音乐与计算机 “看到”声音 自然界里有无数的声音，人耳能够听到的只是其中的一部分，这是因为声音的本质 是媒介的振动，所谓媒介就是声音传播的载体，空气、水等都可以成为声音传播的 媒介。我们日常生活中所听到的众多声音都是通过空气来传播的，而当您把耳朵贴 在铁轨上，就可以听见很远处传来的火车声，这是固体传声的作用。 既然声音是一种振动传播的结果，那么它也和其它的振动形式一样是由振动频率、 振幅和波形三个要素组成的。振动频率决定了声音音调的高低，振幅决定了声音的 强度(即大小)，波形则决定了音色。 人耳能够听到的声音频率范围是20-20KHz，低于这个范围的声音称为次声波，高于这 个范围的声音称为超声波。虽然人耳听不到次声波和超声波，但它们对音乐的气势 与表现力还是有很重要的作用。 声音是看不见的，但我们借助计算机技术可以“看见”一个具体的声音。让我们一 起来试试看。 打开您的电脑。 在WINDOWS3.1环境下当您出现误操作时，系统会发出 “叮”的单音警告(只有在安装声卡以后才会听到这种效果，否则您听到是扬声器发 出的“嘟”)。 现在就让我们看一看这“叮”的一声是个什么样子。 激活程序管理器(PROGRAM MANAGER)。 选择附件组(ACCESSORIES)。 双击“录音机”(SOUND RECORDER)图 标，即可运行“录音机”程序。 在“文件(FILE)”下拉菜单中选择“打开 (OPEN)”，并选择ding.wav文件，点取OK。按卷滚条的右箭头，则可看到绿色的 波形在窗口上滚动显示，如果您想听到这个声音，则按倒带键，再按播放键，就 能听到这个声音并且同时看到波形的滚动。 声音是看不见的，但通过计算机技术我们可以对它的各个基本要素都有一个感性的 认识。 在以后的章节里，我们还要向大家介绍如何用计算机进行真实的声音录制和效果处 理。 音乐与声音 简单地说，音乐就是有规律的一组声音。音乐的基本单位是音符，而每个音符的高 低和长短则由这个声音的频率和时值来决定。 一组音符按照一定的规律排列组合起来就是一段音乐，如节奏、曲式等就都是音符 组织成音乐所要遵从的规律。 一般来讲，一组音符按照上述规律顺序进行就形成一段旋律，而同时进行则形成一 个和声(当然，这还需要各音符谐波之间的协调性)。由旋律与和声组成的完整的结 构，就是通常我们大家所说的音乐。对于音乐的记录，也由于其本质与形式的区 别而有所不同。 实际上，音符的概念就是为记录音乐而创造的，在人类社会发展的早期，由于生产 力不发达，对音乐乃至各种声音都无法象今天这样实现实时的记录，所以人们想方 设法地将音乐的记录与文字联系起来，这就产生了乐谱。 从艺术的角度上讲，音乐也是一种语言，而乐谱则是记录这种语言的特殊文字。这 种记录方式随着人类几千年的发展不断完善，至今已成为我们所习惯的音乐记录方 式，无论是五线谱、简谱还是各种演奏谱，都是将音乐的各个要素转化为文字的形 式加以记录。 乐谱记录的好处在于它的稳定性和永久保留性，但需要受过专业训练的人完成“纸 上的音乐”与“耳朵中的音乐”的相互转化，容易出现偏差和失真。 在科学技术高度发展的今天，对音乐进行实时的记录已不在话下，各种各样的先进 录音设备纷纷登场，无论是普通的磁带录音机、数码录音机(DAT)、CD读写机还是专 业录音设备，都能实时记录音乐，不过由于它们各自不同的特点，在记录质量上有 很大的差异，但无论哪种录音设备所记录的都是音乐的波形，所以我们可以简单地 将这种记录方式称为波形记录。 音乐的电脑化 我们知道，电脑本身是一种数字处理设备，它只能对数字信号进行处理，对于其它 形式的信号必须转换成数字信号才能进行相关操作，音乐信号也不例外。 上面我们已经说过，音乐的记录方式有两种——乐谱记录和波形记录，针对这两种 记录方式的不同特点，电脑对音乐的处理也有两种不同的方式，即PCM方式(脉冲编 码调制方式)和MIDI方式(乐器数字化接口方式)。 让我们先来看看PCM方式是如何记录音乐的。 这是一声音的波形，它的横轴是时间，纵轴是振幅。电脑在每一时间单位取振幅值， 就会得如下数列: 0，45874，65535，45874，0，-45874，-65535，-45874，0如 果将时间单位缩小，所得到的数将会更多，时间单位越小(也就是说振幅值取得越密 )，对于原声曲线的模拟就越精确。 把足够多的振幅值以同样的采样频率转换为电压值去驱动扬声器，我们就能够听到 和原波形一样的声音。这种技术叫做脉冲编码调制技术(PCM)。 上述的第一个过程，即将波形变成数字，称为模数转换(ADC);第二个过程，即由数字 变成波形，称为数模转换(DAC)。 通过这样的技术，我们就可以将从声卡的话筒输入 端送入的模拟音频信号经ADC变成数字信号存储在计算机内，然后再经DAC转换为波 形进行重放。 PCM技术的两个要素是采样频率和样本规模。采样频率是指电脑将声音从模拟信号转 化为数字信号的频度;其计算方式是每秒样本数。采样频率决定着声音记录和生成的 最高频率，它必须比样本的最高频率的两倍还高约10%。人类听力的范围的上限大约 在20KHz，因此激光唱片的采样频率为44.1KHZ。 PCM的第二个要素是样本量的大小，它表示使用存贮记录下来的声音振幅的位数。样 本的大小决定了声音的动态范围，即被记录和重放的音量最高和最低之间相差的 值。 假定样本量大小为16位，其动态范围则为96分贝，分贝是近似于人的听觉对音量反 应的对数尺度。96分贝的动态范围几乎是人的听觉听得见的阈值和感觉难受的阈值 之差。激光唱片都采用16位样本规模。 现在的声卡，如SOUND BLASTER 16和SOUND BLASTER AWE32，都采用的是44.1KHZ 采样频率和16位的样本量，与激光唱片的标准是相同的，也就说能够达到专业级的 保真度了。 下面我们对MIDI方式做进一步的介绍。 MIDI是Musical Instrument Digital Interface的字头，即“乐器的数字化接口”。 但是，MIDI究竟是什么呢? 针对乐谱记录方式，MIDI就如同记谱器，它记录演奏的过程，与乐器及其它演奏设备 有密切的关系，可以这么说，同一个MIDI文件在不同设备上能够听到不同的效果，这 是因为具体的声音是由合成器产生的，而MIDI只是按顺序触发某个发音单元而已。 就其本身作用而言，首先是一个世界性的电子乐器标准，其次它也是电子乐器互相 沟通的桥梁，尤其在今天，它已成为电脑与合成器(或其它MIDI乐器)之间互相传递音 乐信息资料的重要手段。 MIDI并非象PCM方式那样将音乐变成数码，再将数码变成音乐，它是将演奏者的每一 个弹奏动作的相关指标变成数码，并存储成MIDI文件(*.MID)，或通过MIDI连线传送到 MIDI乐器上。我们称这些数码资料为MIDI事件(MIDI EVENT)，它是用来记录及控制 MIDI乐器如何演奏一首乐曲的控制信息，其中包括如一个音何时开始(NOTE ON)、何 时终止(NOTE OFF)、按键/离键速度(VELOCITY)，触后压力(AFTERTOUCH)及控制轮变 化(CONTROL CHANGE)等。 应用MIDI，除了合成器或MIDI乐器之间可以互通消息外，最特别的就是可以用一部合 成器同时控制其他的合成器，一齐进行演奏。 由于MIDI乐器能够将所弹奏的键盘动作化成MIDI事件并通过MIDI连线以高速传送到其 他的MIDI乐器上去，所以只要一台MIDI控制器(MIDI CONTROLLER)就可以同时令不同 的合成器或MIDI乐器一同演奏了。 上述两种方式各有特色，缺一不可。 PCM是将波形采样数字进行记录，它与乐器无关，可以保证重放质量，在任何设备上 播出效果是一样的，但它无法将其中的音乐元素直接转变为乐谱，需要有经验的记 谱人员来完成，而且由于它记录的不是乐谱，所以造成在乐曲的修改方面存在着极 大的困难。 相比之下，MIDI方式就灵活得多，由于它记录的乐谱，因此对乐曲进行编辑和修改简 直易如反掌。例如，我们要修改某个音符，更换音色或移调等，都很容易。 另外，MIDI与PCM相比，在数据量上要小得多，一般来讲，一首5分钟的乐曲用MIDI 格式记录只需要20K 字节，但如果以CD音质记录成为PCM格式的文件（如*.wav）， 则需要50M 字节之多，是前者的250倍! 但是，MIDI与设备有密切的联系，在不同的音源或合成器上播放同一个MIDI文件会听 到不同的效果，有时甚至大相径庭，如果使用配置较高的设备，当然会制作出高品 质的音乐，但在播放时也要求用相同配置的设备，否则会对播放效果产生很大的影 响，但如果选择高配置的设备，就不可避免地走向高价位，对于大多数非专业制作 者来说是不现实的。 所以，在电脑音乐的制作中，PCM和MIDI方式都是不可缺少的。SOUND BLASTER AWE32同时支持这种方式，并且可以由它在内部完成MIDI文件(*.MID)和WAVE文件 (*.WAV)的转换和处理。