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)

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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)

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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)

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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

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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：

使用 console.log 输出关键变量（如 R, S, M）以调试时序逻辑。
逐步注释掉 IS_SILENT 或音量包络，单独聆听每个声部。
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。