执行的大致流程：

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节拍器UI控件如下：

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ValueAnimator 数值动画控制器

用来控制节拍器摆锤转动，并使用了自定义插值器，使动画更加丝滑。

应用到的比较重点的操作：

（1）Thread线程类

（2）SoundPool库：用于进行7种音色音频文件的导入、播放

（3）ViewModel：用于在不同Fragment之间进行信息传递

（4）手机手电筒、振动控制：定义FlashUtils类来管理camera状态，进行手电筒的开关操作；新建Vibrator对象，设置振动频率，控制手机振动

（5）UI方面采用了1个Activity装载3个fragment，3个fragment可以来回切换显示

代码框架

1.代码文件的分类

代码文件夹主要有4个，manifest（配置文件）、java（java代码文件）、res（包含color色彩配置文件、drawable贴图文件、layout布局文件、menu菜单文件、mipmap图形文件、raw源媒体文件、values色彩尺度字符主题文件）、resources（包含一个csv文件，写有所有音符对应频率和波长的数据）

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2.Manifest配置文件

配置文件里主要编写了用户权限许可声明、LOGO配置、主题配置、Activity基本信息声明

用户权限：主要是APP需要向用户申请麦克风录音和手机振动的权限

<uses-permission android:name="android.permission.VIBRATE" />
<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO" />

Activity声明：MainActivity是主界面，metro.mertoMainActivity是节拍器界面，ButtonActivity是调音器界面（开始随便命了一个名，后面懒得改了hhh），SplashActivity是启动界面

<activity
    android:name=".MainActivity"
    android:exported="true" />
<activity
    android:name=".metro.metroMainActivity"
    android:exported="false" />
<activity
    android:name=".ButtonActivity"
    android:exported="false" />
<activity
    android:name=".SplashActivity"
    android:exported="true"
    android:hardwareAccelerated="false"
    android:launchMode="standard"
    android:configChanges="orientation|screenSize|keyboardHidden">

3.启动界面和主界面

（1）启动界面：需要写的是Java文件SplashActivity.java，还有对应的Xml布局文件

Java文件：定义SplashActivity类，并继承AppCompatActivity（Android中的Acitivity类）。在onCreate()里写的都是用户开启这个Activity之后自动运行的代码和函数。其中setContentView是指定布局文件。定义Handler（消息传递机制），然后定义新线程run，再定义Intent，从SplashActivity（启动界面）跳转到MainActivity（主界面）。

整个功能是启动界面会显示并停留2100毫秒，然后工作线程通过Handler通知主线程（UI线程），完成界面跳转操作。

public class SplashActivity extends AppCompatActivity {

    public static SplashActivity instance;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        instance=this;
        setContentView(R.layout.activity_splash);

        Handler handler = new Handler();
        handler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Intent intent = new Intent(SplashActivity.this,MainActivity.class);
                startActivity(intent);
                SplashActivity.this.fileList();
                instance.finish();
            }
        },2100);

    }

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Acitivity界面布局：布局在layout文件夹里新建activity_splash.xml作为该启动界面Activity对应的布局文件，可以进行自定义布局。布局文件里写了1个ImageView和3个TextView。

这个启动界面的话（包括其他的所有界面也一样）主要是采用的是垂直的相对布局(RelativeLayout)，就是把每个部件与屏幕边界绑定，然后设置偏移的百分比（距离屏幕边界）。也可以是每个部件之间设置相对距离。

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图片的导入：我是绘制好了之后，转成SVG（矢量图）格式，由下图的方式，在屏幕左侧drawable文件夹处右键->New新建->Vector Asset，生成单个图像的xml文件，可以直接在布局文件里使用这个图片的xml文件。

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（2）主界面：需要写的是Java文件MainActivity.java，还有对应的Xml布局文件

Java文件：定义MainActivity类，主界面主要的部件是2个按钮组件（Button），我自定义了myClick函数监听按钮的触发，当按下“调音器”按钮时，运行跳转程序，跳转到调音器界面；“节拍器”按钮同上。

public void myClick(View v){
        switch (v.getId()){
            case R.id.btn1:
                Intent intent=new Intent(MainActivity.this,ButtonActivity.class);
                startActivity(intent);

                break;
            case R.id.btn2:
                Intent intent1=new Intent(MainActivity.this, metroMainActivity.class);
                startActivity(intent1);
                break;
        }
    }

主界面还写了onKeyDown代码，定义了exit()函数，保证当用户触发退出键后，运行exit()，会发送底部消息气泡提示用户“再点击一次退出键将退出程序”。

public void exit(){
        if (!isExit) {
            isExit = true;
            Toast.makeText(getApplicationContext(), "再按一次退出程序", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            mHandler.sendEmptyMessageDelayed(0, 2000);
        } else {
            Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_MAIN);
            intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME);
            startActivity(intent);
            System.exit(0);
        }
    }

主界面的布局文件如下：

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4.调音器界面

调音器所包含的Java文件有：ButtonActivity.java（调音器界面），CanvasPainter.java（绘制模块），ChromaticTuning.java（十二平均律调音模块），KeyView.java（钢琴键盘显示模块），ListenerFragment.java（收音模块）Note.java（接口）NoteFrequencyCalculator.java（音符频率计算）NoteName.java（枚举类，列出C0~B8的108个音符的音名和符号，包含scientific音名表示法和sol唱名表示法）PitchComparator.java（与标准音符进行比较，找出距离最近的标准音符），PitchDifference.java（计算与标准音符之间的频率差值），Sampler.java（采样器，包含每一次采样的操作，循环调用PitchDifference函数，计算所有采样信号与标准音符的频率差值，得出声音信号中出现最频繁的音符），TunerView.java（自定义View，绘制调音器界面的部分UI），Tuning.java（接口）

本科生尝试安卓APP开发：手机调音器节拍器（音乐学习者使用）

主要说一下声音的接收、数字信号处理，怎么计算出与当前声音差值最小的标准音高，和图形可视化部分的实现吧。

（1）声音的接收和处理：

在ListenerFragment.java文件中，创建Fragment，作为载体用来进行声音接收、处理与回调。

需要使用Java第三方库TarsosDSP，这是一个音频处理库。该库是纯 Java 实现 , 没有依赖任何外部的第三方库。

import be.tarsos.dsp.AudioDispatcher;
import be.tarsos.dsp.io.android.AudioDispatcherFactory;
import be.tarsos.dsp.pitch.PitchDetectionHandler;
import be.tarsos.dsp.pitch.PitchProcessor;
import be.tarsos.dsp.pitch.PitchProcessor.PitchEstimationAlgorithm;

定义PitchListener类，继承AsyncTask，在该类里写所有跟音高检测有关的代码。

AsyncTask简介：onPreExcute() （主线程中执行）、doInBackground(Params...)（子线程中执行）、如果要更新UI，可以通过调用publishProgress(Progess...)方法来完成比如反馈当前的进度、onProgressUpdate(Progress...)(主线程中执行)、onPostExecute(Result)（主线程中执行）

上面几个方法的调用顺序：onPreExcute() --> doInBackground() --> publishProgress() --> onProgressUpdate() --> onPostExcute()

在doInBackground()方法中执行接收声音信号的具体操作，在onProgressUpdate()方法中实时

AsyncTask的参考链接：八、AsyncTask解析 - 简书

调用TarsosDSP库中的类和方法：AudioDispatcher、PitchDetectionHandler

在PitchListener类里新建AudioDispatcher对象，这个对象采用默认麦克风作为声音信号来源，并设置最小item计数为15（MIN_ITEMS_COUNT =15），即采样15次为一组。之后在doInBackground(Params...)里新建PitchDetectionHandler对象，调用相关方法获取音高值（详见TarsosDSP库使用手册）。

float pitch = pitchDetectionResult.getPitch();

其中， AudioDispatcher负责切断帧中的音频，它还将音频帧包装到AudioEvent对象中。此AudioEvent对象通过AudioProcessors链发送。

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使用Sampler.java里编写的calculateAverageDifference方法（注意要定义为静态），采样出的信号装入List<PitchDifference> samples（samples为由多个PitchDifference类对象组成的列表），提取采样序列中出现频率最高的音高，并采样序列进行过滤；计算过滤后序列的总偏离值（deviation），然后计算平均偏离值，最后返回。P.S 其中频率最高的音符定义为Note接口类型；提取采样序列中出现频率最高的音高是使用Sampler.java里编写的extractMostFrequentNote方法；Sampler.java里的filterByNote方法对采样序列samples进行过滤，遍历该组采样，判断距离每一个sample音高最近的标准音高是否为本组采样出现最多的音高（代码中用sample.closest表示距离sample音高最近的标准音符，其中，sample为从samples遍历出的pitchDifference对象），最后返回过滤后的采样组filteredSamples。

extractMostFrequentNote方法：定义Hash表noteFrequencies（音符频率），noteFrequenceis.containsKey(closest)判断Hash表中是否存在closest这个Key对应的映射关系（键值对映射关系），若有，取出与此声音信号音高距离最近的标准音高，获取最近标准音高的记录值（count），count+1后保存到Hash表中；若无，则将其添加到表中，count值记为1。（即对每一个sample对应的最近标准音高进行计数）

static Note extractMostFrequentNote(List<PitchDifference> samples) {
        Map<Note, Integer> noteFrequencies = new HashMap<>();

        for (PitchDifference pitchDifference : samples) {
            Note closest = pitchDifference.closest;
            if (noteFrequencies.containsKey(closest)) {
                Integer count = noteFrequencies.get(closest);//获取Key对应的Value
                noteFrequencies.put(closest, count + 1);//将键/值添加到Hash表中
            } else {
                noteFrequencies.put(closest, 1); 
            }
        }

        Note mostFrequentNote = null;
        int mostOccurrences = 0;
        //noteFrequencies.keySet()返回表中Key的集合
        for (Note note : noteFrequencies.keySet()) {        
            Integer occurrences = noteFrequencies.get(note);
            if (occurrences > mostOccurrences) {
                mostFrequentNote = note;
                mostOccurrences = occurrences;
            }
        }

        return mostFrequentNote;
    }

注意下面定义的calculateAverageDifference方法是返回值为PitchDifference类的方法。

static PitchDifference calculateAverageDifference(List<PitchDifference> samples) {

Sampler.calculateAverageDifference（）返回对采样序列pitchDifferences计算出的出现最多的音符（mostFrequentNote）和平均音准偏差（averageDeviation）所新建的PitchDifference对象。

return new PitchDifference(mostFrequentNote, averageDeviation);

ListenerFragment.java中，每组采样得到上述返回的新建PitchDifference对象average，并对其调用publishProgress(average)，publishProgress()用来在PitchListener类（继承了AsyncTask）中更新UI。

if (pitchDifferences.size() >= MIN_ITEMS_COUNT) {
                        PitchDifference average =
                                Sampler.calculateAverageDifference(pitchDifferences);

                        publishProgress(average);

                        pitchDifferences.clear();
                    }

创建pitchProcessor对象，初始化设置采样频率为44100，缓冲区大小1024*4，重叠区768*4，音高估计算法设置为PitchEstimationAlgorithm.FFT_YIN（一种快速傅里叶变换算法）。接着初始化audioDispatcher对象，将新建的pitchProcessor添加到audioDispatcher对象中，运行audioDispatcher。

接着在PitchListener类（继承了AsyncTask）中的onProgressUpdate()方法里调用接口taskCallbacks的onProgressUpdate()方法，即在主线程中运行

P.S PitchListener类（自己定义的）定义如下：

private static class PitchListener extends AsyncTask<Void, PitchDifference, Void> {

        private AudioDispatcher audioDispatcher;

        @Override
        protected Void doInBackground(Void... params) {
            PitchDetectionHandler pitchDetectionHandler = (pitchDetectionResult, audioEvent) -> {

                if (isCancelled()) {
                    stopAudioDispatcher();
                    return;
                }

                if (!IS_RECORDING) {
                    IS_RECORDING = true;
                    publishProgress();
                }

                float pitch = pitchDetectionResult.getPitch();

                if (pitch != -1) {
                    PitchDifference pitchDifference = PitchComparator.retrieveNote(pitch);

                    pitchDifferences.add(pitchDifference);

                    if (pitchDifferences.size() >= MIN_ITEMS_COUNT) {
                        PitchDifference average =
                                Sampler.calculateAverageDifference(pitchDifferences);

                        publishProgress(average);

                        pitchDifferences.clear();
                    }
                }
            };

            PitchProcessor pitchProcessor = new PitchProcessor(PitchEstimationAlgorithm.FFT_YIN,
                    SAMPLE_RATE,
                    BUFFER_SIZE, pitchDetectionHandler);

            audioDispatcher = AudioDispatcherFactory.fromDefaultMicrophone(SAMPLE_RATE,
                    BUFFER_SIZE, OVERLAP);

            audioDispatcher.addAudioProcessor(pitchProcessor);

            audioDispatcher.run();

            return null;
        }
        @Override
        protected void onProgressUpdate(PitchDifference... pitchDifference) {
            if (taskCallbacks != null) {
                if (pitchDifference.length > 0) {
                    taskCallbacks.onProgressUpdate(pitchDifference[0]);
                } else {
                    taskCallbacks.onProgressUpdate(null);
                }
            }
        }
        @Override
        protected void onCancelled(Void result) {
            stopAudioDispatcher();
        }
        private void stopAudioDispatcher() {
            if (audioDispatcher != null && !audioDispatcher.isStopped()) {
                audioDispatcher.stop();
                IS_RECORDING = false;
            }
        }
    }
}

然后在ListenerFragment中的onCreate方法里创建PitchListener对象，执行对象所带有的内容。

定义接口TaskCallbacks，定义方法onProgressUpdate，调用。TaskCallbacks接口是在ButtonActivity类中实现的。

下面给出这个接口与Java类的关系示意图：

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（2）如何计算出与当前声音频率差值最小的标准音高：

在上一步中我们可以得到当前麦克风所接收声音的频率，我们需要得到它离哪一个标准音符最近，相差多少频率。

在PitchDifference.java文件中，定义了一个PitchDifference抽象类，并implements Parcelable接口。Parcelable是Android提供的序列化接口，实现序列化和反序列化的操作。

为什么要用Parcelable呢？Parcelable作用是利用Parcel out 将数据存储到内存中，然后通过Parcel in 从内存中获取数据。进行Android开发的时候，无法将对象的引用传给Activities，我们需要将这些对象放到一个Intent或者Bundle里面，然后再传递。简单来说就是将对象转换为可以传输的二进制流(二进制序列)的过程，这样我们就可以通过序列化,转化为可以在网络传输或者保存到本地的流(序列)，从而进行传输数据，那反序列化就是从二进制流(序列)转化为对象的过程。Parcel提供了一套机制，可以将序列化之后的数据写入到一个共享内存中，其他进程通过Parcel可以从这块共享内存中读出字节流，并反序列化成对象。

PitchDifference类的成员变量是Note型的closest，即距离最近的标准音符（Note是在Note.java文件中自定义的接口）和double型的deviation，即距离标准音符的偏差值。

createFromParcel(Parcel in) 从Parcel容器中读取传递数据值，封装成Parcelable对象返回逻辑层。newArray(int size) 创建一个类型为T，长度为size的数组，仅一句话（return new T[size])即可(暂时感觉没用)。

private PitchDifference(Parcel in){...}，是在创建构造方法，实例化对象。

writeToParcel 方法，将对象写入序列化，即打包需要传递的数据到Parcel容器保存。

class PitchDifference implements Parcelable {

    public static final Creator<PitchDifference> CREATOR = new Creator<PitchDifference>() {
        public PitchDifference createFromParcel(Parcel in) {
            return new PitchDifference(in);
        }

        public PitchDifference[] newArray(int size) {
            return new PitchDifference[size];
        }
    };

    final Note closest;
    final double deviation;

    PitchDifference(Note closest, double deviation) {
        this.closest = closest;
        this.deviation = deviation;
    }

    private PitchDifference(Parcel in) {
        Tuning tuning = ButtonActivity.getCurrentTuning();
        closest = tuning.findNote(in.readString());
        deviation = in.readDouble();
    }

    @Override
    public int describeContents() {
        return 0;
    }

    @Override
    public void writeToParcel(Parcel dest, int flags) {
        dest.writeString(closest.getName().name());
        dest.writeDouble(deviation);
    }
}

不了解Parcelable的话可以参考一下下面的博文：

第二章——Parcelable接口的使用(跨进程，Intent传输)_dianqu7487的博客-CSDN博客

NoteFrequencyCalculator.java：用来计算改变标准音之后的所有标准音符C0~B8的固定频率（比如从440Hz切换到442Hz后）

NoteName.java中定义了枚举类NoteName，CDEFGAB 7个音名对应的两种表示法：科学表示法（scientific，用音名表示音符）+唱名表示法（sol，用唱名表示音符）

    C("C", "Do"),
    D("D", "Re"),
    E("E", "Mi"),
    F("F", "Fa"),
    G("G", "Sol"),
    A("A", "La"),
    B("B", "Si");

    private final String scientific;
    private final String sol;

Tuning.java中定义了接口Tuning，包含返回Note[]型的getNotes()方法，还有通过音名查找的方法findNote()。

public interface Tuning {

    Note[] getNotes();

    Note findNote(String name);
}

Note.java中定义了接口Note，包含返回音符名的getName()方法，返回八度记号（octave）的getOctave()方法，以及返回升降号标记（Sign）的getSign()方法。

public interface Note {

    NoteName getName();

    int getOctave();

    String getSign();
}

在ChromaticTuning.java文件里，定义ChromaticTuning类实现接口Tuning，@Override重写接口中的方法getNotes()和findNote()。Pitch.values()用来将枚举类转变为一个枚举类型的数组；Pitch.valueOf(name)输入string型的音名name然后输出对应的枚举常量对象。

    @Override
    public Note[] getNotes() {
        return Pitch.values();
    }

    @Override
    public Note findNote(String name) {
        return Pitch.valueOf(name);
    }

其中又定义一个枚举类Pitch实现接口Note。getNotes()返回枚举类型的对象数组，该方法可以很方便地遍历所有的枚举值。下面代码为枚举类中列出的-1八度的12个音符的详细信息（包含音名、octave和升降号），第-1~第9八度共120个音符都需要枚举出来。注意：音名name需要定义为NoteName类（NoteName是自定义的枚举类，用于选择性用两种命名法表示音符的音名）

C_MINUS_1(C, -1),
C_MINUS_1_SHARP(C, -1, "#"),
D_MINUS_1(D, -1),
D_MINUS_1_SHARP(D, -1, "#"),
E_MINUS_1(E, -1),
F_MINUS_1(F, -1),
F_MINUS_1_SHARP(F, -1, "#"),
G_MINUS_1(G, -1),
G_MINUS_1_SHARP(G, -1, "#"),
A_MINUS_1(A, -1),
A_MINUS_1_SHARP(A, -1, "#"),
B_MINUS_1(B, -1),

PitchComparator.java中，定义了PitchComparator类

retrieveNote()：从ButtonActivity获取当前选择的调音模式，新建十二平均律调音（Chromatic Tuning）对应的Tuning接口对象，并从ButtonActivity获取当前选择的参考标准音（reference Pitch）。创建NoteFrequencyCalculator对象，用于计算当前参考标准音下所有标准音符的具体频率。最后求出距离采样音符组note最近的标准音符（closest），以及最小的音分偏差（minCentDifference）。最后，retrieveNote()方法返回用这两者新建的PitchDifference对象。

class PitchComparator {
    static PitchDifference retrieveNote(float pitch) {
        ...
        double minCentDifference = Float.POSITIVE_INFINITY;
            Note closest = notes[0];
            for (Note note : notes) {
                double frequency = noteFrequencyCalculator.getFrequency(note);
                double centDifference = 1200d * log2(pitch / frequency);

                if (Math.abs(centDifference) < Math.abs(minCentDifference)) {
                    minCentDifference = centDifference;
                    closest = note;
                }
            }
            return new PitchDifference(closest, minCentDifference);
        ...

    private static double log2(double number) {
            return Math.log(number) / Math.log(2);
    }
}

为什么要定义Tuning接口，然后通过ChromaticTuning类来实现接口所预设的功能？

实际上是本项目参考的GitHub项目，原本是考虑设定不同乐器有其特定的调音模式，可以让用户自由选择不同的调音模式。用户可以选择不同的调音模式，选定某个调音模式，程序进行监听，新建目标模式对应的调音类（比如十二平均律调音模型就对应ChromaticTuning类）。每一种调音类都implements Tuning接口，比如：public class ChromaticTuning implements Tuning(){...}

这样就可以分调音模式，实现不同的调音功能（但本APP没有设计这一切换调音模式的功能，主要是感觉能把基础的十二平均律调音模式写好都不错了hhh）

（3）调音器界面的UI设计：

调音器界面的布局文件如下：

本科生尝试安卓APP开发：手机调音器节拍器（音乐学习者使用）

在调音器界面（本项目代码将其随便命名为ButtonActivity）的Acitivity里，询问用户获取录音权限，创建ListenerFragment对象，开始录音，并进行数字信号处理，得到声音频率信息；之后通过PitchDifference、PitchComparator类编写的算法，根据设定的标准音频率（440Hz或442Hz），获取距离此时声音音高最近的标准音符和最小音分偏差，然后将这俩信息还有当前声音频率对应音分实时更新到UI上，不断循环此过程。

ButtonActivity.java文件主要来编写UI更新与监听代码。在 ButtonActivity类里实现TaskCallBacks接口，用于实时更新UI。

调音器界面放置了2个SwitchButton，用户可以选定标准音频率和音名表示方法。

本科生尝试安卓APP开发：手机调音器节拍器（音乐学习者使用）

对于UI的绘制：

定义了两个自定义View：TunerView.java（绘制仪表盘界面）、KeyView.java（绘制底部的小钢琴键盘）

还有CanvasPainter.java 用于初始化画笔参数

主要使用了canvas库来实时绘制图像，并利用矩阵旋转，来实现仪表盘指针的旋转。

未完待续~

5.节拍器界面

（1）音频有节奏播放

HomeFragment.java 主循环主要都是在监听普通按钮(Button)和切换按钮(Switch Button)。

定义Tick类并继承Thread类（线程类），在Thread类的run()方法中编写需要循环执行的程序（也就是周期性不断播放节拍器声音）。

class Tick extends Thread {
        protected int tempo, subdiv, nTicks,beats,soundNum;
        protected long startTime, nextTime;
        boolean keepGoing;
        long detime;
        boolean pendl;
        public Tick(int tempo, int beats,int subdiv,int soundNum) {
            this.tempo = tempo;
            this.beats = beats;
            this.subdiv = subdiv;
            this.soundNum = soundNum;
            keepGoing = true;
        }

        @Override public void run() {
            nTicks = 0;
            startTime = System.currentTimeMillis();
            nextTime = startTime;
            pendl=true;
            while (keepGoing) {
            ......
            }
        ......
}

（2）参数实时更新

问题：如何实现用户点击按钮后，能够瞬间感受到参数改变带来的效果？

编写实时改变参数的方法。在按钮被点击之后，监听程序调用该方法，来修改tick对象中的参数，这样线程对象tick就会在循环中，使用新的参数来进行音频播放。

（3）不同Fragment之间信息传输

问题：如何实现在第三个Fragment（设置界面）里点击多选项按钮修改音色后，第一个Fragment能够即时接收到该信号，对线程对象tick中的相应参数进行修改？

使用SoundPool进行音频播放，是通过切换音频ID来实现播放不同音频文件的。因此，可以定义一个新的SoundNum类，用来储存SoundNumber也就是音频ID（int型）。定义ViewModel类，创建一个ViewModel对象myViewModel，将SoundNum对象绑定在myViewModel中，来监听SoundNum对象数据是否变化：若在第三个Fragment里修改了SoundNum对象的数据，则myViewModel可以监听到，然后可以在第一个Fragment里编写监听后的操作。

P.S. 注意myViewModel的实例化要在@override onActivityCreated(Bundle savedInstanceState){...}里进行。

public class HomeFragment extends BaseFragment{

    private MyViewModel myViewModel;

    @Override
    public void onActivityCreated(Bundle savedInstanceState) {
        super.onActivityCreated(savedInstanceState);

    myViewModel = new ViewModelProvider(
                requireActivity(),
                new ViewModelProvider.NewInstanceFactory()).get(MyViewModel.class);

    myViewModel.mUserLiveData.observe(getActivity(), new Observer<SoundNum>() {
                @Override
                public void onChanged(SoundNum soundNum) {
                    tick.soundNum = soundNum.soundNum;
                }
            });
    }
}

节拍器UI部分：

metroMainActivity（节拍器主界面）布局文件如下：

本科生尝试安卓APP开发：手机调音器节拍器（音乐学习者使用）