一、讓人著迷的MIDI
隨著硬聲卡時代的衰落，許多人對聲卡的關注越來越少了?？稍诼暱夹g中占有重要位置的波表合成技術，它的發(fā)展腳步卻一刻也沒有停下來。在重新走進這神奇技術的殿堂之前，讓我們先了解一下其最終產物──MIDI的幾個基本知識。
1.MIDI是什么
MIDI是Musical Instrument Digital Interface的簡稱，即“音樂設備數(shù)字接口”。它是由美國Sequential Circuits公司的大衛(wèi)·史密斯提出，并在1982年的國際樂器制造者協(xié)會的會議上通過。1983年MIDI協(xié)議 1.0版本正式制定出來，它是一種電子樂器之間以及電子樂器與電腦之間的統(tǒng)一交流協(xié)議。廣義上的MIDI是電子合成器、電腦音樂的統(tǒng)稱，包括協(xié)議、設備等等相關的含義，而我們平常所說的MIDI則只是指“電腦音樂”，或者說是以MID為擴展名的音樂文件，已與原來的意思相差甚遠
2.MIDI的三種音源標準
GS、GM和XG是MIDI的三種音源標準。為什么會有這樣的區(qū)分呢？這是由于早期的MIDI設備在樂器的音色排列上沒有統(tǒng)一的標準，造成不同型號的設備回放同一首樂曲時也會出現(xiàn)音色偏差。為了彌補這一不足，日本的 ROLAND(羅蘭)公司在1990年制定出了所謂的GS標準。GS標準規(guī)定了MIDI設備的最大復音數(shù)不得少于24個，鼓、镲等打擊樂器位于一組單獨排列，128種樂器音色有統(tǒng)一的排列方式等，還具有音色編輯和音色選擇的強大功能。在GS規(guī)定里最為重要的就是128種樂器的統(tǒng)一排列方式，它使得我們在GS標準的設備上做出的MIDI，拿到另外一臺支持同樣標準的設備上都能夠正常播放。
可是GS標準過于復雜，很多MIDI制造商都沒有全盤接受這個標準，而是把它稍作改變。于是，在GS標準誕生的一年后，GM標準就出臺了。GM標準的全稱是“通用MIDI標準系統(tǒng)第一級”(General MIDI System Level1) ，它是在GS的標準上，把GS標準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標準的排列方法，在名稱上也做了無關緊要的修改。這種簡化使得眾多的MIDI設備制造商很容易做出支持此標準的MIDI設備，因此大受歡迎，成為了世界上第一個通用的MIDI音源標準。
XG則是在電子樂器方面久負盛名的YAMAHA公司于1994年推出的標準。其最大的特色是在兼容GM的基礎上作了大幅度的擴展，加入了很多非常實用的功能，而且YAMAHA完全開放了XG產品的系統(tǒng)碼、擴展控制器的控制范圍，力爭做到XG標準的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)勢和強勁的宣傳攻勢，XG標準在PC上有著眾多的用戶群。
3. MIDI是怎樣“煉”成的
相信大家都驚嘆MIDI文件對樂曲的“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，就可以正確地反映這個聲音的實際效果。WAVE文件就是這種形式。它在任何一臺電腦上回放都是一樣的，并且效果很真實，但生成的文件較大，一般一首4分鐘左右的樂曲就要耗費40MB左右的磁盤空間。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“音樂語言”，只要將所要演奏的樂曲信息表述下來就可以了。例如“在某一時刻，使用什么樂器，以什么音符開始，以什么音調結束，加上什么伴奏”等等，這些信息所占用的幾十KB空間對于如今大容量的硬盤來說只是滄海一粟罷了。如此苗條的身段使得MIDI很適合在網絡上傳播，例如作為網頁的背景音樂。不過MIDI也有缺點，因為不同聲卡、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文件在不同的設備上播放結果會完全不一樣。
二、MIDI的合成引擎
既然MIDI文件只是一種對樂曲的描述，本身不包含任何可供回放的聲音信息，那么一首首動聽的電腦音樂又是如何被我們的聲卡播放出來的呢？這就要通過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了。目前應用最為廣泛的MIDI合成引擎是FM合成與波表合成。
1.FM合成
FM是“頻率調變”的英文縮寫，它是由美國斯坦福大學教授John Chowning于上世紀70年代發(fā)明的。這項專利后來被日本Yamaha公司買下，該公司的OPL系列合成芯片成為了FM合成技術的工業(yè)標準。直到現(xiàn)在，市場上很多FM合成聲卡還都采用OPL技術。FM合成的原理是根據(jù)傅立葉級數(shù)來的，也就是說任何一種波動信號都可被分解為若干個頻率不同的正弦波，因此一種樂器的聲音可以由多個正弦波來合成。FM合成器所要做的事情就是利用若干個正弦波合成某種樂器的聲音。那么所謂的若干個正弦波究竟是多少個呢？由于FM合成器的內部結構比較復雜，其內部包含有諸多信號發(fā)生器、振蕩器、運算器等邏輯部件。受成本限制，目前最好的FM合成器OPL3也只能提供4個正弦波來合成聲音而且復音數(shù)只有24個。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
正因為FM合成的差強人意，才有了本文的主角──波表合成。波表的英文名稱為“WAVE TABLE”，從字面翻譯就是“波形表格”的意思。它是采用一種稱之為“波表查找”技術來產生MIDI音樂，具體方式是將聲音的數(shù)字化樣本儲存在固定的區(qū)域，然后根據(jù)MIDI命令取出相應的樣本將它還原并回放。例如采用真實樂器的數(shù)字錄制技術，把大提琴、小提琴、鋼琴、鼓等各種實際樂器的數(shù)字化聲音存儲在只讀存儲器(ROM)中，在產生MIDI音樂時再從存儲的波表中找出進行合成。
它與FM的最大區(qū)別就在于FM通過對簡單正弦波的線性控制來模仿音樂樂器和特殊效果，而波表采用真實的聲音樣本進行回放，因此采用波表合成的MIDI音樂聽上去更接近自然、更具真實感，而FM合成的MIDI音樂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單地描述成對真實聲音樣本的回放，但實際上其中有很多細節(jié)卻是極其復雜的過程。總之，波表合成的本質是對采樣聲音的調制。對采樣聲音進行調制的過程是動態(tài)地改變音頻信號的某個參數(shù)的過程，這些參數(shù)包括：音量(振幅調制或震音)、音高(調頻或顫音)以及濾波器截止頻率。調制的作用是實時地控制參數(shù)，使聲音產生變化，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)省內存的目的。
三、波表的幾個技術指標
1.音色庫容量
由于波表合成技術是將真實樂器的音色采樣錄制下來再進行合成處理的，所以要想獲得滿意的效果是有條件的，就是波表的音色庫要足夠大，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，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，效果自然也會好得多；專業(yè)聲卡的波表庫可高達32MB以上(例如創(chuàng)新SB Live!系列)。不過4MB音色庫所能達到的效果已經不錯了，如果不是用于專業(yè)用途，4MB音色庫已經足夠。況且就“肉耳”而言是很難分辨出4MB音色庫與8MB音色庫之間的區(qū)別的。
2.復音數(shù)
所謂“復音”是指MIDI樂曲在一秒鐘內發(fā)出的最大聲音數(shù)目。波表支持的復音值如果太小，一些比較復雜的MIDI樂曲在合成時就會出現(xiàn)某些聲部被丟失的情況，直接影響到播放效果。復音有“硬件支持復音”和“軟件支持復音”之分。所謂“硬件支持復音”是指所有的復音數(shù)都由聲卡芯片生成，而“軟件支持復音”則是在“硬件復音”的基礎上以軟件合成的方法，加大復音數(shù)，但這是需要CPU來帶動的。例如SB Live!它的復音數(shù)達到了前所未有的256位，而軟件復音則可高達1024位！或許你會問，用得著這么大的復音數(shù)嗎？的確，這在一般情況下是意義不大的，64位復音幾乎已接近一般人耳朵的極限，況且目前大多數(shù)MIDI樂曲使用的復音數(shù)都沒有超過32位，所以音色丟失的現(xiàn)象很少發(fā)生。不過從這個側面卻可反映出波表合成技術的發(fā)展速度。
3. 特殊效果
大容量的波表和高復音數(shù)的支持給MIDI提供了良好的表現(xiàn)空間。但要想達到近乎真實樂器的演奏臨場效果，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。
