AudioUnitで、音程がブレるのは何故？

Question

何らかのデバイス（PC, iPhone, ...)から任意の波形を作り音を鳴らすための勉強しています。

Xcode 8.3.2でiOSアプリを今作っています。

「swiftでCoreAudioを使ってみる。(swift3 update 2017-02)」のサンプルコードをほぼそのまま頂いて、ViewController.swiftからplay()を呼び出す形にしてあります。

変更したのは、クラス名をMyAudioPlayerからAudioPlayerに変えたのと、M_PIを.piに変えた点です。

編集したものが下のコードです。

import Foundation
import AudioUnit
import AudioToolbox
import AVFoundation

class AudioPlayer
{
    var _audiounit: AudioUnit? = nil
    var _x: Float = 0
    let _sampleRate:Double = 44100
    init() {
        #if os(iOS)
            let subtype = kAudioUnitSubType_RemoteIO
        #else
            let subtype = kAudioUnitSubType_HALOutput
        #endif
        var acd = AudioComponentDescription(componentType: kAudioUnitType_Output,
                                            componentSubType:subtype,
                                            componentManufacturer: kAudioUnitManufacturer_Apple,
                                            componentFlags: 0,
                                            componentFlagsMask: 0)
        
        let ac = AudioComponentFindNext(nil, &acd)
        AudioComponentInstanceNew(ac!, &_audiounit)
        AudioUnitInitialize(_audiounit!);
        // オーディオデータ供給を44100,ステレオ,標準フォーマット(Float32, Non-Interleave)に設定
        let audioformat:AVAudioFormat = AVAudioFormat(standardFormatWithSampleRate: _sampleRate, channels: 2)
        var asbd:AudioStreamBasicDescription = audioformat.streamDescription.pointee
        AudioUnitSetProperty(_audiounit!, kAudioUnitProperty_StreamFormat, kAudioUnitScope_Input, 0, &asbd, UInt32(MemoryLayout.size(ofValue: asbd)))
    }
    let callback: AURenderCallback = {
        (inRefCon: UnsafeMutableRawPointer,
        ioActionFlags: UnsafeMutablePointer<AudioUnitRenderActionFlags>,
        inTimeStamp: UnsafePointer<AudioTimeStamp>,
        inBusNumber: UInt32,
        inNumberFrames: UInt32,
        ioData: UnsafeMutablePointer<AudioBufferList>?)
        in
        // ポインタからAudioPlayerインスタンスに変換
        let AudioPlayer:AudioPlayer = Unmanaged<AudioPlayer>.fromOpaque(inRefCon).takeUnretainedValue()
        AudioPlayer.render(inNumberFrames, ioData:ioData)
        return noErr
    }
    func render(_ inNumberFrames: UInt32, ioData: UnsafeMutablePointer<AudioBufferList>?) {
        let delta:Float = Float(443 * 2 * .pi / _sampleRate)
        guard let abl = UnsafeMutableAudioBufferListPointer(ioData) else {
            return
        }
        var x:Float = 0
        for buffer:AudioBuffer in abl {
            x = _x
            let cap = Int(buffer.mDataByteSize)/MemoryLayout<Float>.size
            assert(cap == Int(inNumberFrames))
            if let buf:UnsafeMutablePointer<Float> = buffer.mData?.bindMemory(to: Float.self, capacity: cap) {
                for i:Int in 0 ..< Int(inNumberFrames) {
                    buf[i] = sin(x)
                    x += delta
                }
            }
        }
        if abl.count > 0 {
            _x = x
        }
    }
    func play() {
        // AudioPlayerインスタンスをポインタに変換
        let ref: UnsafeMutableRawPointer = UnsafeMutableRawPointer(Unmanaged.passUnretained(self).toOpaque())
        var callbackstruct:AURenderCallbackStruct = AURenderCallbackStruct(inputProc: callback, inputProcRefCon: ref)
        AudioUnitSetProperty(_audiounit!, kAudioUnitProperty_SetRenderCallback, kAudioUnitScope_Input, 0, &callbackstruct, UInt32(MemoryLayout.size(ofValue: callbackstruct)))
        
        AudioOutputUnitStart(_audiounit!)
    }
    func stop() {
        AudioOutputUnitStop(_audiounit!)
    }
}

ほぼ問題なく起動と同時にラ(443Hz)の音が出るのですが、音程が一定しません。微妙にブレるのです。

原因は分かりますでしょうか？
対策はありますか？

Answer 1

こちらで実験してみたわけではないので想像となりますが、render内で常に一定のサイン波を生成しているのが原因の一端かもしれません。実際の再生時には様々な要因でデータ供給や再生処理の遅れが生じると予想されますので（特に今回の場合、リアルタイムで波を生成しようとしているのですよね）、経過時間に応じてdeltaを微調整する必要があるのではないでしょうか。
callbackに渡されるinTimeStampを見て補正すると多少は改善できるかもしれません。

参考:AudioUnit細かいことまとめ

Comments

[taro_nii_chan]

ご回答ありがとうございます。
様々な要因で再生処理の遅れが生じると予想されること、経過時間に応じてdeltaを調整する必要がありそうであること、なるほどです。
スキル不足でそれをどうやったら実際のコードに反映すればいいのかまだ分かっていませんので、質問を締め切るまでもうしばらくお時間を下さい。

[taro_nii_chan]

お待たせしておりましたが、
簡単には実現できなさそうなので
この質問は締め切らせていただきたいと思います。
ありがとうございました。