数字音频技术6章

1、数字音频技术数字音频技术第第6 6章章 电子乐器数字接口电子乐器数字接口(MIDI)(MIDI) 第第6章章 电子乐器数字接口电子乐器数字接口(MIDI) 6.1 概述概述 6.2 MIDI乐音合成器原理乐音合成器原理 6.2.1 频率调制频率调制(FM)合成法合成法 6.2.2 波形表合成法波形表合成法6.3 MIDI系统中的设备配置系统中的设备配置 6.3.1 MIDI消息输入设备消息输入设备 6.3.2 音序器音序器 6.3.3 音源音源6.4 MIDI系统连接系统连接 6.4.1 MIDI端口端口 6.4.2 连接方式连接方式 6.4.3 MIDI的通道的通道 6.4.4 MIDI系统

2、连接实例系统连接实例6.5 常见的常见的MIDI应用软件应用软件6.6 小结小结6.7 习题习题6.1 概述概述电子乐器数字接口（电子乐器数字接口（MIDI）Musical Instrument Digital Interface ，是直接，是直接通过通过计算机来创作音乐的技术计算机来创作音乐的技术。MIDl是用于在电子乐器是用于在电子乐器(即即MIDI设备设备)之间、之间、电子乐器与计算机之间交换乐音信息的一种电子乐器与计算机之间交换乐音信息的一种标准协议。标准协议。由于由于MIDI技术也是利用计算机来处理信息并技术也是利用计算机来处理信息并产生乐音的一种技术，故它与数字音频技术产生乐音的一

3、种技术，故它与数字音频技术是两种非常容易被混淆的技术。是两种非常容易被混淆的技术。1. MIDI的发展的发展 20世纪世纪80年代，电子乐器渐渐流行起来。电子乐器的年代，电子乐器渐渐流行起来。电子乐器的主要代表是主要代表是电子合成器电子合成器。它把键盘与音源组合在一。它把键盘与音源组合在一起按动键盘上的各个键，通过由多个振荡器组成酌起按动键盘上的各个键，通过由多个振荡器组成酌音源可以模拟出多种乐器的音色。音源可以模拟出多种乐器的音色。 电子合成器一诞生就在音乐界产生了极大的影响，不电子合成器一诞生就在音乐界产生了极大的影响，不久以后，人们又发明了许多专用的电子乐器，比如电久以后，人们又发明了许

4、多专用的电子乐器，比如电子钢琴、电子鼓等，而且还探索把多个电子乐器组合子钢琴、电子鼓等，而且还探索把多个电子乐器组合起来的方法。起来的方法。 1983年年8月，合成器的主要制造商包括月，合成器的主要制造商包括Sequential Circuits、Yamaha、Roland、Korg和和Kawai共同共同制制定了定了MIDI 1.0技术规范，技术规范，使不同制造厂商生产的电子乐使不同制造厂商生产的电子乐器之间的相互连接成为可能。器之间的相互连接成为可能。 MIDI 1.0技术规范规定了信号的技术规范规定了信号的IO接口、连接乐器接口、连接乐器的特定电缆、的特定电缆、MIDI消息的基本模式等。消

5、息的基本模式等。 2. 数字音频与数字音频与MIDI的区别：的区别：（1）数据信息的记录不同）数据信息的记录不同与数字音频不同，与数字音频不同，MIDI的数据信息不是声音信息的数据信息不是声音信息的数字化记录。的数字化记录。MIDI数据主要是电子合成器上键盘按键状况的数数据主要是电子合成器上键盘按键状况的数字化记录字化记录，主要包括按了哪一个健、音高、力度多，主要包括按了哪一个健、音高、力度多大、持续时间多长、键释放等控制信息。大、持续时间多长、键释放等控制信息。（2）产生声音不同）产生声音不同MIDI的这些数字信息不能通过的这些数字信息不能通过DA变换直接转换变换直接转换成声音，只能通过成声

6、音，只能通过MIDI设备的音源来读取设备的音源来读取MIDI消消息，然后根据这些控制信息去控制发声电路，最后息，然后根据这些控制信息去控制发声电路，最后转换成声音输出。转换成声音输出。 数字音频和数字音频和MIDI技术在产生声音上的不同之处技术在产生声音上的不同之处 图图6-1 6-1 数字音频技术的处理流程数字音频技术的处理流程图图6-2 MIDI技术的处理流程技术的处理流程 （3）MIDI技术比数字音频技术更灵活。技术比数字音频技术更灵活。从灵活性角度看，在从灵活性角度看，在数字音频系统数字音频系统中中可通过改变录、放速度来改变声音的音调和语速，可通过改变录、放速度来改变声音的音调和语速，

7、可通过剪辑来改变录音内容的顺序，可通过剪辑来改变录音内容的顺序，可通过改变混响来改变声音所处的环境效果，可通过改变混响来改变声音所处的环境效果，但是对于但是对于录音的内容录音的内容，数字音频技术的，数字音频技术的作用有限作用有限。比如，。比如，它不可能把录音中的钢琴声变为小提琴的音色。它不可能把录音中的钢琴声变为小提琴的音色。MIDI技术技术则不同，它非常适于音乐作品的创作过程。则不同，它非常适于音乐作品的创作过程。一个熟练的键盘手，可以通过多轨录音的手法，把代表一个熟练的键盘手，可以通过多轨录音的手法，把代表各种乐器的键盘信息送到计算机中，各种乐器的键盘信息送到计算机中，可以任意指定某一音轨

8、为某种乐器的声音，可以任意指定某一音轨为某种乐器的声音，可以任意地修改已输入的信息，改变音色、节奏、和可以任意地修改已输入的信息，改变音色、节奏、和弦弦，从而达到预期的音响效果。，从而达到预期的音响效果。 3. MlDI技术的缺点技术的缺点 对对MIDI音源设备的依赖性音源设备的依赖性是是MlDI技术的一项缺点。技术的一项缺点。 因为因为MIDI消息必须通过音源设备才能发出声音，但是不同消息必须通过音源设备才能发出声音，但是不同音源的音色是完全不同的，所以音源的音色是完全不同的，所以相同的相同的MIDI文件在不同的文件在不同的音源设备上播放，其效果可能完全不一样音源设备上播放，其效果可能完全不

9、一样。 由于这个原因，由于这个原因，MIDI技术的发展受到一定的限制，习惯上技术的发展受到一定的限制，习惯上认为认为MIDI音乐或电子音乐只能作为游戏软件之类低档产品音乐或电子音乐只能作为游戏软件之类低档产品的配乐。的配乐。 随着数字音频技术的发展，促进了随着数字音频技术的发展，促进了MIDI设备的不断改进，设备的不断改进，特别是随着个人计算机的普及，一种特殊的特别是随着个人计算机的普及，一种特殊的MIDI设备设备声卡声卡逐渐成为计算机的基本配置。逐渐成为计算机的基本配置。 在声卡中的合成器由于采用了采样回放技术，其生成的音在声卡中的合成器由于采用了采样回放技术，其生成的音乐音色效果比以前有了

10、很大的进步，人们越来越难以分辨乐音色效果比以前有了很大的进步，人们越来越难以分辨一段音乐中哪些是产生于乐器的录音，哪些是产生于声卡一段音乐中哪些是产生于乐器的录音，哪些是产生于声卡的合成声音。的合成声音。 这样，这样，MIDI技术对音源设备的依赖性也就大大减弱了。技术对音源设备的依赖性也就大大减弱了。 4. 常用专业术语常用专业术语 (1) MIDI消息消息(message)或指令或指令 乐谱的一种记录格式，相当于乐谱语言。乐谱的一种记录格式，相当于乐谱语言。 (2) MIDI文件文件 存储存储MIDI消息的标准文件格式。消息的标准文件格式。MIDI文件中包含音符、文件中包含音符、定时和多达定

11、时和多达16个通道、个通道、256个音轨的演奏定义。文件包括个音轨的演奏定义。文件包括每个通道的演奏音符信息：键、通道号、音长、音量和每个通道的演奏音符信息：键、通道号、音长、音量和力度力度(击键时，键达到最低位置的速度击键时，键达到最低位置的速度)。 (3) 通道通道 MIDI可为可为16个通道个通道(channel)提供数据。每个通道访问一提供数据。每个通道访问一个独立的逻辑合成器。个独立的逻辑合成器。 (4) 音序器音序器 音序器是为音序器是为MIDI作曲而设计的计算机程序或电子装置。作曲而设计的计算机程序或电子装置。音序器能够用来记录、播放、编辑音序器能够用来记录、播放、编辑MIDI事

12、件。大多数音事件。大多数音序器能输入、输出序器能输入、输出MTDI文件。文件。常用专业术语常用专业术语-1 (5)乐音合成器乐音合成器 乐音合成器是利用数字信号处理器或其他芯片来产生乐乐音合成器是利用数字信号处理器或其他芯片来产生乐音或声音的电子装置。数字信号处理器产生并修改波形，音或声音的电子装置。数字信号处理器产生并修改波形，然后通过声音产生器和扬声器发出特定的声音然后通过声音产生器和扬声器发出特定的声音. (6)乐器乐器 合成器能产生特定声音。不同的合成器，乐器音色号不合成器能产生特定声音。不同的合成器，乐器音色号不同，声音质量也不同，如多个数字乐器都能合成钢琴的同，声音质量也不同，如多

13、个数字乐器都能合成钢琴的声音，不同乐器使用的音色号不同，它们输出的声音有声音，不同乐器使用的音色号不同，它们输出的声音有差异。差异。 (7)复音复音 复音复音(polyphony)是指合成器同时演奏若干音符时发出的是指合成器同时演奏若干音符时发出的声音。它着重于同时演奏的最多音符数。如一个能以声音。它着重于同时演奏的最多音符数。如一个能以6个个复音合成复音合成4种乐器声音的合成器，可同时演奏分布于种乐器声音的合成器，可同时演奏分布于4种种乐器的乐器的6个音符。它可能是钢琴和弦的个音符。它可能是钢琴和弦的4个音符、个音符、1个长笛个长笛音符、音符、1个小提琴音符。个小提琴音符。常用专业术语常用专

14、业术语-2(8)音色音色音色取决于声音的频谱结构。在非正式的用法中，音色取决于声音的频谱结构。在非正式的用法中，它指的是与特定乐器相关的特定声音，如低音提琴、它指的是与特定乐器相关的特定声音，如低音提琴、钢琴、小提琴的声音均有各自的音色。钢琴、小提琴的声音均有各自的音色。(9)多音色多音色 多音色多音色(timbre)指同时演奏几种不同乐器时发出指同时演奏几种不同乐器时发出的声音。它着重于同时演奏的乐器数。的声音。它着重于同时演奏的乐器数。(10)音轨音轨音轨音轨(track)是一种用通道把是一种用通道把MIDI数据分隔成单独数据分隔成单独组、并行组的文本概念。组、并行组的文本概念。0号格式的

15、号格式的MIDI文件把这文件把这些音轨合并成一个。不同编号格式的些音轨合并成一个。不同编号格式的MIDI文件维文件维持不同的音轨。持不同的音轨。常用专业术语常用专业术语-3(11)合成音色映射器合成音色映射器合成音色映射器是一种软件，为了适应合成音色映射器是一种软件，为了适应Microsoft MIDI合成音色，分配表规定合成音色编号。软件合成音色，分配表规定合成音色编号。软件要为特定的合成器重新分配乐器合成音色编号多要为特定的合成器重新分配乐器合成音色编号多媒体媒体Windows的映射器可将乐器的合成音映射到的映射器可将乐器的合成音映射到任意任意MIDI装置上。装置上。(12)通道映射通道映

16、射通道映射把发送装置的通道映射把发送装置的MIDI通道号变换成适当的通道号变换成适当的接收装置的通道号。例如编排在接收装置的通道号。例如编排在10号通道的鼓乐，号通道的鼓乐，对于仅接收对于仅接收6号通道的鼓来说，就被映射成号通道的鼓来说，就被映射成6号通号通道。道。6.2 乐器合成原理乐器合成原理产生产生MIDI乐音的方法很多，现在用得较多的方法有乐音的方法很多，现在用得较多的方法有两种：两种：频率调制频率调制(Frequency Modulation，FM)合成法合成法;乐音样本合成法乐音样本合成法，也称为波形表，也称为波形表(wavetable)合成法合成法.6.2.1 频率调制频率调制(

17、FM)合成法合成法 乐音合成器的先驱乐音合成器的先驱Robert Moog采用模拟电子器件生成了复杂采用模拟电子器件生成了复杂的乐音。的乐音。 20世纪世纪80年代初，美国斯坦福大学的一名叫年代初，美国斯坦福大学的一名叫John Chowning的研究生发明了一种产生乐音的新方法的研究生发明了一种产生乐音的新方法教字式频率调制合教字式频率调制合成法，简称为成法，简称为FM合成法。合成法。 他把几种他把几种乐音的波形用数字来表达乐音的波形用数字来表达，并且，并且用数字计算机用数字计算机而不是而不是用模拟电子器件把它们用模拟电子器件把它们组合组合起来，通过数模转换器起来，通过数模转换器(DAC)来

18、来生成乐音。生成乐音。 斯坦福大学得到了发明专利，并把专利权授给斯坦福大学得到了发明专利，并把专利权授给Yamaha公司，公司，公司把该技术做在公司把该技术做在集成电路芯片集成电路芯片里，成了世界市场上的热门产里，成了世界市场上的热门产品。品。FM合成法的发明使合成乐音工业发生了一次革命。合成法的发明使合成乐音工业发生了一次革命。 图图6-3 FM乐乐音合音合成器成器的工的工作原作原理理频率调制频率调制(FM)合成法合成法FM合成器由合成器由5个基本模块组成个基本模块组成：数字载波器、调制：数字载波器、调制器、声音包络发生器、数字运算器和数器、声音包络发生器、数字运算器和数/模转换器模转换器.

19、数字载波器数字载波器用了用了3个参数：音调、音量和各种波形个参数：音调、音量和各种波形;调制器调制器用了用了6个参数：频率、调制深度、波形的类个参数：频率、调制深度、波形的类型、反馈量、颤音型、反馈量、颤音(vibrato)和音效和音效(effect) ;乐器声音除了有它自己的波形参数外，还有它自己乐器声音除了有它自己的波形参数外，还有它自己的比较典型的声音包络线。的比较典型的声音包络线。声音包络发生器声音包络发生器用来调制声音的电平，这个过程也用来调制声音的电平，这个过程也称为幅度调制，并且作为数字式音量控制旋钮，它称为幅度调制，并且作为数字式音量控制旋钮，它的的4个参数写成个参数写成ADS

20、R，这条包络线也称为音量升，这条包络线也称为音量升降维持释放降维持释放(Attack Decay Sustain Release，ADSR)包络线。包络线。频率调制频率调制(FM)合成法合成法在乐音合成器中，在乐音合成器中，数字载波波形和调制波形有数字载波波形和调制波形有很多种，很多种，不同型号的不同型号的FM合成器所选用的波形也合成器所选用的波形也不同不同。图。图6-4是是Yamaha OPL-数字式数字式FM合成合成器采用的波形。器采用的波形。图图6-4 乐音合成器的波形乐音合成器的波形频率调制频率调制(FM)合成法合成法 各种不同乐音的产生是通过组合各种波形和各种波形参各种不同乐音的产生

21、是通过组合各种波形和各种波形参数并采用各种不同的方法实现的。数并采用各种不同的方法实现的。用什么样的波形作为用什么样的波形作为数字载波波形、用什么样的波形作为调制波形、用什么数字载波波形、用什么样的波形作为调制波形、用什么样的波形参数去组合才能产生所希望的乐音，这就是样的波形参数去组合才能产生所希望的乐音，这就是FM合成器的算法要解决的问题。合成器的算法要解决的问题。 通过通过改变改变图图6-3中所示中所示参数参数，可生成不同的乐音可生成不同的乐音，例如：，例如： 1)改变数字载波改变数字载波频率频率可以改变乐音的可以改变乐音的音调音调。改变它的。改变它的幅幅度度可以改变它的可以改变它的音量音

22、量。 2)改变改变波形的类型波形的类型，如用正弦波、半正弦波或其他波形，如用正弦波、半正弦波或其他波形，会影响会影响基本音调的完整性基本音调的完整性。 3)快速改变调制波形的频率快速改变调制波形的频率(即音调周期即音调周期)可以改变可以改变颤音的颤音的特性特性. 4)改变反馈量，就会改变正常的音调，改变反馈量，就会改变正常的音调，产生刺耳的声音产生刺耳的声音. 5)选择的选择的算法算法不同，载波器和调制器的相互作用也不同，不同，载波器和调制器的相互作用也不同，生成的音色也不同。生成的音色也不同。频率调制频率调制(FM)合成法合成法在多媒体计算机中，图在多媒体计算机中，图6-3中的中的13个声音

23、参数和算法共个声音参数和算法共14个控制参数以字节的形式存储在声卡的个控制参数以字节的形式存储在声卡的ROM中。中。播放某种乐音时，计算机就发送一个信号，这个信号播放某种乐音时，计算机就发送一个信号，这个信号被转换成被转换成ROM的地址，从该地址中取出的数据就是用的地址，从该地址中取出的数据就是用于产生乐音的数据。于产生乐音的数据。FM合成器利用这些数据产生的乐音是否真实，它的真合成器利用这些数据产生的乐音是否真实，它的真实程度有多高，取决于可用的波形源的数目、算法和实程度有多高，取决于可用的波形源的数目、算法和波形的类型。波形的类型。 使用使用FM合成法来产生各种逼真的乐音是相当合成法来产生

24、各种逼真的乐音是相当困难的，有些乐音几乎不能产生，因此很自然困难的，有些乐音几乎不能产生，因此很自然地就转向乐音样本合成法。地就转向乐音样本合成法。乐音样本合成法乐音样本合成法是把真实乐器发出的声音以数是把真实乐器发出的声音以数字的形式记录下来，播放时改变播放速度，从字的形式记录下来，播放时改变播放速度，从而改变音调周期，生成各种音阶的音符。而改变音调周期，生成各种音阶的音符。乐音样本的采集乐音样本的采集相对比较直观。音乐家在真实相对比较直观。音乐家在真实乐器上演奏不同的音符，选择采样频率为乐器上演奏不同的音符，选择采样频率为44.1 kHz、16 bit量化的乐音样本，这相当于量化的乐音样本

25、，这相当于CD-DA的质量，把不同音符的真实声音记录下来，的质量，把不同音符的真实声音记录下来，就完成了乐音样本的采集。就完成了乐音样本的采集。6.2.2 波形表合成法波形表合成法波形表合成法波形表合成法“波形表波形表”合成法是当今使用最广泛的一种乐音合成技合成法是当今使用最广泛的一种乐音合成技术。术。波形表可形象地理解为把声音波形排成波的一个表格，波形表可形象地理解为把声音波形排成波的一个表格，这些波形实际上就是真实乐器的声音样本。这些波形实际上就是真实乐器的声音样本。例如，钢琴声音样本就是把真实钢琴的声音录制下来例如，钢琴声音样本就是把真实钢琴的声音录制下来存储成波形文件，如果需要演奏存储

26、成波形文件，如果需要演奏“钢琴钢琴”音色，合成音色，合成芯片就会把这些样本播放出来。芯片就会把这些样本播放出来。由于这些样本本来就是真实乐器录制成的，所以效果由于这些样本本来就是真实乐器录制成的，所以效果也非常逼真。也非常逼真。一个一个MIDI设备通常包含多种乐器的声音，而一个乐器设备通常包含多种乐器的声音，而一个乐器又往往需要多个样本，所以把这些样本排列起来形成又往往需要多个样本，所以把这些样本排列起来形成一个表格以方便调用。一个表格以方便调用。这就称之为波形表，简称为波这就称之为波形表，简称为波表。表。波形表合成法波形表合成法 在实际中，常听说在实际中，常听说“软波表软波表”和和“硬波表硬

27、波表” 早期，计算机的整体性能早期，计算机的整体性能(特别是特别是CPU速度速度)还不够高，还不够高，波波表技术只能够通过专门的表技术只能够通过专门的DSP芯片来完成芯片来完成。这些专门的。这些专门的DSP芯片就构成了那些专业硬件设备，如音源、合成器等。芯片就构成了那些专业硬件设备，如音源、合成器等。 当计算机进入奔腾时代后，其处理速度已足够快，可实时当计算机进入奔腾时代后，其处理速度已足够快，可实时处理波表数据，这种处理波表数据，这种靠靠CPU来运算的波表技术来运算的波表技术“软波软波表表”，最著名的就是，最著名的就是Wingroove。除此之外的都称作。除此之外的都称作“硬硬波表波表”(无

28、论是在声卡上还是在专用设备上无论是在声卡上还是在专用设备上). 当个人计算机迈入奔腾当个人计算机迈入奔腾时代以后，涌现出许许多多的软时代以后，涌现出许许多多的软波表，连专业的波表，连专业的MIDI硬件厂商也开发出同类的软波表，其硬件厂商也开发出同类的软波表，其中中最出名的就是最出名的就是YAMAHA和和ROLAND公司的软波表公司的软波表。由。由于这两个厂家都是业界非常出名的生产专业合成器和音源于这两个厂家都是业界非常出名的生产专业合成器和音源的厂商，所以他们出品的软波表也有相当的专业素质。的厂商，所以他们出品的软波表也有相当的专业素质。波形表合成法的主要技术指标包括：波形表合成法的主要技术指

29、标包括： (1)最大复音数最大复音数 复音复音(polyphony)合成器同时演奏若干音符时发出的合成器同时演奏若干音符时发出的声音。它着重于同时演奏的音符数。声音。它着重于同时演奏的音符数。 最大复音数最大复音数直接由计算机的处理能力来决定，以现在电脑直接由计算机的处理能力来决定，以现在电脑的速度处理速度来说，的速度处理速度来说，32甚至是甚至是64复音数是没有多大问题复音数是没有多大问题的，这对于普通的的，这对于普通的MIDI文件来说也是足够了。文件来说也是足够了。 (2)波形容量波形容量 即所有即所有波形样本的总容量大小波形样本的总容量大小。显然，波形容量越大，所。显然，波形容量越大，所

30、容纳的波形样本就越多，所模仿的乐器音色也就越真实。容纳的波形样本就越多，所模仿的乐器音色也就越真实。通常，软波表的波形容量大都是通常，软波表的波形容量大都是48MB。 (3波形的采样质量波形的采样质量 即即录制样本所采用的数字录音格式录制样本所采用的数字录音格式。一般的专业设备，其。一般的专业设备，其采样质量都是采样质量都是16比特、比特、44.1kHz(或者或者48kHz)，即相当于普，即相当于普通通CD的质量。的质量。6.3 MIDI系统中的设备配置系统中的设备配置MIDI设备的设备的主要功能是用来制作和播放主要功能是用来制作和播放MIDI乐乐音音。配置一个基本配置一个基本MIDI系统所需

31、要的设备应包系统所需要的设备应包括括MIDI消息消息输入设备、音序器和音源。输入设备、音序器和音源。 6.3.1 MIDI消息输入设备消息输入设备 输入设备主要有输入设备主要有MIDI键盘键盘含有含有MIDI键盘的设备键盘的设备其他具有其他具有MIDI消息输入功能的设备。消息输入功能的设备。 MIDI消息输入设备消息输入设备 MIDI键盘键盘是一种类似钢琴键盘的设备。它的键盘上是一种类似钢琴键盘的设备。它的键盘上装有电子传装有电子传感器感器。当人们按动。当人们按动MIDI键盘肘，它并不发出声音，而是键盘肘，它并不发出声音，而是把按键把按键的信息的信息(音高、按键力度、持续时间等音高、按键力度、

32、持续时间等)转变为转变为MIDI消息消息。 以以MIDI键盘为主而制成的键盘为主而制成的MIDI控制器控制器，除了，除了MIDI键盘外。往往键盘外。往往还有许多其他输入还有许多其他输入MIDI消息的手段，比如与消息的手段，比如与MIDI键盘一起连用键盘一起连用的滑音轮、踏板等。可以增加的滑音轮、踏板等。可以增加MIDI消息输入的多样性。一些消息输入的多样性。一些MIDI控制器还包括控制器还包括MIDI吹管、吹管、MIDI吉他、吉他、MIDI小提琴等等，可小提琴等等，可以通过吹管、拨弦等手法输入以通过吹管、拨弦等手法输入MIDI消息，就像演奏传统的乐器消息，就像演奏传统的乐器一样。一样。 注意：

33、注意： 1）MIDI键盘只是输入键盘只是输入MIDI消息的众多设备中的一种消息的众多设备中的一种。大家也。大家也可以利用计算机本身的键盘和鼠标器来输入可以利用计算机本身的键盘和鼠标器来输入MIDI消息。消息。 2）MIDI键盘的种类本身也是多种多样的键盘的种类本身也是多种多样的。在许多电子琴中配。在许多电子琴中配有有MIDI接口，就可以用电子琴来输入接口，就可以用电子琴来输入MIDI消息。普通的消息。普通的MIDI键键盘的手感与电子琴一样，只是盘的手感与电子琴一样，只是MIDI键盘一般不直接发出声音。键盘一般不直接发出声音。6.3.2 音序器音序器音序器音序器(sequence)俗称俗称编曲机

34、编曲机，是，是MIDI消息的消息的编编辑和控制单元辑和控制单元。功能：功能：把把MIDI键盘输出的键盘输出的MIDI消息分轨地记录下消息分轨地记录下来，把一苜曲子所需的音色、节奏、音符等乐音要来，把一苜曲子所需的音色、节奏、音符等乐音要素按照一定的序列组织起来，使得音源能够实现同素按照一定的序列组织起来，使得音源能够实现同步播放。步播放。MIDI文件的本质内容文件的本质内容实际上就是实际上就是音序内容音序内容，作曲，作曲者可以在音序器中对这些分轨记录的者可以在音序器中对这些分轨记录的MIDI消息进消息进行编辑和修改。行编辑和修改。音序器音序器-1 这里所说的这里所说的“轨轨”是音轨是音轨(tr

35、ack)，是借用了分轨录音机中，是借用了分轨录音机中的磁性记录轨的概念。的磁性记录轨的概念。 录音机中分轨录音的方法录音机中分轨录音的方法通常是指对一个多声部的乐曲，通常是指对一个多声部的乐曲，按照声部或乐器分别对应录音磁带上一个磁迹进行录制的按照声部或乐器分别对应录音磁带上一个磁迹进行录制的方法。方法。 比如录制一首钢琴、小提琴、大提琴三重奏，可以先把钢比如录制一首钢琴、小提琴、大提琴三重奏，可以先把钢琴的声部录制在一个音轨上，然后再按钢琴给出的节奏分琴的声部录制在一个音轨上，然后再按钢琴给出的节奏分别把小提琴和大提琴的声部分别录制在不同的音轨上。分别把小提琴和大提琴的声部分别录制在不同的音

36、轨上。分别录制完成后，再进行并轨，变成一个音轨或两个音轨别录制完成后，再进行并轨，变成一个音轨或两个音轨(立立体声体声)，我们听到的就如同这三个声部同时进行的演奏。，我们听到的就如同这三个声部同时进行的演奏。 这种录制手法的好处在于这种录制手法的好处在于可以多次对某一个声部进行录制，可以多次对某一个声部进行录制，也可以对某一个声部的音量大小、音色进行处理。可以弥也可以对某一个声部的音量大小、音色进行处理。可以弥补由于现场录音时，某一环节出现问题给整个乐曲带来整补由于现场录音时，某一环节出现问题给整个乐曲带来整体的影响。体的影响。 音序器音序器-2 MIDI消息的编辑和控制单元可以是专门制成的硬

37、件音序器消息的编辑和控制单元可以是专门制成的硬件音序器(如如YAMAHA-QY300)，也可以是基于个人计算机的音序器软件，也可以是基于个人计算机的音序器软件(如如Cakewalk Master Track Pro等等)。 相对于硬件音序器而言，相对于硬件音序器而言，基于个人计算杌的音序器优点基于个人计算杌的音序器优点是：是： 1）音序器软件具有完备的录制、播放、编辑和同步功能，而音序器软件具有完备的录制、播放、编辑和同步功能，而且升级方便、界面友好。且升级方便、界面友好。 2）由于由于PC机强大的数据处理和图表能力，使得所有的编辑机强大的数据处理和图表能力，使得所有的编辑过程变得直观和直接。

38、对于标准的剪贴功能，运行非常简单，过程变得直观和直接。对于标准的剪贴功能，运行非常简单，可以把一个乐音素材从一个音轨移到另一音轨，把一个片断可以把一个乐音素材从一个音轨移到另一音轨，把一个片断剪贴到剪贴板上留供使用，或在一轨中复制一个段落。剪贴到剪贴板上留供使用，或在一轨中复制一个段落。 3）大屏幕显示和图形界面格式使得各种复杂的操作变得容易。大屏幕显示和图形界面格式使得各种复杂的操作变得容易。 4）图表编辑模式允许用户通过鼠标的移动来改变音符的音高、图表编辑模式允许用户通过鼠标的移动来改变音符的音高、开始和时间长度。开始和时间长度。 随着笔记本电脑的普及，音序器软件已成为随着笔记本电脑的普及

39、，音序器软件已成为MIDI作曲者的主作曲者的主流产品。流产品。6.3.3 音源音源 音源部分是系统的输出设备音源部分是系统的输出设备，音源可以是一块声卡。，音源可以是一块声卡。 在前面两个单元中，所有被处理的信息都是在前面两个单元中，所有被处理的信息都是MIDI消息，消息，是一种控制信号。是一种控制信号。MIDI消息并不是声音数据，不能直接消息并不是声音数据，不能直接播放，播放，所有的所有的MIDI消息只有通过音源设备才能转变为真消息只有通过音源设备才能转变为真正的声音。正的声音。 音源是一个装有很多音色的设备，所以是用来发声的。音源是一个装有很多音色的设备，所以是用来发声的。 即在一个音源内

40、部有很多不同音色的样本波形，比如有即在一个音源内部有很多不同音色的样本波形，比如有钢琴的音色样本、吉它的音色样本等。钢琴的音色样本、吉它的音色样本等。 音源就是一个音色样本库音源就是一个音色样本库，但是音源本身并不知道在什，但是音源本身并不知道在什么时候该用什么音色发怎样的声音，这项任务是由么时候该用什么音色发怎样的声音，这项任务是由MIDI制作的心脏制作的心脏音序器来完成的。音序器来完成的。 音源设备对音源设备对MIDI系统的音质起着决定性的作用，音源的系统的音质起着决定性的作用，音源的档次高低直接决定了输出乐音的质量。档次高低直接决定了输出乐音的质量。合成器合成器在在MIDI系统中，键盘、

41、音序器和音源三个基本单系统中，键盘、音序器和音源三个基本单元一般由不同设备来担任，但是，也有把这三个基元一般由不同设备来担任，但是，也有把这三个基本单元综合在一起的本单元综合在一起的MIDI设备，这就是合成器设备，这就是合成器(synthesizer)。合成器通常把键盘、音序器和音源合为一体，是一合成器通常把键盘、音序器和音源合为一体，是一个比较完善的个比较完善的MIDI工作站。工作站。虽然就每一个单元来虽然就每一个单元来说，可能比不上独立组成的说，可能比不上独立组成的MIDI系统，但是由于系统，但是由于三位一体的组合，它的体积大大缩小，便于携带和三位一体的组合，它的体积大大缩小，便于携带和现

42、场制作乐音，具有其他现场制作乐音，具有其他MIDI系统设备不可比拟系统设备不可比拟的优点。的优点。6.4 MIDI系统连接系统连接 MIDI规定规定合成器、音序器、合成器、音序器、MIDI键盘等能通过一个标准的接键盘等能通过一个标准的接口连接口连接。每个符合每个符合MIDI规范的乐器通常包含一个接收器和规范的乐器通常包含一个接收器和(或或)一个发送器一个发送器。 接收器接收器接收接收MIDI消息，并执行消息，并执行MIDI命令。它由光耦合器、通命令。它由光耦合器、通用异步接收发送器用异步接收发送器(UART)及其他必要的硬件组成。及其他必要的硬件组成。 发送器发送器以以MIDl格式生成格式生成

43、MIDI消息，并按照消息，并按照UART和总线驱动器和总线驱动器格式发送格式发送MIDI消息。消息。 MIDI设备使用以下设备使用以下三类端口来互连三类端口来互连： MIDl输入输入(IN)端口端口：接收其他：接收其他MIDI设备发出的设备发出的MIDI消息、消息、 MIDI输出输出(OUT)端口端口：输出本设备的：输出本设备的MIDI消息，消息， MIDI直通直通(THRU)端口端口：将从：将从IN端口接收到的端口接收到的MIDI消息输出到消息输出到另一个另一个MIDI设备。它是为有多台设备。它是为有多台MIDI设备的设备的MIDI系统而设计系统而设计的，通过该端口，可以完成多台的，通过该端

44、口，可以完成多台MIDI设备的连接。设备的连接。 MIDI设备设备指配备了指配备了MIDI接口，可以接收和发送接口，可以接收和发送MIDI消息消息的设备。无论是的设备。无论是PC机还是合成器，只要配备了机还是合成器，只要配备了MIDI接口卡，接口卡，它就成为了一台它就成为了一台MIDI设备。设备。6.4.1 MIDI端口端口6.4.2 连接方式连接方式 两台两台MIDI设备的连接是最简单的设备的连接是最简单的MIDI系统系统。如图。如图6-5所示，把所示，把一台合成器的一台合成器的MIDI输出端口接到另一台合成器的输出端口接到另一台合成器的MIDI输入端输入端口。这样，一个简单口。这样，一个简

45、单MIDI系统的连接就完成了，每一台合成系统的连接就完成了，每一台合成器键盘上的演奏都能通过另一台合成器上的音源发出声音。器键盘上的演奏都能通过另一台合成器上的音源发出声音。 这种简单这种简单MIDI系统系统可以把两台合成器组合为一体，让两个演可以把两台合成器组合为一体，让两个演奏者同时演奏。奏者同时演奏。一个要求演奏技巧很高的乐曲，由一个人来一个要求演奏技巧很高的乐曲，由一个人来演奏或许有些困难，而如果分解为两个人的演奏则就比较容演奏或许有些困难，而如果分解为两个人的演奏则就比较容易完成。易完成。 图图6-5 两台合成器的连接两台合成器的连接 在由两台在由两台MIDI设备构成的简单系统中，设

46、备构成的简单系统中，MIDI设备可以没有设备可以没有主从之分，每台主从之分，每台MIDI设备送出的设备送出的MIDI消息，其目的地是明消息，其目的地是明确且惟一的。确且惟一的。 而在一般的而在一般的MIDI系统中通常由三台以上的系统中通常由三台以上的MIDl设备构成，设备构成，这时这时MIDI电缆线的连接，以及电缆线的连接，以及MIDl消息的分配则要复杂一消息的分配则要复杂一些。三台以上的些。三台以上的MIDI设备中，必须选定一台设备中，必须选定一台MIDI设备为主设备为主控设备控设备(master)，它负责传送命令信息。其他，它负责传送命令信息。其他MIDI设备为设备为从设备从设备(slav

47、e)，接受主控设备发出的命令信息。，接受主控设备发出的命令信息。 主控设备一般是计算机，也可以是音序器、合成器。在硬主控设备一般是计算机，也可以是音序器、合成器。在硬件方面，它需要键盘或琴键；在软件方面，它必须配置能件方面，它需要键盘或琴键；在软件方面，它必须配置能发出命令的相应软件。从设备出可以向主控设备发送发出命令的相应软件。从设备出可以向主控设备发送MIDI消息，这主要是键盘上的按键信息。消息，这主要是键盘上的按键信息。 这种较复杂的这种较复杂的MIDI系统的连接方式有以下两种：系统的连接方式有以下两种： 1雏菊花环雏菊花环(daisy chain)形连接形连接 2星形连接星形连接1雏菊

48、花环雏菊花环(daisy chain)形连接形连接 图图6-6 雏菊花环形雏菊花环形连接方式连接方式 该方式连接的该方式连接的MIDI设备设备必须具备必须具备直通直通(THRU)端口端口。主控设备的。主控设备的MIDI消息通过消息通过MIDI输出输出(OUT)端端口送到第口送到第1台从设备的台从设备的MIDI输入输入(IN)端口，第端口，第1台从设备通过台从设备通过MIDI直通端口将直通端口将MIDI消息转发到第消息转发到第2台台从设备的从设备的MIDI输入端口，如果还输入端口，如果还有第有第3台从设备，则可以通过第台从设备，则可以通过第2台从设备的台从设备的MIDI直通端口将直通端口将MID

49、I消息转发到第消息转发到第3台从设备的台从设备的MIDI输输入端口入端口，按这种方式可以连接，按这种方式可以连接多台多台MIDI设备。设备。2星形连接方式星形连接方式 图图6-7 星形星形连接方式连接方式 这两种连接方式这两种连接方式都都只适合于主从控制只适合于主从控制方式，方式，在一个系统在一个系统中只有一个主控设中只有一个主控设备，可以发出命令。备，可以发出命令。在主控设备发出的在主控设备发出的命令中。包括命令中。包括MIDI的通道信息的通道信息,通道信息与通道信息与MIDI的连接有关。的连接有关。 雏菊花环形连接中的雏菊花环形连接中的MIDI设备必须具备直通端口，对于没有直设备必须具备直

50、通端口，对于没有直通端口的设备，可以采用星形连接方式。通端口的设备，可以采用星形连接方式。 星形连接方式需要配备一个星形连接方式需要配备一个MIDI直通盒。直通盒。 MIDI直通盒直通盒有一个有一个MIDI输入端口和若干个输入端口和若干个MIDI直通端口，其功直通端口，其功能是能是把一路把一路MIDI信号分配给多路信号分配给多路MIDl信号线，以连接多个信号线，以连接多个MIDI设设 备。备。6.4.3 MIDI的通道的通道当一个当一个MIDI系统连接完成以后，无论采用雏菊花系统连接完成以后，无论采用雏菊花环形连接方式还是星形连接方式，都存在如何正确环形连接方式还是星形连接方式，都存在如何正确

51、传送传送MIDI消息的问题。消息的问题。MIDI设备的连接设备的连接只是只是提供了提供了MIDI消息传送的消息传送的物理物理通道通道，MIDI消息的消息的正确传送还与正确传送还与MIDI通道的设置通道的设置有关有关。MIDI通道的通道的设置信息用设置信息用4位二进制代码来区分位二进制代码来区分。4位二进制代码可以区分位二进制代码可以区分16个通道个通道。主控设备要发进信息给某台主控设备要发进信息给某台MIDI从设备，则需要从设备，则需要通过一种代码来指定通过一种代码来指定MIDI消息发送的目的地，这消息发送的目的地，这种代码就是通道设置信息。种代码就是通道设置信息。因此，因此，MIDI通道并不

52、是指物理上的一根电缆线，通道并不是指物理上的一根电缆线，而是而是MIDI消息中用来分配和安排消息中用来分配和安排MIDI数据流的一数据流的一种种逻辑通道逻辑通道。MIDI的通道的通道 如果一个如果一个MIDI系统中只系统中只有两台有两台MIDI设备设备：设备：设备A和设备和设备B，则，则MIDI通道信息的作用并不明显，通道信息的作用并不明显，A的信息发送目的地是的信息发送目的地是B，而，而B的信息发送目的地是的信息发送目的地是A。 如果一个如果一个MIDI系统中系统中有有3台台MIDI设备设备：l设备设备A、B和和C，它们按，它们按雏菊花环形连接。设设备雏菊花环形连接。设设备A是主控设备，它发

53、出信息的目的地是主控设备，它发出信息的目的地可以是可以是B，也可以是，也可以是C，MIDI的通道设置信息就可以用来指定的通道设置信息就可以用来指定MIDI设备设备A的信息发送目的地的信息发送目的地。 比如，通过比如，通过B和和C的面板把的面板把B设定为通道设定为通道1，C设定为通道设定为通道2。当。当A同时给同时给B和和C发送发送MIDI消息时，首先把发送给设备消息时，首先把发送给设备B的信息放的信息放在通道在通道1，把发送给设备，把发送给设备C的信息放在通道的信息放在通道2。 MIDI消息首先送到设备消息首先送到设备B的的MIDI输入端口，输入端口，MIDI设备设备B把与自把与自己所设通道号

54、相同的信息接收下来，把与自己所设通道号不相己所设通道号相同的信息接收下来，把与自己所设通道号不相同的信息通过同的信息通过MIDI直通端口送到设备直通端口送到设备C的的MIDI输入端口。输入端口。MIDI设备设备C然后把与自己所设通道号相同的信息接收下来，把与自然后把与自己所设通道号相同的信息接收下来，把与自己所设通道号不相同的信息通过己所设通道号不相同的信息通过MIDI直通端口再转送出去。如直通端口再转送出去。如果有更多的果有更多的MIDI设备，可以依次转送。设备，可以依次转送。 MIDI的通道的通道 一台一台MIDI设备并不是只能接收一个通道的数据设备并不是只能接收一个通道的数据，比如，比如

55、，一个音源可以同时接收多个通道的数据，同时演奏出多一个音源可以同时接收多个通道的数据，同时演奏出多种乐器的声音。种乐器的声音。 MIDI设备设备A也可以把一组信息指定给一个通道也可以把一组信息指定给一个通道，比如一组，比如一组打击乐的演奏信息，包含各种的鼓乐，都指定给通道打击乐的演奏信息，包含各种的鼓乐，都指定给通道10。 如果如果MIDI设备设备B或或C要向要向A发送发送MIDI消息，是否也可以用消息，是否也可以用这种方法呢这种方法呢? 回答是否定的。回答是否定的。 因为这里假设因为这里假设MIDI设备设备A为主控设备，通道信息只能由主为主控设备，通道信息只能由主控设备发出，所以控设备发出，

56、所以B和和C不能发送通道信息。不能发送通道信息。 如果设备如果设备B或或C要向要向A发送发送MIDI消息，则消息，则A中的中的MIDI接口接口必须有两个必须有两个MIDI输入端口，分别与输入端口，分别与B和和C的的MIDI输出端口输出端口相连接。相连接。 如果有更多的如果有更多的MIDI设备要向设备要向A发送发送MIDI消息，则要求消息，则要求A有有更多的更多的MIDI输入端口。输入端口。6.4.4 MIDI系统连接实例系统连接实例上图中上图中MIDI键盘控制器对键盘控制器对MIDI音序器来说是一个输音序器来说是一个输入设备，而音序器的入设备，而音序器的MIDI OUT端口连接了几个声音端口连

57、接了几个声音模块。模块。 图图6-8 典型的典型的MIDI系统连接系统连接典型的典型的MIDI系统连接系统连接专业用户专业用户(如作曲家如作曲家)可以用这样的系统来创作由几种可以用这样的系统来创作由几种不同乐音组成的乐曲，每次在键盘上演奏单独的乐不同乐音组成的乐曲，每次在键盘上演奏单独的乐曲。曲。这些单独的乐曲都由音序器记录下来，然后音序器这些单独的乐曲都由音序器记录下来，然后音序器通过几个声音模块一起播放。通过几个声音模块一起播放。每首乐曲在不同的每首乐曲在不同的MIDI通道上播放，而声音模块可通道上播放，而声音模块可分别设置成接收不同的乐曲。分别设置成接收不同的乐曲。例如，声音模块例如，声

58、音模块1可设置成播放钢琴声并在通道可设置成播放钢琴声并在通道1接接收信息，模块收信息，模块2设置成播放低音并在通道设置成播放低音并在通道5接收信息，接收信息，而模块而模块3设置成播放鼓乐器并在通道设置成播放鼓乐器并在通道10上接收消息等。上接收消息等。图图6-9基基于于PC平平台的台的MIDI系系统统该系统使用的该系统使用的声音模块声音模块是一种是一种单独的多音色声音模块单独的多音色声音模块.该系统中，该系统中，PC机使用机使用内置内置MIDI接口卡接口卡，进行，进行MIDl消消息的发送和接收。一些诸如多媒体演示程序、教育或息的发送和接收。一些诸如多媒体演示程序、教育或游戏软件等应用程序将信息

59、通过游戏软件等应用程序将信息通过PC总线发送到总线发送到MIDI接口卡，再由该卡把信息转换成接口卡，再由该卡把信息转换成MIDI消息，然后发消息，然后发送到多音色模块，就能同时播放出许多不同的乐音。送到多音色模块，就能同时播放出许多不同的乐音。 基于基于PC平台的平台的MIDI系统系统使用安装在使用安装在PC机上的高级机上的高级MIDI音序器软件音序器软件，用户可把用户可把MIDI键盘控制器连接到键盘控制器连接到MIDI接口卡接口卡的的MIDI IN端口，也可以实现相同的音乐创作端口，也可以实现相同的音乐创作功能。功能。这样，这样，PC机可通过音序器软件来采集机可通过音序器软件来采集MIDI键

60、键盘控制器发出的一系列指令。这一系列指令盘控制器发出的一系列指令。这一系列指令可记录到以可记录到以.MID为扩展名的为扩展名的MIDI文件中。文件中。在计算机上音序器可对在计算机上音序器可对MIDI文件进行编辑和文件进行编辑和修改。修改。最后，将最后，将MIDI指令送往音乐合成器，由合成指令送往音乐合成器，由合成器将器将MIDI指令符号进行解释并产生波形，然指令符号进行解释并产生波形，然后通过声音发生器送往扬声器播放出来。后通过声音发生器送往扬声器播放出来。 6.5 常见的常见的MIDI应用软件应用软件 目前市面上目前市面上较流行的较流行的MIDI应用程序有应用程序有以下以下4类：类： 音序器