Bytebeat Moog City Reconstruction v3.2 (JS-big) - 技术解析与实现

1. 项目概述

Bytebeat 版 Moog City 近似重构存档（含超时静音）📌 本文为个人开发存档，记录一版基于 Bytebeat 的《Moog City》近似重建代码，使用 JavaScript 编写，可在 Bytebeat composer 中直接运行。后续有时间会继续打磨。

《Moog City》是 C418 为《Minecraft - Volume Alpha》创作的曲目，发行于 2011 年 3 月 4 日，曲长 02:40，风格为 Ambient。原曲特征为循环上行旋律 + Moog 风格合成器音色，中段加入钢琴，弦乐渐强后再收束。

Bytebeat是一种极简的生成音乐形式：用一个关于时间变量 t 的表达式直接生成波形，通常以 8000Hz 采样输出 8bit 单声道音频。Dollchan Bytebeat Composer是一个在线实时编辑播放器，支持多种模式：经典 Bytebeat（输出 0–255 整数）、Signed Bytebeat、Floatbeat（输出 -1.0 到 1.0）、以及 JS-big 模式（支持大于 1KB 的 JavaScript Bytebeat 代码）。本存档代码属于 JS-big / Floatbeat 风格，利用了 JS 的数组、浮点运算、Math.random() 等能力。

项目状态：可运行 / 开发中 (WIP)，最后更新于 2026-07-22。

2. 核心架构与算法原理

2.1 时间与音高处理

• 时间缩放：t /= 6将原始时间变量放慢，形成乐曲的基础速度。
• 音高映射：采用十二平均律 (12-TET) 公式2**(p/12)将半音序号转换为频率倍数。
• 音高量化函数：EqT = p => 32/d * round(d/32 * 2**(p/12 - 0.02))对计算出的频率进行量化对齐，确保音高稳定在网格上，同时微调 -0.02 半音以模拟模拟合成器的轻微失谐感。

2.2 波形生成与静音逻辑

• 波形生成：使用三角波算法abs(modulation) % 4 - 2的变体（代码中体现为abs(t*M/8 % 4 - 2) - 1）生成主旋律与和声层的波形。
• 微观休止：在 8 步序列的第 7 步（R > 6）触发静音门控 (S = R > 6），为节奏注入呼吸感。
• 全局静音门：当样本计数t超过MAX_T = 25000000时，IS_SILENT标志置为 true，所有信号路径乘以该标志，确保输出归零。

2.3 反馈延迟线 (Echo)

项目采用反馈延迟线 (FDL) 制造回声效果：

• 延迟缓冲区：a是一个长度为n ≈ d * 9的环形数组，用于存储历史音频样本。
• 反馈注入：每帧计算出的混合信号ev会累加到缓冲区当前位置：a[T % n] += ev。
• 衰减：缓冲区值随后除以 3 (a[T % n] /= 3)，形成指数衰减的回声。
• 混合输出：最终输出ev是原始信号与衰减后延迟信号的混合。

3. 声部与旋律结构

3.1 主旋律 (Lead)

M = EqT([5,10,12,17,20,24,27,32][c]) * (!S) * (!IS_SILENT)

主旋律音高数组M为[5,10,12,17,20,24,27,32]（半音偏移）。索引c由int((t + random()*D) / d) % 8决定，并加入随机抖动random()*D模拟模拟振荡器的不稳定性。

3.2 和声层 (Harmony)

M2 = EqT([-7,-4,0,3,5,10,12,15][c]) * (!S) * (!IS_SILENT)

和声层音高数组M2为[-7,-4,0,3,5,10,12,15]，与主旋律形成和弦进行。需注意在代码中M2必须在ev计算前定义，避免 ReferenceError。

3.3 低音/噪音层 (Bass/Noise)

C = 8 * EqT([12,12,12,15,10,10,10,3,5,5,5,5,8,8,8,5,10,10,10,10,8,8,8,3,5,5,5,5,8,8,8,10][int((t + d*32 + random()*D) / d / 2) % 32]) * (!S) * (!IS_SILENT)

低音部分使用一个 32 步的复杂音序数组，步进速度是主旋律的一半 (/2)，并加入固定偏移d*32。乘以系数 8 增强低频能量。

3.4 音量包络 (Volume Envelopes)

• 主旋律音量：MV = t < 54864 ? t/128E3 : .42，实现开场淡入。
• 和声层音量：MV2 = (t > 164592 && t < 219456 ? (t-164592)/128E3 : .42) * (!S) * (!IS_SILENT)，在乐曲中段引入淡入。
• 低音音量：CV = (t > 274320 && !S) * .5 * (!IS_SILENT)，在特定时间点切入。

4. 完整源代码

d=1714.5,D=0,T=t, MAX_T = 25000000, IS_SILENT = t > MAX_T, t?(t/=6, R=(0|t/d)%8, S=R>6, EqT=p=>32/d*round(d/32*2**(p/12-.02)), c=int((t+random()*D)/d)%8, M=EqT([5,10,12,17,20,24,27,32][c])*(!S)*(!IS_SILENT), M2=EqT([-7,-4,0,3,5,10,12,15][c])*(!S)*(!IS_SILENT), C=8*EqT([12,12,12,15,10,10,10,3,5,5,5,5,8,8,8,5,10,10,10,10,8,8,8,3,5,5,5,5,8,8,8,10][int((t+d*32+random()*D)/d/2)%32])*(!S)*(!IS_SILENT), MV=t<54864?t/128E3:.42, MV2=(t>164592&&t<219456?(t-164592)/128E3:.42)*(!S)*(!IS_SILENT), CV=(t>274320&&!S)*.5*(!IS_SILENT), ev=(abs(t*M/8%4-2)-1)*MV + (abs(t*M2/8%4-2)-1)*MV2/2 + t*C%256*CV/192 -.5 + a[T%n], a[T%n]+=ev, a[T%n]/=3, IS_SILENT ? 0 : ev/2 ):( a=Array(n=round(d*6*1.5)).fill(0) )

5. 已知问题与未来工作

5.1 已知问题

• 宏观休止未实现：当前仅实现每周期的微观休止，缺少基于绝对时间的结构性静音（例如约 1:30 和 2:25 处的休止）。
• 缺少钢琴音色层：原曲中的钢琴音色尚未合成。
• 缺少弦乐渐强：原曲中的弦乐 crescendo 段落缺失。

5.2 未来工作计划

• 实现基于绝对时间的结构性静音。
• 添加第二遍合成通道，生成钢琴音色。
• 重构音高数组，使其完全匹配 E 小调音阶的标准频率。
• 优化代码结构，提高可读性与可维护性。

6. 运行与调试说明

将上述完整代码复制到 Dollchan Bytebeat Composer 的 JS-big 模式编辑器中，点击播放即可听到合成效果。注意调整浏览器音频上下文，避免自动暂停。

开发时建议：

1. 使用console.log输出关键变量（如R,S,M）以调试时序逻辑。
2. 逐步注释掉IS_SILENT或音量包络，单独聆听每个声部。
3. 尝试修改d（基础速度除数）、延迟反馈系数（当前为 3）或音高数组，探索不同听感。