一、讓人著迷的MIDI
隨著硬聲卡時(shí)代的衰落，許多人對(duì)聲卡的關(guān)注越來(lái)越少了。可在聲卡技術(shù)中占有重要位置的波表合成技術(shù)，它的發(fā)展腳步卻一刻也沒(méi)有停下來(lái)。在重新走進(jìn)這神奇技術(shù)的殿堂之前，讓我們先了解一下其最終產(chǎn)物──MIDI的幾個(gè)基本知識(shí)。
1.MIDI是什么
MIDI是Musical Instrument Digital Interface的簡(jiǎn)稱(chēng)，即“音樂(lè)設(shè)備數(shù)字接口”。它是由美國(guó)Sequential Circuits公司的大衛(wèi)·史密斯提出，并在1982年的國(guó)際樂(lè)器制造者協(xié)會(huì)的會(huì)議上通過(guò)。1983年MIDI協(xié)議 1.0版本正式制定出來(lái)，它是一種電子樂(lè)器之間以及電子樂(lè)器與電腦之間的統(tǒng)一交流協(xié)議。廣義上的MIDI是電子合成器、電腦音樂(lè)的統(tǒng)稱(chēng)，包括協(xié)議、設(shè)備等等相關(guān)的含義，而我們平常所說(shuō)的MIDI則只是指“電腦音樂(lè)”，或者說(shuō)是以MID為擴(kuò)展名的音樂(lè)文件，已與原來(lái)的意思相差甚遠(yuǎn)
2.MIDI的三種音源標(biāo)準(zhǔn)
GS、GM和XG是MIDI的三種音源標(biāo)準(zhǔn)。為什么會(huì)有這樣的區(qū)分呢？這是由于早期的MIDI設(shè)備在樂(lè)器的音色排列上沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成不同型號(hào)的設(shè)備回放同一首樂(lè)曲時(shí)也會(huì)出現(xiàn)音色偏差。為了彌補(bǔ)這一不足，日本的 ROLAND(羅蘭)公司在1990年制定出了所謂的GS標(biāo)準(zhǔn)。GS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了MIDI設(shè)備的最大復(fù)音數(shù)不得少于24個(gè)，鼓、镲等打擊樂(lè)器位于一組單獨(dú)排列，128種樂(lè)器音色有統(tǒng)一的排列方式等，還具有音色編輯和音色選擇的強(qiáng)大功能。在GS規(guī)定里最為重要的就是128種樂(lè)器的統(tǒng)一排列方式，它使得我們?cè)贕S標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備上做出的MIDI，拿到另外一臺(tái)支持同樣標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備上都能夠正常播放。
可是GS標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于復(fù)雜，很多MIDI制造商都沒(méi)有全盤(pán)接受這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而是把它稍作改變。于是，在GS標(biāo)準(zhǔn)誕生的一年后，GM標(biāo)準(zhǔn)就出臺(tái)了。GM標(biāo)準(zhǔn)的全稱(chēng)是“通用MIDI標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)第一級(jí)”(General MIDI System Level1) ，它是在GS的標(biāo)準(zhǔn)上，把GS標(biāo)準(zhǔn)中重要的音色編輯和音色選擇部分去掉了，而在音色排列方面基本上還是沿襲了GS標(biāo)準(zhǔn)的排列方法，在名稱(chēng)上也做了無(wú)關(guān)緊要的修改。這種簡(jiǎn)化使得眾多的MIDI設(shè)備制造商很容易做出支持此標(biāo)準(zhǔn)的MIDI設(shè)備，因此大受歡迎，成為了世界上第一個(gè)通用的MIDI音源標(biāo)準(zhǔn)。
XG則是在電子樂(lè)器方面久負(fù)盛名的YAMAHA公司于1994年推出的標(biāo)準(zhǔn)。其最大的特色是在兼容GM的基礎(chǔ)上作了大幅度的擴(kuò)展，加入了很多非常實(shí)用的功能，而且YAMAHA完全開(kāi)放了XG產(chǎn)品的系統(tǒng)碼、擴(kuò)展控制器的控制范圍，力爭(zhēng)做到XG標(biāo)準(zhǔn)的MIDI作品可以在任何XG音源上正確回放。憑借YAMAHA公司在電腦聲卡方面的優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)勁的宣傳攻勢(shì)，XG標(biāo)準(zhǔn)在PC上有著眾多的用戶(hù)群。
3. MIDI是怎樣“煉”成的
相信大家都驚嘆MIDI文件對(duì)樂(lè)曲的“瘦身”效果，但你知道它是怎樣“煉”成的嗎？我們知道任何聲音都有其波形。如果我們把某種聲音的波形記錄下來(lái)，就可以正確地反映這個(gè)聲音的實(shí)際效果。WAVE文件就是這種形式。它在任何一臺(tái)電腦上回放都是一樣的，并且效果很真實(shí)，但生成的文件較大，一般一首4分鐘左右的樂(lè)曲就要耗費(fèi)40MB左右的磁盤(pán)空間。而MIDI之所以“神奇”，就是采用了一種與WAVE截然不同的形式。MIDI文件本身只是一堆數(shù)字信號(hào)而已，不包含任何聲音信息，我們或者可以把它理解為一種描述性的“音樂(lè)語(yǔ)言”，只要將所要演奏的樂(lè)曲信息表述下來(lái)就可以了。例如“在某一時(shí)刻，使用什么樂(lè)器，以什么音符開(kāi)始，以什么音調(diào)結(jié)束，加上什么伴奏”等等，這些信息所占用的幾十KB空間對(duì)于如今大容量的硬盤(pán)來(lái)說(shuō)只是滄海一粟罷了。如此苗條的身段使得MIDI很適合在網(wǎng)絡(luò)上傳播，例如作為網(wǎng)頁(yè)的背景音樂(lè)。不過(guò)MIDI也有缺點(diǎn)，因?yàn)椴煌暱?、不同合成手段或不同音源的音色是完全不同的，所以相同的MIDI文件在不同的設(shè)備上播放結(jié)果會(huì)完全不一樣。
二、MIDI的合成引擎
既然MIDI文件只是一種對(duì)樂(lè)曲的描述，本身不包含任何可供回放的聲音信息，那么一首首動(dòng)聽(tīng)的電腦音樂(lè)又是如何被我們的聲卡播放出來(lái)的呢？這就要通過(guò)形形色色的合成引擎了。下面大家馬上就可深入了解到波表合成技術(shù)了。目前應(yīng)用最為廣泛的MIDI合成引擎是FM合成與波表合成。
1.FM合成
FM是“頻率調(diào)變”的英文縮寫(xiě)，它是由美國(guó)斯坦福大學(xué)教授John Chowning于上世紀(jì)70年代發(fā)明的。這項(xiàng)專(zhuān)利后來(lái)被日本Yamaha公司買(mǎi)下，該公司的OPL系列合成芯片成為了FM合成技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。直到現(xiàn)在，市場(chǎng)上很多FM合成聲卡還都采用OPL技術(shù)。FM合成的原理是根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)來(lái)的，也就是說(shuō)任何一種波動(dòng)信號(hào)都可被分解為若干個(gè)頻率不同的正弦波，因此一種樂(lè)器的聲音可以由多個(gè)正弦波來(lái)合成。FM合成器所要做的事情就是利用若干個(gè)正弦波合成某種樂(lè)器的聲音。那么所謂的若干個(gè)正弦波究竟是多少個(gè)呢？由于FM合成器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其內(nèi)部包含有諸多信號(hào)發(fā)生器、振蕩器、運(yùn)算器等邏輯部件。受成本限制，目前最好的FM合成器OPL3也只能提供4個(gè)正弦波來(lái)合成聲音而且復(fù)音數(shù)只有24個(gè)。這也就是大多數(shù)聲卡的MIDI音效令人失望的原因。
2.波表合成
正因?yàn)镕M合成的差強(qiáng)人意，才有了本文的主角──波表合成。波表的英文名稱(chēng)為“WAVE TABLE”，從字面翻譯就是“波形表格”的意思。它是采用一種稱(chēng)之為“波表查找”技術(shù)來(lái)產(chǎn)生MIDI音樂(lè)，具體方式是將聲音的數(shù)字化樣本儲(chǔ)存在固定的區(qū)域，然后根據(jù)MIDI命令取出相應(yīng)的樣本將它還原并回放。例如采用真實(shí)樂(lè)器的數(shù)字錄制技術(shù)，把大提琴、小提琴、鋼琴、鼓等各種實(shí)際樂(lè)器的數(shù)字化聲音存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器(ROM)中，在產(chǎn)生MIDI音樂(lè)時(shí)再?gòu)拇鎯?chǔ)的波表中找出進(jìn)行合成。
它與FM的最大區(qū)別就在于FM通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單正弦波的線性控制來(lái)模仿音樂(lè)樂(lè)器和特殊效果，而波表采用真實(shí)的聲音樣本進(jìn)行回放，因此采用波表合成的MIDI音樂(lè)聽(tīng)上去更接近自然、更具真實(shí)感，而FM合成的MIDI音樂(lè)則多帶有人工合成的色彩。雖然波表合成的原理我們可以簡(jiǎn)單地描述成對(duì)真實(shí)聲音樣本的回放，但實(shí)際上其中有很多細(xì)節(jié)卻是極其復(fù)雜的過(guò)程?？傊?，波表合成的本質(zhì)是對(duì)采樣聲音的調(diào)制。對(duì)采樣聲音進(jìn)行調(diào)制的過(guò)程是動(dòng)態(tài)地改變音頻信號(hào)的某個(gè)參數(shù)的過(guò)程，這些參數(shù)包括：音量(振幅調(diào)制或震音)、音高(調(diào)頻或顫音)以及濾波器截止頻率。調(diào)制的作用是實(shí)時(shí)地控制參數(shù)，使聲音產(chǎn)生變化，因此不需添加更多的樣本也能得到豐富的聲音效果，以起到節(jié)省內(nèi)存的目的。
三、波表的幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)
1.音色庫(kù)容量
由于波表合成技術(shù)是將真實(shí)樂(lè)器的音色采樣錄制下來(lái)再進(jìn)行合成處理的，所以要想獲得滿(mǎn)意的效果是有條件的，就是波表的音色庫(kù)要足夠大，這樣才能容納更多更好的音色樣本。波表越大，音色采樣就越真實(shí)，效果就越好。例如一般1MB的波表每種音色只能被分配到10KB左右的空間，而2MB波表則可以獲得比它大一倍的空間，效果自然也會(huì)好得多；專(zhuān)業(yè)聲卡的波表庫(kù)可高達(dá)32MB以上(例如創(chuàng)新SB Live!系列)。不過(guò)4MB音色庫(kù)所能達(dá)到的效果已經(jīng)不錯(cuò)了，如果不是用于專(zhuān)業(yè)用途，4MB音色庫(kù)已經(jīng)足夠。況且就“肉耳”而言是很難分辨出4MB音色庫(kù)與8MB音色庫(kù)之間的區(qū)別的。
2.復(fù)音數(shù)
所謂“復(fù)音”是指MIDI樂(lè)曲在一秒鐘內(nèi)發(fā)出的最大聲音數(shù)目。波表支持的復(fù)音值如果太小，一些比較復(fù)雜的MIDI樂(lè)曲在合成時(shí)就會(huì)出現(xiàn)某些聲部被丟失的情況，直接影響到播放效果。復(fù)音有“硬件支持復(fù)音”和“軟件支持復(fù)音”之分。所謂“硬件支持復(fù)音”是指所有的復(fù)音數(shù)都由聲卡芯片生成，而“軟件支持復(fù)音”則是在“硬件復(fù)音”的基礎(chǔ)上以軟件合成的方法，加大復(fù)音數(shù)，但這是需要CPU來(lái)帶動(dòng)的。例如SB Live!它的復(fù)音數(shù)達(dá)到了前所未有的256位，而軟件復(fù)音則可高達(dá)1024位！或許你會(huì)問(wèn)，用得著這么大的復(fù)音數(shù)嗎？的確，這在一般情況下是意義不大的，64位復(fù)音幾乎已接近一般人耳朵的極限，況且目前大多數(shù)MIDI樂(lè)曲使用的復(fù)音數(shù)都沒(méi)有超過(guò)32位，所以音色丟失的現(xiàn)象很少發(fā)生。不過(guò)從這個(gè)側(cè)面卻可反映出波表合成技術(shù)的發(fā)展速度。
3. 特殊效果
大容量的波表和高復(fù)音數(shù)的支持給MIDI提供了良好的表現(xiàn)空間。但要想達(dá)到近乎真實(shí)樂(lè)器的演奏臨場(chǎng)效果，還需要一些錦上添花的修飾，所以大部分波表提供了一些特殊效果的支持。其中主要包括：回饋、和聲、變化三種。一般這些效果都能獲得支持。
