數(shù)字音頻技術(shù)6章

數(shù)字音頻技術(shù)第6章

電子樂(lè)器數(shù)字接口(MIDI)

第6章電子樂(lè)器數(shù)字接口(MIDI)§6.1概述§6.2MIDI樂(lè)音合成器原理6.2.1頻率調(diào)制(FM)合成法6.2.2波形表合成法§6.3MIDI系統(tǒng)中的設(shè)備配置6.3.1MIDI消息輸入設(shè)備6.3.2音序器6.3.3音源§6.4MIDI系統(tǒng)連接6.4.1MIDI端口6.4.2連接方式6.4.3MIDI的通道6.4.4MIDI系統(tǒng)連接實(shí)例§6.5常見(jiàn)的MIDI應(yīng)用軟件§6.6小結(jié)§6.7習(xí)題§6.1概述電子樂(lè)器數(shù)字接口（MIDI）——MusicalInstrumentDigitalInterface，是直接通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)創(chuàng)作音樂(lè)的技術(shù)。MIDl是用于在電子樂(lè)器(即MIDI設(shè)備)之間、電子樂(lè)器與計(jì)算機(jī)之間交換樂(lè)音信息的一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。由于MIDI技術(shù)也是利用計(jì)算機(jī)來(lái)處理信息并產(chǎn)生樂(lè)音的一種技術(shù)，故它與數(shù)字音頻技術(shù)是兩種非常容易被混淆的技術(shù)。1.MIDI的發(fā)展20世紀(jì)80年代，電子樂(lè)器漸漸流行起來(lái)。電子樂(lè)器的主要代表是電子合成器。它把鍵盤(pán)與音源組合在一起．按動(dòng)鍵盤(pán)上的各個(gè)鍵，通過(guò)由多個(gè)振蕩器組成酌音源可以模擬出多種樂(lè)器的音色。電子合成器一誕生就在音樂(lè)界產(chǎn)生了極大的影響，不久以后，人們又發(fā)明了許多專(zhuān)用的電子樂(lè)器，比如電子鋼琴、電子鼓等，而且還探索把多個(gè)電子樂(lè)器組合起來(lái)的方法。1983年8月，合成器的主要制造商包括SequentialCircuits、Yamaha、Roland、Korg和Kawai共同制定了MIDI1.0技術(shù)規(guī)范，使不同制造廠商生產(chǎn)的電子樂(lè)器之間的相互連接成為可能。MIDI1.0技術(shù)規(guī)范規(guī)定了信號(hào)的I／O接口、連接樂(lè)器的特定電纜、MIDI消息的基本模式等。2.數(shù)字音頻與MIDI的區(qū)別：（1）數(shù)據(jù)信息的記錄不同與數(shù)字音頻不同，MIDI的數(shù)據(jù)信息不是聲音信息的數(shù)字化記錄。MIDI數(shù)據(jù)主要是電子合成器上鍵盤(pán)按鍵狀況的數(shù)字化記錄，主要包括按了哪一個(gè)健、音高、力度多大、持續(xù)時(shí)間多長(zhǎng)、鍵釋放等控制信息。（2）產(chǎn)生聲音不同MIDI的這些數(shù)字信息不能通過(guò)D／A變換直接轉(zhuǎn)換成聲音，只能通過(guò)MIDI設(shè)備的音源來(lái)讀取MIDI消息，然后根據(jù)這些控制信息去控制發(fā)聲電路，最后轉(zhuǎn)換成聲音輸出。數(shù)字音頻和MIDI技術(shù)在產(chǎn)生聲音上的不同之處圖6-1數(shù)字音頻技術(shù)的處理流程圖6-2MIDI技術(shù)的處理流程

（3）MIDI技術(shù)比數(shù)字音頻技術(shù)更靈活。從靈活性角度看，在數(shù)字音頻系統(tǒng)中可通過(guò)改變錄、放速度來(lái)改變聲音的音調(diào)和語(yǔ)速，可通過(guò)剪輯來(lái)改變錄音內(nèi)容的順序，可通過(guò)改變混響來(lái)改變聲音所處的環(huán)境效果，但是對(duì)于錄音的內(nèi)容，數(shù)字音頻技術(shù)的作用有限。比如，它不可能把錄音中的鋼琴聲變?yōu)樾√崆俚囊羯IDI技術(shù)則不同，它非常適于音樂(lè)作品的創(chuàng)作過(guò)程。一個(gè)熟練的鍵盤(pán)手，可以通過(guò)多軌錄音的手法，把代表各種樂(lè)器的鍵盤(pán)信息送到計(jì)算機(jī)中，可以任意指定某一音軌為某種樂(lè)器的聲音，可以任意地修改已輸入的信息，改變音色、節(jié)奏、和弦……，從而達(dá)到預(yù)期的音響效果。3.MlDI技術(shù)的缺點(diǎn)對(duì)MIDI音源設(shè)備的依賴(lài)性是MlDI技術(shù)的一項(xiàng)缺點(diǎn)。因?yàn)镸IDI消息必須通過(guò)音源設(shè)備才能發(fā)出聲音，但是不同音源的音色是完全不同的，所以相同的MIDI文件在不同的音源設(shè)備上播放，其效果可能完全不一樣。由于這個(gè)原因，MIDI技術(shù)的發(fā)展受到一定的限制，習(xí)慣上認(rèn)為MIDI音樂(lè)或電子音樂(lè)只能作為游戲軟件之類(lèi)低檔產(chǎn)品的配樂(lè)。隨著數(shù)字音頻技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了MIDI設(shè)備的不斷改進(jìn)，特別是隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及，一種特殊的MIDI設(shè)備——聲卡逐漸成為計(jì)算機(jī)的基本配置。在聲卡中的合成器由于采用了采樣回放技術(shù)，其生成的音樂(lè)音色效果比以前有了很大的進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越難以分辨一段音樂(lè)中哪些是產(chǎn)生于樂(lè)器的錄音，哪些是產(chǎn)生于聲卡的合成聲音。這樣，MIDI技術(shù)對(duì)音源設(shè)備的依賴(lài)性也就大大減弱了。4.常用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)(1)MIDI消息(message)或指令樂(lè)譜的一種記錄格式，相當(dāng)于樂(lè)譜語(yǔ)言。(2)MIDI文件存儲(chǔ)MIDI消息的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。MIDI文件中包含音符、定時(shí)和多達(dá)16個(gè)通道、256個(gè)音軌的演奏定義。文件包括每個(gè)通道的演奏音符信息：鍵、通道號(hào)、音長(zhǎng)、音量和力度(擊鍵時(shí)，鍵達(dá)到最低位置的速度)。(3)通道MIDI可為16個(gè)通道(channel)提供數(shù)據(jù)。每個(gè)通道訪問(wèn)一個(gè)獨(dú)立的邏輯合成器。(4)音序器音序器是為MIDI作曲而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序或電子裝置。音序器能夠用來(lái)記錄、播放、編輯MIDI事件。大多數(shù)音序器能輸入、輸出MTDI文件。常用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)-1(5)樂(lè)音合成器樂(lè)音合成器是利用數(shù)字信號(hào)處理器或其他芯片來(lái)產(chǎn)生樂(lè)音或聲音的電子裝置。數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生并修改波形，然后通過(guò)聲音產(chǎn)生器和揚(yáng)聲器發(fā)出特定的聲音.(6)樂(lè)器合成器能產(chǎn)生特定聲音。不同的合成器，樂(lè)器音色號(hào)不同，聲音質(zhì)量也不同，如多個(gè)數(shù)字樂(lè)器都能合成鋼琴的聲音，不同樂(lè)器使用的音色號(hào)不同，它們輸出的聲音有差異。(7)復(fù)音復(fù)音(polyphony)是指合成器同時(shí)演奏若干音符時(shí)發(fā)出的聲音。它著重于同時(shí)演奏的最多音符數(shù)。如一個(gè)能以6個(gè)復(fù)音合成4種樂(lè)器聲音的合成器，可同時(shí)演奏分布于4種樂(lè)器的6個(gè)音符。它可能是鋼琴和弦的4個(gè)音符、1個(gè)長(zhǎng)笛音符、1個(gè)小提琴音符。常用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)-2(8)音色音色取決于聲音的頻譜結(jié)構(gòu)。在非正式的用法中，它指的是與特定樂(lè)器相關(guān)的特定聲音，如低音提琴、鋼琴、小提琴的聲音均有各自的音色。(9)多音色多音色(timbre)指同時(shí)演奏幾種不同樂(lè)器時(shí)發(fā)出的聲音。它著重于同時(shí)演奏的樂(lè)器數(shù)。(10)音軌音軌(track)是一種用通道把MIDI數(shù)據(jù)分隔成單獨(dú)組、并行組的文本概念。0號(hào)格式的MIDI文件把這些音軌合并成一個(gè)。不同編號(hào)格式的MIDI文件維持不同的音軌。常用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)-3(11)合成音色映射器合成音色映射器是一種軟件，為了適應(yīng)MicrosoftMIDI合成音色，分配表規(guī)定合成音色編號(hào)。軟件要為特定的合成器重新分配樂(lè)器合成音色編號(hào)．多媒體Windows的映射器可將樂(lè)器的合成音映射到任意MIDI裝置上。(12)通道映射通道映射把發(fā)送裝置的MIDI通道號(hào)變換成適當(dāng)?shù)慕邮昭b置的通道號(hào)。例如編排在10號(hào)通道的鼓樂(lè)，對(duì)于僅接收6號(hào)通道的鼓來(lái)說(shuō)，就被映射成6號(hào)通道?！?.2樂(lè)器合成原理產(chǎn)生MIDI樂(lè)音的方法很多，現(xiàn)在用得較多的方法有兩種：頻率調(diào)制(FrequencyModulation，F(xiàn)M)合成法;樂(lè)音樣本合成法，也稱(chēng)為波形表(wavetable)合成法.6.2.1頻率調(diào)制(FM)合成法樂(lè)音合成器的先驅(qū)RobertMoog采用模擬電子器件生成了復(fù)雜的樂(lè)音。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)斯坦福大學(xué)的一名叫JohnChowning的研究生發(fā)明了一種產(chǎn)生樂(lè)音的新方法——教字式頻率調(diào)制合成法，簡(jiǎn)稱(chēng)為FM合成法。他把幾種樂(lè)音的波形用數(shù)字來(lái)表達(dá)，并且用數(shù)字計(jì)算機(jī)而不是用模擬電子器件把它們組合起來(lái)，通過(guò)數(shù)／模轉(zhuǎn)換器(DAC)來(lái)生成樂(lè)音。斯坦福大學(xué)得到了發(fā)明專(zhuān)利，并把專(zhuān)利權(quán)授給Yamaha公司，公司把該技術(shù)做在集成電路芯片里，成了世界市場(chǎng)上的熱門(mén)產(chǎn)品。FM合成法的發(fā)明使合成樂(lè)音工業(yè)發(fā)生了一次革命。圖6-3FM樂(lè)音合成器的工作原理頻率調(diào)制(FM)合成法FM合成器由5個(gè)基本模塊組成：數(shù)字載波器、調(diào)制器、聲音包絡(luò)發(fā)生器、數(shù)字運(yùn)算器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器.數(shù)字載波器用了3個(gè)參數(shù)：音調(diào)、音量和各種波形;調(diào)制器用了6個(gè)參數(shù)：頻率、調(diào)制深度、波形的類(lèi)型、反饋量、顫音(vibrato)和音效(effect);樂(lè)器聲音除了有它自己的波形參數(shù)外，還有它自己的比較典型的聲音包絡(luò)線。聲音包絡(luò)發(fā)生器用來(lái)調(diào)制聲音的電平，這個(gè)過(guò)程也稱(chēng)為幅度調(diào)制，并且作為數(shù)字式音量控制旋鈕，它的4個(gè)參數(shù)寫(xiě)成ADSR，這條包絡(luò)線也稱(chēng)為音量升降維持釋放(AttackDecaySustainRelease，ADSR)包絡(luò)線。頻率調(diào)制(FM)合成法在樂(lè)音合成器中，數(shù)字載波波形和調(diào)制波形有很多種，不同型號(hào)的FM合成器所選用的波形也不同。圖6-4是YamahaOPL-Ⅲ數(shù)字式FM合成器采用的波形。圖6-4樂(lè)音合成器的波形頻率調(diào)制(FM)合成法各種不同樂(lè)音的產(chǎn)生是通過(guò)組合各種波形和各種波形參數(shù)并采用各種不同的方法實(shí)現(xiàn)的。用什么樣的波形作為數(shù)字載波波形、用什么樣的波形作為調(diào)制波形、用什么樣的波形參數(shù)去組合才能產(chǎn)生所希望的樂(lè)音，這就是FM合成器的算法要解決的問(wèn)題。通過(guò)改變圖6-3中所示參數(shù)，可生成不同的樂(lè)音，例如：1)改變數(shù)字載波頻率可以改變樂(lè)音的音調(diào)。改變它的幅度可以改變它的音量。2)改變波形的類(lèi)型，如用正弦波、半正弦波或其他波形，會(huì)影響基本音調(diào)的完整性。3)快速改變調(diào)制波形的頻率(即音調(diào)周期)可以改變顫音的特性.4)改變反饋量，就會(huì)改變正常的音調(diào)，產(chǎn)生刺耳的聲音.5)選擇的算法不同，載波器和調(diào)制器的相互作用也不同，生成的音色也不同。頻率調(diào)制(FM)合成法在多媒體計(jì)算機(jī)中，圖6-3中的13個(gè)聲音參數(shù)和算法共14個(gè)控制參數(shù)以字節(jié)的形式存儲(chǔ)在聲卡的ROM中。播放某種樂(lè)音時(shí)，計(jì)算機(jī)就發(fā)送一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)被轉(zhuǎn)換成ROM的地址，從該地址中取出的數(shù)據(jù)就是用于產(chǎn)生樂(lè)音的數(shù)據(jù)。FM合成器利用這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生的樂(lè)音是否真實(shí)，它的真實(shí)程度有多高，取決于可用的波形源的數(shù)目、算法和波形的類(lèi)型。使用FM合成法來(lái)產(chǎn)生各種逼真的樂(lè)音是相當(dāng)困難的，有些樂(lè)音幾乎不能產(chǎn)生，因此很自然地就轉(zhuǎn)向樂(lè)音樣本合成法。樂(lè)音樣本合成法是把真實(shí)樂(lè)器發(fā)出的聲音以數(shù)字的形式記錄下來(lái)，播放時(shí)改變播放速度，從而改變音調(diào)周期，生成各種音階的音符。樂(lè)音樣本的采集相對(duì)比較直觀。音樂(lè)家在真實(shí)樂(lè)器上演奏不同的音符，選擇采樣頻率為44.1kHz、16bit量化的樂(lè)音樣本，這相當(dāng)于CD-DA的質(zhì)量，把不同音符的真實(shí)聲音記錄下來(lái)，就完成了樂(lè)音樣本的采集。6.2.2波形表合成法波形表合成法“波形表”合成法是當(dāng)今使用最廣泛的一種樂(lè)音合成技術(shù)。波形表可形象地理解為把聲音波形排成波的一個(gè)表格，這些波形實(shí)際上就是真實(shí)樂(lè)器的聲音樣本。例如，鋼琴聲音樣本就是把真實(shí)鋼琴的聲音錄制下來(lái)存儲(chǔ)成波形文件，如果需要演奏“鋼琴”音色，合成芯片就會(huì)把這些樣本播放出來(lái)。由于這些樣本本來(lái)就是真實(shí)樂(lè)器錄制成的，所以效果也非常逼真。一個(gè)MIDI設(shè)備通常包含多種樂(lè)器的聲音，而一個(gè)樂(lè)器又往往需要多個(gè)樣本，所以把這些樣本排列起來(lái)形成一個(gè)表格以方便調(diào)用。這就稱(chēng)之為波形表，簡(jiǎn)稱(chēng)為波表。波形表合成法在實(shí)際中，常聽(tīng)說(shuō)“軟波表”和“硬波表”早期，計(jì)算機(jī)的整體性能(特別是CPU速度)還不夠高，波表技術(shù)只能夠通過(guò)專(zhuān)門(mén)的DSP芯片來(lái)完成。這些專(zhuān)門(mén)的DSP芯片就構(gòu)成了那些專(zhuān)業(yè)硬件設(shè)備，如音源、合成器等。當(dāng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入奔騰時(shí)代后，其處理速度已足夠快，可實(shí)時(shí)處理波表數(shù)據(jù)，這種靠CPU來(lái)運(yùn)算的波表技術(shù)——“軟波表”，最著名的就是Wingroove。除此之外的都稱(chēng)作“硬波表”(無(wú)論是在聲卡上還是在專(zhuān)用設(shè)備上).當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)邁入奔騰Ⅱ時(shí)代以后，涌現(xiàn)出許許多多的軟波表，連專(zhuān)業(yè)的MIDI硬件廠商也開(kāi)發(fā)出同類(lèi)的軟波表，其中最出名的就是YAMAHA和ROLAND公司的軟波表。由于這兩個(gè)廠家都是業(yè)界非常出名的生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)合成器和音源的廠商，所以他們出品的軟波表也有相當(dāng)?shù)膶?zhuān)業(yè)素質(zhì)。波形表合成法的主要技術(shù)指標(biāo)包括：(1)最大復(fù)音數(shù)復(fù)音(polyphony)——合成器同時(shí)演奏若干音符時(shí)發(fā)出的聲音。它著重于同時(shí)演奏的音符數(shù)。最大復(fù)音數(shù)直接由計(jì)算機(jī)的處理能力來(lái)決定，以現(xiàn)在電腦的速度處理速度來(lái)說(shuō)，32甚至是64復(fù)音數(shù)是沒(méi)有多大問(wèn)題的，這對(duì)于普通的MIDI文件來(lái)說(shuō)也是足夠了。(2)波形容量即所有波形樣本的總?cè)萘看笮?。顯然，波形容量越大，所容納的波形樣本就越多，所模仿的樂(lè)器音色也就越真實(shí)。通常，軟波表的波形容量大都是4～8MB。(3]波形的采樣質(zhì)量即錄制樣本所采用的數(shù)字錄音格式。一般的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，其采樣質(zhì)量都是16比特、44.1kHz(或者48kHz)，即相當(dāng)于普通CD的質(zhì)量。6.3MIDI系統(tǒng)中的設(shè)備配置MIDI設(shè)備的主要功能是用來(lái)制作和播放MIDI樂(lè)音。配置一個(gè)基本MIDI系統(tǒng)所需要的設(shè)備應(yīng)包括MIDI消息輸入設(shè)備、音序器和音源。

6.3.1MIDI消息輸入設(shè)備

輸入設(shè)備主要有MIDI鍵盤(pán)含有MIDI鍵盤(pán)的設(shè)備其他具有MIDI消息輸入功能的設(shè)備。MIDI消息輸入設(shè)備MIDI鍵盤(pán)是一種類(lèi)似鋼琴鍵盤(pán)的設(shè)備。它的鍵盤(pán)上裝有電子傳感器。當(dāng)人們按動(dòng)MIDI鍵盤(pán)肘，它并不發(fā)出聲音，而是把按鍵的信息(音高、按鍵力度、持續(xù)時(shí)間等)轉(zhuǎn)變?yōu)镸IDI消息。以MIDI鍵盤(pán)為主而制成的MIDI控制器，除了MIDI鍵盤(pán)外。往往還有許多其他輸入MIDI消息的手段，比如與MIDI鍵盤(pán)一起連用的滑音輪、踏板等?？梢栽黾覯IDI消息輸入的多樣性。一些MIDI控制器還包括MIDI吹管、MIDI吉他、MIDI小提琴等等，可以通過(guò)吹管、撥弦等手法輸入MIDI消息，就像演奏傳統(tǒng)的樂(lè)器一樣。注意：1）MIDI鍵盤(pán)只是輸入MIDI消息的眾多設(shè)備中的一種。大家也可以利用計(jì)算機(jī)本身的鍵盤(pán)和鼠標(biāo)器來(lái)輸入MIDI消息。2）MIDI鍵盤(pán)的種類(lèi)本身也是多種多樣的。在許多電子琴中配有MIDI接口，就可以用電子琴來(lái)輸入MIDI消息。普通的MIDI鍵盤(pán)的手感與電子琴一樣，只是MIDI鍵盤(pán)一般不直接發(fā)出聲音。6.3.2音序器音序器(sequence)俗稱(chēng)編曲機(jī)，是MIDI消息的編輯和控制單元。功能：把MIDI鍵盤(pán)輸出的MIDI消息分軌地記錄下來(lái)，把一苜曲子所需的音色、節(jié)奏、音符等樂(lè)音要素按照一定的序列組織起來(lái)，使得音源能夠?qū)崿F(xiàn)同步播放。MIDI文件的本質(zhì)內(nèi)容實(shí)際上就是音序內(nèi)容，作曲者可以在音序器中對(duì)這些分軌記錄的MIDI消息進(jìn)行編輯和修改。音序器-1這里所說(shuō)的“軌”是音軌(track)，是借用了分軌錄音機(jī)中的磁性記錄軌的概念。錄音機(jī)中分軌錄音的方法通常是指對(duì)一個(gè)多聲部的樂(lè)曲，按照聲部或樂(lè)器分別對(duì)應(yīng)錄音磁帶上一個(gè)磁跡進(jìn)行錄制的方法。比如錄制一首鋼琴、小提琴、大提琴三重奏，可以先把鋼琴的聲部錄制在一個(gè)音軌上，然后再按鋼琴給出的節(jié)奏分別把小提琴和大提琴的聲部分別錄制在不同的音軌上。分別錄制完成后，再進(jìn)行并軌，變成一個(gè)音軌或兩個(gè)音軌(立體聲)，我們聽(tīng)到的就如同這三個(gè)聲部同時(shí)進(jìn)行的演奏。這種錄制手法的好處在于可以多次對(duì)某一個(gè)聲部進(jìn)行錄制，也可以對(duì)某一個(gè)聲部的音量大小、音色進(jìn)行處理。可以彌補(bǔ)由于現(xiàn)場(chǎng)錄音時(shí)，某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題給整個(gè)樂(lè)曲帶來(lái)整體的影響。音序器-2MIDI消息的編輯和控制單元可以是專(zhuān)門(mén)制成的硬件音序器(如YAMAHA-QY300)，也可以是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的音序器軟件(如CakewalkMasterTrackPro等)。相對(duì)于硬件音序器而言，基于個(gè)人計(jì)算杌的音序器優(yōu)點(diǎn)是：1）音序器軟件具有完備的錄制、播放、編輯和同步功能，而且升級(jí)方便、界面友好。2）由于PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖表能力，使得所有的編輯過(guò)程變得直觀和直接。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的剪貼功能，運(yùn)行非常簡(jiǎn)單，可以把一個(gè)樂(lè)音素材從一個(gè)音軌移到另一音軌，把一個(gè)片斷剪貼到剪貼板上留供使用，或在一軌中復(fù)制一個(gè)段落。3）大屏幕顯示和圖形界面格式使得各種復(fù)雜的操作變得容易。4）圖表編輯模式允許用戶(hù)通過(guò)鼠標(biāo)的移動(dòng)來(lái)改變音符的音高、開(kāi)始和時(shí)間長(zhǎng)度。隨著筆記本電腦的普及，音序器軟件已成為MIDI作曲者的主流產(chǎn)品。6.3.3音源音源部分是系統(tǒng)的輸出設(shè)備，音源可以是一塊聲卡。在前面兩個(gè)單元中，所有被處理的信息都是MIDI消息，是一種控制信號(hào)。MIDI消息并不是聲音數(shù)據(jù)，不能直接播放，所有的MIDI消息只有通過(guò)音源設(shè)備才能轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲穆曇?。音源是一個(gè)裝有很多音色的設(shè)備，所以是用來(lái)發(fā)聲的。即在一個(gè)音源內(nèi)部有很多不同音色的樣本波形，比如有鋼琴的音色樣本、吉它的音色樣本等。音源就是一個(gè)音色樣本庫(kù)，但是音源本身并不知道在什么時(shí)候該用什么音色發(fā)怎樣的聲音，這項(xiàng)任務(wù)是由MIDI制作的心臟——音序器來(lái)完成的。音源設(shè)備對(duì)MIDI系統(tǒng)的音質(zhì)起著決定性的作用，音源的檔次高低直接決定了輸出樂(lè)音的質(zhì)量。合成器在MIDI系統(tǒng)中，鍵盤(pán)、音序器和音源三個(gè)基本單元一般由不同設(shè)備來(lái)?yè)?dān)任，但是，也有把這三個(gè)基本單元綜合在一起的MIDI設(shè)備，這就是合成器(synthesizer)。合成器通常把鍵盤(pán)、音序器和音源合為一體，是一個(gè)比較完善的MIDI工作站。雖然就每一個(gè)單元來(lái)說(shuō)，可能比不上獨(dú)立組成的MIDI系統(tǒng)，但是由于三位一體的組合，它的體積大大縮小，便于攜帶和現(xiàn)場(chǎng)制作樂(lè)音，具有其他MIDI系統(tǒng)設(shè)備不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。6.4MIDI系統(tǒng)連接MIDI規(guī)定合成器、音序器、MIDI鍵盤(pán)等能通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口連接。每個(gè)符合MIDI規(guī)范的樂(lè)器通常包含一個(gè)接收器和(或)一個(gè)發(fā)送器。接收器接收MIDI消息，并執(zhí)行MIDI命令。它由光耦合器、通用異步接收發(fā)送器(UART)及其他必要的硬件組成。發(fā)送器以MIDl格式生成MIDI消息，并按照UART和總線驅(qū)動(dòng)器格式發(fā)送MIDI消息。MIDI設(shè)備使用以下三類(lèi)端口來(lái)互連：MIDl輸入(IN)端口：接收其他MIDI設(shè)備發(fā)出的MIDI消息、MIDI輸出(OUT)端口：輸出本設(shè)備的MIDI消息，MIDI直通(THRU)端口：將從IN端口接收到的MIDI消息輸出到另一個(gè)MIDI設(shè)備。它是為有多臺(tái)MIDI設(shè)備的MIDI系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，通過(guò)該端口，可以完成多臺(tái)MIDI設(shè)備的連接。MIDI設(shè)備——指配備了MIDI接口，可以接收和發(fā)送MIDI消息的設(shè)備。無(wú)論是PC機(jī)還是合成器，只要配備了MIDI接口卡，它就成為了一臺(tái)MIDI設(shè)備。6.4.1MIDI端口6.4.2連接方式兩臺(tái)MIDI設(shè)備的連接是最簡(jiǎn)單的MIDI系統(tǒng)。如圖6-5所示，把一臺(tái)合成器的MIDI輸出端口接到另一臺(tái)合成器的MIDI輸入端口。這樣，一個(gè)簡(jiǎn)單MIDI系統(tǒng)的連接就完成了，每一臺(tái)合成器鍵盤(pán)上的演奏都能通過(guò)另一臺(tái)合成器上的音源發(fā)出聲音。這種簡(jiǎn)單MIDI系統(tǒng)可以把兩臺(tái)合成器組合為一體，讓兩個(gè)演奏者同時(shí)演奏。一個(gè)要求演奏技巧很高的樂(lè)曲，由一個(gè)人來(lái)演奏或許有些困難，而如果分解為兩個(gè)人的演奏則就比較容易完成。圖6-5兩臺(tái)合成器的連接在由兩臺(tái)MIDI設(shè)備構(gòu)成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，MIDI設(shè)備可以沒(méi)有主從之分，每臺(tái)MIDI設(shè)備送出的MIDI消息，其目的地是明確且惟一的。而在一般的MIDI系統(tǒng)中通常由三臺(tái)以上的MIDl設(shè)備構(gòu)成，這時(shí)MIDI電纜線的連接，以及MIDl消息的分配則要復(fù)雜一些。三臺(tái)以上的MIDI設(shè)備中，必須選定一臺(tái)MIDI設(shè)備為主控設(shè)備(master)，它負(fù)責(zé)傳送命令信息。其他MIDI設(shè)備為從設(shè)備(slave)，接受主控設(shè)備發(fā)出的命令信息。主控設(shè)備一般是計(jì)算機(jī)，也可以是音序器、合成器。在硬件方面，它需要鍵盤(pán)或琴鍵；在軟件方面，它必須配置能發(fā)出命令的相應(yīng)軟件。從設(shè)備出可以向主控設(shè)備發(fā)送MIDI消息，這主要是鍵盤(pán)上的按鍵信息。這種較復(fù)雜的MIDI系統(tǒng)的連接方式有以下兩種：1．雛菊花環(huán)(daisychain)形連接

2．星形連接1．雛菊花環(huán)(daisychain)形連接圖6-6雛菊花環(huán)形連接方式該方式連接的MIDI設(shè)備必須具備直通(THRU)端口。主控設(shè)備的MIDI消息通過(guò)MIDI輸出(OUT)端口送到第1臺(tái)從設(shè)備的MIDI輸入(IN)端口，第1臺(tái)從設(shè)備通過(guò)MIDI直通端口將MIDI消息轉(zhuǎn)發(fā)到第2臺(tái)從設(shè)備的MIDI輸入端口，如果還有第3臺(tái)從設(shè)備，則可以通過(guò)第2臺(tái)從設(shè)備的MIDI直通端口將MIDI消息轉(zhuǎn)發(fā)到第3臺(tái)從設(shè)備的MIDI輸入端口…，按這種方式可以連接多臺(tái)MIDI設(shè)備。2．星形連接方式圖6-7星形連接方式這兩種連接方式都只適合于主從控制方式，在一個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)主控設(shè)備，可以發(fā)出命令。在主控設(shè)備發(fā)出的命令中。包括MIDI的通道信息,通道信息與MIDI的連接有關(guān)。雛菊花環(huán)形連接中的MIDI設(shè)備必須具備直通端口，對(duì)于沒(méi)有直通端口的設(shè)備，可以采用星形連接方式。星形連接方式需要配備一個(gè)MIDI直通盒。MIDI直通盒有一個(gè)MIDI輸入端口和若干個(gè)MIDI直通端口，其功能是把一路MIDI信號(hào)分配給多路MIDl信號(hào)線，以連接多個(gè)MIDI設(shè)備。6.4.3MIDI的通道當(dāng)一個(gè)MIDI系統(tǒng)連接完成以后，無(wú)論采用雛菊花環(huán)形連接方式還是星形連接方式，都存在如何正確傳送MIDI消息的問(wèn)題。MIDI設(shè)備的連接只是提供了MIDI消息傳送的物理通道，MIDI消息的正確傳送還與MIDI通道的設(shè)置有關(guān)。MIDI通道的設(shè)置信息用4位二進(jìn)制代碼來(lái)區(qū)分。4位二進(jìn)制代碼可以區(qū)分16個(gè)通道。主控設(shè)備要發(fā)進(jìn)信息給某臺(tái)MIDI從設(shè)備，則需要通過(guò)一種代碼來(lái)指定MIDI消息發(fā)送的目的地，這種代碼就是通道設(shè)置信息。因此，MIDI通道并不是指物理上的一根電纜線，而是MIDI消息中用來(lái)分配和安排MIDI數(shù)據(jù)流的一種邏輯通道。MIDI的通道如果一個(gè)MIDI系統(tǒng)中只有兩臺(tái)MIDI設(shè)備：設(shè)備A和設(shè)備B，則MIDI通道信息的作用并不明顯，A的信息發(fā)送目的地是B，而B(niǎo)的信息發(fā)送目的地是A。如果一個(gè)MIDI系統(tǒng)中有3臺(tái)MIDI設(shè)備：l設(shè)備A、B和C，它們按雛菊花環(huán)形連接。設(shè)設(shè)備A是主控設(shè)備，它發(fā)出信息的目的地可以是B，也可以是C，MIDI的通道設(shè)置信息就可以用來(lái)指定MIDI設(shè)備A的信息發(fā)送目的地。比如，通過(guò)B和C的面板把B設(shè)定為通道1，C設(shè)定為通道2。當(dāng)A同時(shí)給B和C發(fā)送MIDI消息時(shí)，首先把發(fā)送給設(shè)備B的信息放在通道1，把發(fā)送給設(shè)備C的信息放在通道2。MIDI消息首先送到設(shè)備B的MIDI輸入端口，MIDI設(shè)備B把與自己所設(shè)通道號(hào)相同的信息接收下來(lái)，把與自己所設(shè)通道號(hào)不相同的信息通過(guò)MIDI直通端口送到設(shè)備C的MIDI輸入端口。MIDI設(shè)備C然后把與自己所設(shè)通道號(hào)相同的信息接收下來(lái)，把與自己所設(shè)通道號(hào)不相同的信息通過(guò)MIDI直通端口再轉(zhuǎn)送出去。如果有更多的MIDI設(shè)備，可以依次轉(zhuǎn)送。MIDI的通道一臺(tái)MIDI設(shè)備并不是只能接收一個(gè)通道的數(shù)據(jù)，比如，一個(gè)音源可以同時(shí)接收多個(gè)通道的數(shù)據(jù)，同時(shí)演奏出多種樂(lè)器的聲音。MIDI設(shè)備A也可以把一組信息指定給一個(gè)通道，比如一組打擊樂(lè)的演奏信息，包含各種的鼓樂(lè)，都指定給通道10。如果MIDI設(shè)備B或C要向A發(fā)送MIDI消息，是否也可以用這種方法呢?回答是否定的。因?yàn)檫@里假設(shè)MIDI設(shè)備A為主控設(shè)備，通道信息只能由主控設(shè)備發(fā)出，所以B和C不能發(fā)送通道信息。如果設(shè)備B或C要向A發(fā)送MIDI消息，則A中的MIDI接口必須有兩個(gè)MIDI輸入端口，分別與B和C的MIDI輸出端口相連接。如果有更多的MIDI設(shè)備要向A發(fā)送MIDI消息，則要求A有更多的MIDI輸入端口。6.4.4MIDI系統(tǒng)連接實(shí)例上圖中MIDI鍵盤(pán)控制器對(duì)MIDI音序器來(lái)說(shuō)是一個(gè)輸入設(shè)備，而音序器的MIDIOUT端口連接了幾個(gè)聲音模塊。圖6-8典型的MIDI系統(tǒng)連接典型的MIDI系統(tǒng)連接專(zhuān)業(yè)用戶(hù)(如作曲家)可以用這樣的系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)作由幾種不同樂(lè)音組成的樂(lè)曲，每次在鍵盤(pán)上演奏單獨(dú)的樂(lè)曲。這些單獨(dú)的樂(lè)曲都由音序器記錄下來(lái)，然后音序器通過(guò)幾個(gè)聲音模塊一起播放。每首樂(lè)曲在不同的MIDI通道上播放，而聲音模塊可分別設(shè)置成接收不同的樂(lè)曲。例如，聲音模塊1可設(shè)置成播放鋼琴聲并在通道1接收信息，模塊2設(shè)置成播放低音并在通道5接收信息，而模塊3設(shè)置成播放鼓樂(lè)器并在通道10上接收消息等。圖6-9基于PC平臺(tái)的MIDI系統(tǒng)該系統(tǒng)使用的聲音模塊是一種單獨(dú)的多音色聲音模塊.該系統(tǒng)中，PC機(jī)使用內(nèi)置MIDI接口卡，進(jìn)行MIDl消息的發(fā)送和接收。一些諸如多媒體演示程序、教育或游戲軟件等應(yīng)用程序?qū)⑿畔⑼ㄟ^(guò)PC總線發(fā)送到MIDI接口卡，再由該卡把信息轉(zhuǎn)換成MIDI消息，然后發(fā)送到多音色模塊，就能同時(shí)播放出許多不同的樂(lè)音。基于PC平臺(tái)的MIDI系統(tǒng)使用安裝在PC機(jī)上的高級(jí)MIDI音序器軟件，用戶(hù)可把MIDI鍵盤(pán)控制器連接到MIDI接口卡的MIDIIN端口，也可以實(shí)現(xiàn)相同的音樂(lè)創(chuàng)作功能。這樣，PC機(jī)可通過(guò)音序器軟件來(lái)采集MIDI鍵盤(pán)控制器發(fā)出的一系列指令。這一系列指令可記錄到以.MID為擴(kuò)展名的MIDI文件中。在計(jì)算機(jī)上音序器可對(duì)MIDI文件進(jìn)行編輯和修改。最后，將MIDI指令送往音樂(lè)合成器，由合成器將MIDI指令符號(hào)進(jìn)行解釋并產(chǎn)生波形，然后通過(guò)聲音發(fā)生器送往揚(yáng)聲器播放出來(lái)。6.5常見(jiàn)的MIDI應(yīng)用軟件目前市面上較流行的MIDI應(yīng)用程序有以下4類(lèi)：音序器軟件：如Cakewalk、CubaseVST、LogicAudio、Ballade、studio等合成器軟件：如RolandVSC-88、YAMAHAS-YXG50、Reality、Gebirth、GigaSampler、Reaker等音頻編輯軟件：如SoundForge、Wavelab等多軌錄音軟件：如Samplitude2496、VEGAS等。應(yīng)用程序是基于PC平臺(tái)的MIDI系統(tǒng)的靈魂。1）近年來(lái)PC平臺(tái)的系統(tǒng)性能提高迅速，數(shù)字MIDI應(yīng)用程序所能實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越多。音序器和音源是最典型的例子。2）現(xiàn)在有很多人使用功能強(qiáng)大的軟音序器和軟合成器來(lái)取代硬件音序器和硬件合成器。