本帖最后由 Suki 于 2009-1-9 11:26 编辑
电脑音乐系统的两大工作核心是MIDI制作技术和数字音频技术。
自从MIDI技术出现之后，电脑不再单纯是处理文字、数字的科学和商业机器，它又有了一个新的名称 - 音乐工作站。并且在基于电脑技术基础上的音乐工作站体现了前所未有的强大，音乐工作者可以轻易并且高质量地处理各种音频及MIDI信息，无限制地进行修改、合并和添加各种效果，完全不必担心音质劣化等早期传统的模拟设备最担心的问题。
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相信大伙或多或少都会弹奏一到两件乐器，Suki自己就是玩吉他的。以往我们总是在说某某乐队有不插电的演出等等，好象只有这样才能消除电子设备的修饰，最大限度地展示乐手们绚烂的技术。其实不然，就算是不插电来说，归根究底还是要跟各种调音台、均衡器、DSP效果器等设备打交道，只是我们没有意识到罢了。
所以我们说，音乐始终是紧紧跟随着最新技术的。而现代音乐的发展也已经深深地和电脑技术紧紧联系在一起了。当我们回顾电子技术发展的历史，从真空管、电子管到晶体管到集成电路一直到现在强大的电脑系统，这一切只用了短短的几十年。而直接受到电子技术影响的电子乐器，其发展的速度同样迅猛。从早期的电风琴，到后来的电吉他、电贝司和电子琴，再到以往的合成器和采样器，一直到现在强大到无所不能的电脑音乐系统。其直接的受益人就是广大的音乐人，音乐家们有了一个展现自己的最好的平台。
电脑音乐系统的发展，用革命两个字形容也不为过。它给广大音乐人带来的机遇是以往模拟时代无法比拟的。这种机遇直接体现在作曲领域。通过电脑音乐系统，任何一个音乐人都可以按照自己的想法制作出自己的音乐，最后加工成品。无需再像模拟时代为花费昂贵费用请乐队试奏而发愁，也不必再看按他人的意愿制作自己不喜欢的音乐。有这样一句话：“技术进步的好处就是在于不断打破人为制造的障碍，使得每个人的才华都得以尽情展露”。
在人们以往的思维中，电脑音乐系统是非常的昂贵的，是非专业人士难以问津的。但随着电子技术的迅猛发展，个人PC电脑的性能不断提高及普及，音乐制作的软硬件技术日趋成熟，电脑音乐系统越来越让传统的音乐人感到了它的无比强大。现在即使是一台非常普通的家用多媒体PC计算机，也都可以制作出CD品质的音乐。而且软件的发展之快已经渐渐地取代了硬件，这也是以后电脑音乐的发展趋势。
1. MIDI制作技术
电脑音乐系统最初是以MIDI技术的引入而开始发展的，从而逐渐演变成为强大的音乐工作站。
那么究竟MIDI到底是什么呢？其实，MIDI已经在我们的身边了，只是一般的用户没有意识到罢了。这么说吧，在我们平时使用PC的电脑，都会装有多媒体声卡，不论档次高低，它们几乎都带有FM或者波表采样的内置MIDI音源。而且很多大家喜欢的游戏的背景音乐也都是MIDI格式的，玩过“97拳皇”么？（Suki可是高手，呵呵）那一个个经典的音乐可都出自“MIDI”之手。如果仔细看一下声卡的说明书，可以看到“MPU_401 MIDI interface”的字样，实际上这就是声卡上的MIDI接口。
实际上，MIDI是Musical Instrument Digital Interface的缩写，如果非要翻译成中文的话，我们可以理解成“乐器数字化接口”。从字面上去理解它，就是处理电子乐器之间数据的发送和接收的。虽然我们把它叫做“接口”，但实际上这样的解释是计算机科学中的术语。它真正的含义应该是一种协议，也就是各种电子乐器之间相互对话的一种规范，就像我们买东西需要货币一样。声卡上的“MPU_401 MIDI interface”，其实是一种符合MIDI协议的硬件端口，其用处是用来连接外置的设备，例如MIDI键盘。
现在市场上各种不同的音乐软件多的数不胜数，但他们之间一样是可以通过以创立好的MIDI协议来通信的。例如像我们熟悉的Pro Tools、Logic、Cubase、SONAR等这样音序器软件和各种软音源之间的对话。
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所以，如果说的更通俗一些，MIDI就好比一个公司里有来自五湖四海的人，但是最终他们会通过一种语言去交流。我们可以把MIDI理解成这样是不是就简单多了呢？
那么说到MIDI的规范和协议，我们就不能不了解它的历史。
实际上，MIDI的历史要比电脑音乐系统要久远的多。虽然MIDI协议是在1983年才正式出台的，但以电子技术的发展速度来看，20年就已经很长了。
那么为什么要规范MIDI协议呢？在现在看来，其实是很有必要的。在当时，电子音乐技术迅猛发展，合成器技术突飞猛进。各种不同厂家的合成器音色各有特色，给了音乐家丰富的选择。但同时让人头疼的问题出现了，不同场牌的合成器的格式互不兼容，让乐手们操作不同的合成器俨然成了噩梦。MIDI 1.0协议应此而生，MIDI协议完美地解决了不同场牌合成器之间的不兼容问题，这使得生产厂家和广大音乐家同时受益，从而进一步推动了电子音乐技术的发展。还是那句话，技术进步的好处就是在于不断打破人为制造的障碍，使得每个人的才华都得以尽情展露。
我们已经知道，不同的MIDI设备是之间是靠MIDI信息来交流的。比如说，把MIDI键盘和音源连接在一起后，弹奏MIDI键盘，MIDI数据从MIDI键盘流向音源，音源接受到信息后再发出音频信号，音频信号经过功放放大后，最后推动音箱发声。这样就组成了一个最简单的MIDI系统。
在这里，有必要强调一个概念：从MIDI键盘里出来的不是音频信号，而是MIDI信号。也就是说，MIDI键盘的本身是无法发出任何声音的，它必须通过硬件或是软件音源才能够发声。
其实MIDI信号是一种串行数字信号，专门用来控制MIDI设备工作，或者可以把它看作是一种控制码。而从音源里出来的是一种模拟信号。关于数字信号和模拟信号的区别在后面还会有具体的讲述。
所以，就是因为MIDI键盘本身并不具备音源模块，因此它是无法发出任何声音的。它所做的工作就是告诉音源该如何发声，发出哪几个音符，音量多大，用什么样的音色，是否加上DSP效果等等。
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M-AUDIO Keystation 61es 61键MIDI键盘
那么在MIDI系统里，最终所发出的声音的音质是由音源决定的。可以这么说，哪怕你用的MIDI键盘是手感很糟糕的便宜货，但如果使用一个高品质的音源，依然可以发出的美妙动人的声音。
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M-AUDIO Drum & Bass Rig 通用鼓和贝司软音源
但实际上，MIDI系统并不会像现在所说的这么简单。我们在制作音乐的同时，免不了会进行多声部的制作，那就需要一台相当与多轨录音机的音序器。其功能就是把各个不同的声部录入不的轨，编辑后再回放出来。我们现在使用的Cubase、SONAR等软件就是音序器软件。但是，在软件音序器出现之前，人们制作音乐都是使用价格昂贵的硬件音序器，一般可以记录8~16轨。但随着软件音序器的飞速发展，硬件音序器慢慢地就被淘汰下来，因为软件音序器实在是太强大了，一般的音频工作站都可以记录256轨，这在以往是难以想象的。
2. 数字音频技术
电脑音乐系统的另一个工作核心就是数字音频技术。数字音频技术其中包括PCM调制技术、AD/DA转换技术和数字滤波技术等等。值得一提的是，现在的录音棚绝大部分都在使用基于数字音频技术的工作模式。
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首先我们必须要知道一个基本的概念，就是乐音的三个基本性质：音高、音量和音质。
音高可以理解成声音听起来的高亢还是低沉。音高的物理本质是声波的震动频率，频率越高，音高相对的就越高。频率的单位是Hz（赫兹），一赫兹就是每秒钟震动一次。
音量则是表现声音的强弱。音量与声波的振幅有着直接的关系。振幅越大，声压越高，声音则越响。为了适应人类听觉的特性，同时也是为了计量方便，就采用声压有效值或声强取值取对数来表示声音的强弱。单位是dB（分贝）。
经研究表明，人类对声音强弱变化的察觉能力是有限的。一般没有经过专门训练的人对同一信号的声压突然变大或变小（不大于3dB）时是无法察觉出来的。因此，在很多音乐制作软件中的音频编辑功能里，有一个命令可以使音频信号增加或减少3dB。为什么恰好是3dB，就是这个道理。
音质的概念就稍微的复杂了一些，其中包含了很多物理的专业术语，在此之简单做一下原理的介绍。我们说，音质和音色是紧密联系在一起的，例如用钢琴弹一个C音和用吉他弹一个C音，谁都可以轻易地分辨出他们的不同来。
另外，音色还与波形的包络有关。大家都知道，钢琴和小提琴在听觉上给人的感受是不一样的。那是因为钢琴声是有音头的，而且非常明显，就是先有一个起音然后逐渐的衰减。而小提琴的音头缺不明显，它是一种持续的长音。这就是由于波形包络不相同所引起的。
而且实验表明人类的听觉系统对波形的反应是非线性的。例如同时演奏A乐器和B乐器时，所出来的听觉效果是既不像A乐器也不像B乐器，而是产生了一种新的听觉印象。在作曲时利用这一点就可以配出优美的音色来。这也就是我们常说的配器。
数字音频中有两个非常重要的技术指标：采样率和采样精度。这两个指标也会经常在我们日后的工作中出现，是否掌握这两个技术将直接影响音乐制作的品质！
采样率就是模数/数模转换器对输入或输出的声音信号采样的频率，即转换器对声音的采样实际上就是对音频信号的采样过程。
通用的采样率是44.1 kHz，这也是CD的采样率；48 kHz、88.2 kHz和96 kHz是DVD音频的采样率。一般来说采样率越高，每一秒所记录的采样数就越多，捕获的频率范围就越大。其中最关键的影响因素就是奈奎斯特（Nyquist）频率。
美国科学家Harry Nyquist（哈利.奈奎斯特）发现：用两倍于一个正弦波的频率进行采样就能完全真实地还原该波形。例如一个48 kHz采样率的波形可以精确的表示24 kHz频率范围之内的波形（人耳只能听到20 kHz以下的频率），但是高于24 kHz的波形都将被截掉。此频率范围称为带宽，如48 kHz采样率的带宽是24 kHz。
所以这就是影响录制的唯一问题，在选择采样率方面，只需使用44.1 kHz采样率进行音频处理就可以了。因为最终需要把音频刻录在CD上，CD只能使用44.1 kHz的采样率，而且超过20 kHz的频率，人耳也无法听到。
但是实际上转换器会过滤掉奈奎斯特频率以上的音频数据。便宜的转换器没有很好的滤波器，所以即使转换器可以捕捉到人耳能够听到的声音频率（20 kHz以下），也可能经过滤波器而失真。
所以在这个问题上，我们就应该使用高采样率进行录制，并且把滤波器调高到不会影响可听声音的范围之内，然后在刻录到音频CD之前再把它们转换成44.1 kHz的采样率。
所以在使用数字录音时，最好使用高采样率的方法，这样可以最大限度地减少数字信号的损失，并且还可以减少延迟。
另一个就是模拟和数字信号的转换。要把模拟信号转换成数字信号，模数转换器将会对输入的信号采样，然后根据设置的采样精度应用采样数。假设模数转换器是48 kHz采样率的24位转换器。当输入信号后，转换器就会对信号进行每秒48,000次的采样。每个采样都会安排一个‘–8,395,008’到‘8,395,008’（24位有16,790,016个可用采样数）的采样数值，采样数值就组成了所录制声音的波形图。回放时，播放器按照顺序读入这些采样数植，经过数模转换器再把它们转换成模拟的声波。这也就是我们说的A/D和D/A的转换技术。
这些技术原理也正是所有数字音频设备开发所必须依据的理论基础，也是我们在选择硬件设备时必须依据的重要指标。这在以后的文章里，大伙如果仔细留意，就会经常发现这些参数的身影。
好了，今天就说到这，希望这些信息能够对大伙的学习起到帮助。下一次，Suki会在这些技术理论的基础上，拿一些硬件进行实际对比参照，让大家对这些原理能够理解的更加透彻。 
