MIDI音乐的概念

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MIDI音乐的概念
　　现在越来越多的电脑爱好者、音乐爱好者都经常接触到声卡以及MIDI,那么，什么是MIDI?尤其是近几年多媒体技术的突飞猛进,MIDI作为多媒体的一个重要组成部分,被炒得沸沸扬扬,几乎达到了妇孺皆知的地步。而大家也已经把这种接口技术当作了电脑音乐的代名词。
　　1.1 MIDI的概念
　　MIDI是Musical Instrument Digital Interface的简称，即“音乐设备数字接口”，它是由Sequential Circuits公司大卫·史密斯提出来的。并在1982 年的国际乐器制造者协会的会议上通过。1983年MIDI协议1.0版本正式制定出来。它是一种电子乐器之间以及电子乐器与电脑之间统一交流协议。广义上的MIDI是电子合成器、电脑音乐的统称，包括协议、设备等相关的含义，而我们通常所说的MIDI是指“电脑音乐”，或者说以MIDI为扩展名的音乐文件，已与原来的意思相差甚远。

　　1.2 MIDI的三种音源标准
　　由于早期的MIDI设备在乐器的音色排列上没有统一的标准，造成不同型号的设备回放同一首乐曲时也会出现音色偏差。为了弥补这一不足，便出现了GS、GM和XG这类音色排列方式的标准。最早出台的是由业界大名鼎鼎的ROLAND公司制定并推出的。ROLAND是日本非常出名的电子乐器厂商，其生产开发的电子键盘、MIDI音源以及软波表都享有盛誉。所以GS颇具权威性，它完整的定义了128种乐器的统一排列方式，并规定了MIDI设备的最大复音数不可少于24个等详尽的规范。
    GM标准则是在GS的基础上，加以适当简化而成的。由于它比较符合众多中小厂商的口味，一时间成为了业界广泛接受的标准。在电子乐器方面惟一可与ROLAND 相匹敌的YAMAHA公司也不甘示弱，于1994年制定出自己的标准——XG。与GM、GS相比XG提供了更为强劲的功能和一流的扩展能力，并且完全兼容以上两大标准。而且凭借YAMAHA公司在电脑声卡方面的优势，使得XG在PC上有着广阔的用户群。

　　1.3 MIDI的工作原理
　　MIDI文件格式的乐曲都只占很小的空间，但它是怎样产生的呢？首先，大家都知道任何声音都有其波形，如果我们把某种声音的波形记录下来，就可以正确反映这个声音的实际效果。WAVE文件就是这种形式。它在任何一台电脑上回放都是一样的，而且效果非常真实，但其文件比较大，一般一首4分钟左右的乐器要耗40MB左右的磁盘空间。而MIDI文件本身只是一堆数字信号而已，不包含任何声音信息，我们或者可以把它理解成为一种描述性的“音乐语言”，只要将所要演奏的乐曲信息表述下来就可以了。例如“在某一时刻，使用什么乐器，以什么音符开始，以什么音调结束，加上什么伴奏”等等，这些信息所占用的几十KB空间对于如今大容量的硬盘来说，只不过是沧海一粟而已。如此小的容量非常适合在网络媒体上传播。不过MIDI也有一个致命的缺点，因为不同的声音卡，不同的音源或不同的合成手段播放的结果会完全不一样。在了解了MIDI音乐的概念之后，接下来就开始进入影响MIDI音乐发展的关键技术——声卡的合成引擎。

　　2 MIDI的合成引擎
　　2.1 MIDI的合成技术
　　MIDI文件是一种对乐曲的描述，本身不包括可供回放的声音信息，电脑音乐要被声卡播放出来，就需要通过形形色色的合成引擎了。目前应用的最为广泛的MIDI合成引擎是FM合成和波表合成。
　　(1)FM合成
    FM是"频率调变"的英文缩写。多用于以前的ISA声卡，它运用声音振荡的原理对MIDI进行合成处理。但由于技术本身的局限，加上这类声卡采用的大多数为廉价的YAMAHA OPL系列芯片，效果自然很差，而波表合成则要好得多。
    (2)波表合成
　　也正是因为FM合成技术的差强人意，才有了本文的主角——波表合成。波表合成的英文名称为“WAVE TABLE”，从字面上翻译来看就是“波形表格”的意思。它是采用一称之为“波表查找”技术来产生MIDI音乐。具体方式是将声音的数字样本储存在固定的区域，然后根据MIDI命令取出相应的样本将它还原回放。例如用真实乐器的数字录音技术，把大提琴、小提琴、钢琴、鼓等各种实际乐器的数字化声音存储在只读存储器（ROW）中，在产生MIDI音乐时再以存储的波表中找出进行合成。它与FM的最大区别就在于FM通过对简单正弦波的线性控制来模仿音乐乐器和特殊效果，而波表采用真实的声音样本进行还原回放，因而采用波表合成的MIDI音乐听上去更接近自然，更具真实感，而FM合成MIDI音乐多带有人工合成的色彩。虽然波表合成的原理我们可以简单地描述成对真实样本的回放，但实际上其中有很多细节却是极其复杂的过程。总之，波表合成的本质是对采样声音的调制。对采样声音进行调制的过程是动态地改变音频信号的某个参数的过程，这些参数包括：音量（振幅调制或震音）、音高（调频或颤音）以及滤波器截止频率。调制的作用是实时控制参数，使声音产生变化，因而不需添加更多的样本也能得到丰富的声音效果，以起到节省内存的目的。

　　2.2 波表的技术指标
　　（1）音色库容量
　　由于波表合成技术是将真实乐器的音乐采样录制下来再进行合成处理的，所以要想获得满意的效果是有条件的，波表的音色库要足够大，这样才能容纳更多更好的音色样本。波表越大，音色采样就越真实，效果就越好。例如一般1MB的波表每种音色只能被分配到10K左右的空间，而2MB波表则可以获得比它大一倍的空间，效果自然也好了许多。专业声卡的波表音色库可高达32MB以上（例如创新SB live！系列）。不过4MB音色库已经足够，况且就“肉耳”而言很难分辨出4MB与8MB之间的区别。
　　（2）复音数
　　所谓的“复音”是指MIDI乐曲在1秒钟内发出的最大声音数目。波表支持的复音数如果太小，一些比较复杂的MIDI乐曲在合成时就会出现某些声部被丢失的情况，直接会影响到播放效果。复音有“硬件支持复音”和“软件支持复音”之分。所谓“硬件支持复音”是指所有复音数都是由声卡芯片生成，而“软件支持复音”则是在“硬件支持复音”的基础上以软件合成的方法，加大复音值，但这是由CPU来带动的。例如SB Live!，它的复音数达到了前所未有的256位，而软件复音则可高达1024位，这在一般情况下的意义是不大的，64位复音几乎已接近MIDI乐曲所用复音的极限了。MIDI乐曲使用的复音数都没有超过32 位，所以音色丢失的现象很少发生。不过从这个侧面可以反映出波表合成技术的发展速度。
　　（3）特殊效果
　　大容量的波表和高复音数支持给MIDI提供了良好的表现空间。但要想达到近乎真实的乐器临场演奏效果，还需要一些锦上添花的修饰，所以大部分波表提供了一些特殊效果的支持。一般这些效果在GS、GM或XG上都能获得很好的支持。

　　3 波表合成技术的发展与前景
    ISA声卡的出现，将计算机带进了多媒体时代，当时声卡的MIDI合成主要以FM为主。第一款出现在国内市场上的波表声卡是声卡之你创新公司出品的SB AWE32。其实现形式是通过板载ROM来存放1MB的音色库，再依靠声卡自己的波表合成技术进行合成，就是所谓的“硬波表”。由于在声卡上整合高性能的波表合成芯片及ROM或RAM会导致声卡的成本昂贵，使它在一段时期内限制了它的普及，直到1998年PC1声卡的问世，才为波表声卡的平民化带来了一次小小的革命，其关键是DLS技术的应用。DLS全称为“Down Landable Sample”，意思是“可下载音色样本库”。其工作原理是将原先存放在声卡板载ROM的波表音色样本以文件形式存在于系统硬盘中，再传输到声卡的波表合成芯片上加以处理合成。
　　基于此原理而产生的Sound Font技术，是创新公司的子公司E-MU指定的采样音色库技术，根据这一技术编制的扩展名为“sbk”和“sf2”的文件就是用于MIDI乐曲的音色库文件。PCI声卡使Sound Font技术获得了巨大的生命力，它使用户不必为了获得满意的MIDI合成效果而去购买载有大量ROM或RAM的价格昂贵的ISA声卡。而用户所需要做的就是选择合适的音色库加载到内存中去，从而以很低的成本中获得足够大的音色库。
　　随着“奔腾”级芯片的普及，以往只能由音效芯片来完成的工作也交给CPU来处理了，这就是现在的称之为“AC’97”的软声卡（注：AC’97实际上只是一种标准，并无软硬之分，很多硬声卡符合AC’97标准），由于省去了音效芯片，使得声卡的成本降到了最低，目前CPU动辄GHZ，软声卡占用的资源对它来说可谓是微不足道。
　　既然有了“软声卡”，也就有了“软波表”，软波表是利用CPU的强大运算能力，把原本由波表合成卡的工作一并完成，从而达到波表声卡的效果。软波表的最大的优点就是它完全免费，其缺点是需要占用大量的系统资源，只有高速CPU才能使软波表达到较好的MIDI回放效果。而硬件波表合成技术没有这样的要求，无论是在任何系统上，即使是486，都能还原出令人满意的MIDI效果。遗憾的是，软波表现在普遍存在音色库过小的弊端，即使是最新的“YAMAHA SYXG-100”，也只有2MB的音色库，使得某些乐器采样失真。
　　相信在今后很长的一段时间里，波表合成技术仍是声卡的一项重要功能，经过多年的发展，现有的波表合成技术已经比较完善了，要想再进一步提升效果，接近专业MIDI合成器的水准，只能从真实度方面下手：更复杂、更拟真的波表数据。另一方面，一种称之为“物理模拟合成”的新技术已向波表合成技术提出挑战，他可以赋以固化的波表音色以新的生命力。无论怎么样，可以肯定的一点是，技术发展的脚步永远不会停止，神奇、迷人的MIDI也会延续更加动人的旋律。

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现在越来越多的电脑爱好者、音乐爱好者都经常接触到声卡以及MIDI。

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一、什麽是软波表

    当今电脑配件的价格可谓一泻千里，而我还在这里大谈软波表，也许有一堆玩友就要把鸡蛋砸到我脸上了！但我还是要说：各位，别轻视了她！相信还有很多口袋里缺RMB的MIDI玩友在使用Soft Synthetize Wavetable，对了，这就是软波表。

    为了便于大家理解，先粗略谈谈所谓的波表合成技术。在电脑MIDI音乐制作过程中 ，由于要模拟各种真实乐器、自然声响以及人声等等，有人在声卡的硬件中加入了Wavetable，这就是硬波表。然而，这样的硬波表价格难以令大众接受并且不易升级，于是就有了价格便宜的DLS（Downloadable Sound Modules）波表合成技术，这是个介于硬波表和软波表之间的东西。虽然它能把波表存储在硬盘上，使用时再调入内存然后通过声卡上的专用音效芯片来处理。但在实际使用中由于各种原因（内存太小、音色库比较稀少等等），很难达到令人满意的效果。

    现在就来谈谈软波表，这个好东西早已出现并且长盛不衰。放眼看看，在日本不仅有大名鼎鼎的YAMAHA公司的S-YXG系列和ROLAND公司的VSC系列，还有个人出品的软波表（就我所知有那个中山XX的WINGROOVE系列与日本龙的NEWECHO系列）；韩国有COWON公司的JET-MIDI；前些日子听上海的一个163网友说起北京有一个家伙正在努力制造一个属于中国人的软波表，相信不久就能在BBS上见到了。

    看到这里大家一定会问：为什麽会有这麽多人孜孜不倦地奋斗于软波表？可见它确有过人之处，简单的说，软波表就是利用CPU强大的运算处理能力，用软件模拟达到硬波表声卡的MIDI音色效果。经过几代软件的发展，现在的YAMAHA S-YXG 100所能达到的效果恐怕连当初的声卡创始人之一??新加坡创新公司都会感到惊讶。其次，大家别忘了，软波表还有一个最大的优点就是它几近免费喔！国内多数有关音乐的个人主页上都有各个系列软波表的最新版本，这对目前缺少RMB的MIDI玩友来说难道不是一个福音麽？

    总的来说，软件音源的出现意味着我们以后可能不再需要那些价格不菲的硬件，而是用软件把我们需要的音色“算”出来。

二、如何选用软波表

现在就以小弟多年的使用经验评价一下以下几种软波表：

1、YAMAHA S-YXG

   以S-YXG 50为例，它的XG模式就有480种音色和11种鼓的音色（包括两个特殊效果鼓），而在TG300B的模式下有579种音色和10种鼓的音色，无论是数字指标还是实际中的听音效果都足以证明S-YXG 50已经达到甚至超过了一些专业声卡的水平，而且S-YXG 50在播放XG音乐时，与创新公司当年的王牌声卡SB AWE 64上的硬件音源EMU8000的效果没有什麽差别。在S-YXG 50 2.0的版本中，YAMAHA公司作出了新的努力，请看下面S-YXG 50的一些参数：

    此时，S-TXG 50在声音总数上已能达到676个旋律音+42个特级效果语音+21个鼓、在效果处理上能做到8个和声+8个混响+36个变奏效果、数字动态滤波器能够应用到每一个MIDI声音事件……可以说S-YXG 50让人们重新正视了软波表。

    接着YAMAHA公司又推出了S-YXG 70、S-YXG 80、一直到现在的S-YXG 100，一代代更加成熟，在软波表的历史上留下了不可磨灭的印记。

2.ROLAND VSC
    从VSC-55到VSC-88，罗兰公司一直是孜孜不倦并且总能带给我们耳目一新的感受。ROLAND VSC-55是罗兰公司的硬件音效处理器SC-55的软件版本，也是罗兰公司在软波表上的一个突破。到了VSC-88，这个世界知名的MIDI设备制造商更是把它推向了一个新的高峰。当年的硬件音效处理器SC-88在日本的售价足以吓坏国内大多数的MIDI玩家，而这个软波表VSC-88在各种效果上都不会与SC-88相差太远，当然前提是你的机器够劲！说到这里我想一定有人会问：罗兰公司推出了VSC-88，那么SC-88岂不是要无人问津了吗？哈哈，当然那个SC-88还有一些VSC-88所没有的功能。不过，那些太过专业的附属功能对于一般的MIDI玩友来说没有太大的意义，而且它们的用途也不完全一样。我们在电脑MIDI上所追求的大部分功能在VSC-88上都能得到体现。

    从上面可以看出VSC-88和S-YXG 50在性能上各有千秋，总体上说VSC-88要比S-YXG 50强一些（注意：不包括S-YXG IOO）。然而，这两者所支持的MIDI格式有所不同：对于General MIDI System（通用MIDI系统格式）来说，二者都能提供很好的支持；但是S-YXG有自己的XG模式，VSC也有自己的GS格式，这两种格式在MIDI的声音效果上并不是完全一样的。既然是这样，大家只好“萝卜青菜，各有所爱”了。

3、JET-MIDI

    大家一定用过JET-AUDIO吧？没错！就是那个界面花里胡哨的音乐播放器，它是韩国COWON公司的力作。而这个公司也在软波表领域插了一脚，做了这个JET-MIDI。虽说界面还说得过去，但它的效果实在是不敢恭维，有点类似于VSC-88（哈哈！不知是不是……？），在很多机器上都产生了明显的延时现象，而且它的音效也是平淡如白开水一般，有兴趣大家可以试一试。

4.WINGROOVE
    小弟曾在很长的时间里用过这款中山先生的“佳作”。说实在的，我甚是佩服这位中山“狼”??一个人写软波表，真是太酷了！但是他的软件可也真够抠门的，非得要你注册不说，并且还加密又加密（打住，Sorry，有点题）。WINGROOVE在音色上更偏重于S-YXG，但比S-YXG来得更“HARD”。它的重低音效果恐怕是所有软波表中最为突出的，有点靠近现代摇滚。在性能指标上它也和YAMAHA的产品类似，这里我就不唠叨了。

    除了以上所说几种之外，还有一些什麽NOVASTATION MIDI等等之流，我就不再细说了。总结一下吧，在目前大家可以接触到的软波表中，建议还是选用YAMAHA的S-YXG系列和ROLAND的VSC系列，它们一定能带给你充分的听觉感受。

三、如何用好软波表

    说到这里，就与从事MIDI创作的朋友们大有关系了。小弟并非高人，在这里只谈谈软波表在MIDI制作工具中的使用，就以全球用户最多的CAKEWALK为例吧。

    在CAKEWALK中，如果我们只是用到General MIDI System（通用MIDI系统格式）定义的音色的话就只有128种音色，可这是远远不够的。那么如何能够得到更多的音色呢？在CAKEWALK里有16384个BANK（音色库），每一个BANK中有128种PATCH（音色），每一个PATCH中又有128个NOTE（音符）。好，问题明朗了。这就是说，只要我们在CAKEWALK中确定了MIDI DEVICE（就是你的音源设备），就可以通过BANK和PATCH来产生其他不同于默认的General MIDI的音色。下面我就把YAMAHA的S-YXG系列和ROLAND的VSC系列在CAKEWALK中的音色设置介绍给大家。

    首先在CAKEWALK中选定MIDI DEVICE的OUTPUT设备。 回到CAKEWALK的主界面，点击“TOOLS”再选中“INSTRUMENTS”选项，弹 出 一名为“ASSIGN INSTRUMENTS”的窗口，分为左右两部分。左边是你的PORT/CHANNEL，右边就是你所要选的“USERS INSTRUMENTS”（用户乐器）。如果你选用的是S-YXG系列，就把左边你所要连接的CHANNEL在右边选中YAMAHA XG；如果你用的是VSC系列，就把左边你所要连接的CHANNEL在右边选中ROLAND GS（其它选项也是导入相关乐器定义文件的，在这里是与硬波表相关的，所以忽略不谈），再确定退出。

    选定一个TRACK后双击就会弹出“TRACK PORPERTIES”的对话框，这时必须先把你的SOURCE 、CHANNEL、PORT等等设置好，然后在BANK里找到你所需要的音色库（附加说明：如果你没有做第一步，就是在“ASSIGN INSTRUMENTS”窗口中左边的“PORT/CHANNEL”与右边的“USERS INSTRUMENTS”都是DEFAULT缺省值，那么你在这儿的BANK框中就看不到具体的音色库名称，而是以阿拉伯数字代替的），再确定完你所要的PATCH后点击OK退出。这时你再次播放，这个CHANNEL里就会放出一些你前所未闻的音色了。

    在CAKEWALK的主界面上，你也可以在这里的BANK中填入相应数字，若是 在演奏音乐的同时填入就可以即兴变换乐器了。采用这样的方法，我们可以在 CAKEWALK中充分利用YAMAHA S-YXG系列的480种XG音色和ROLAND VSC 系列的546种GS音色了。