电脑音乐，先从音频格式谈起

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电脑音乐，先从音频格式谈起 [复制链接]

在我们赖以生存的这个蔚蓝色星球上，音乐可以说无处不在——无论是晨光中小鸟婉转的啼鸣，还是山涧里清泉悠然的叮咚，大自然慷慨地赐予我们数不清的美妙音符。人类在一刻不停地进化，音乐也在生机勃勃地发展着：从旷漠洪荒时代我们祖先野性的呼喝，到“梁祝”那哀婉凄美的动人旋律；从土著部落祭祀仪式上简单的节奏，到贝多芬扼住命运喉咙的雄伟乐章；从夕阳西下时牧童悠扬的短笛，到正在太空轨道上向外星生命播放的问候音乐……
    伴随着科技的发展，电脑终于也与音乐结缘，作为我们思维的一种延伸，电脑在辅助编配乐曲方面独有的准确性以及高效性都是人们从前所梦寐以求的，创作音乐时，电脑可以给我们提供灵感以外的绝大多数必要条件。在已经来临的新世纪里，也许电脑音乐并不会成为的主流音乐，但是，对众多音乐爱好者来讲，恰当利用有关的电脑软、硬件资源制作并欣赏自己的原创电脑音乐，却有着无可替代的魅力。
    一、电脑音乐的代名词（MIDI）
    MIDI是乐器数字接口(Musical Instrument Digital Interface)的英文缩写，是数字音乐/电子合成乐器的统一国际标准。MIDI规范由美、日几家著名电子乐器厂商于1983年共同制定，目的是解决各种电子乐器间存在的兼容性问题。MIDI规范不仅定义了电脑音乐程序、音乐合成器及其它电子音乐设备交换音乐信号的方式，而且还规定了不同厂家的电子乐器与电脑连接的电缆和硬件及设备间数据传输的协议，可用于为不同乐器创建数字声音，能很容易地模拟钢琴、小提琴等传统乐器的声音。MIDI本身并不能发出声音，它是一个协议，只包含用于产生特定声音的指令，而这些指令则包括调用何种MIDI设备的音色、声音的强弱及持续的时间等。电脑把这些指令交由声卡去合成相应的声音（如依指令发出钢琴声或小提琴声等）。最初，因为不同MIDI设备的乐器音色排列方法不一，所以会造成同一MIDI文件在不同的设备上会出现完全不同的放音效果（比如一个钢琴音色的MIDI文件，在不同设备上播放时会变成小提琴或者小号的音色）。为避免出现这种混乱情况，GM(General MIDI，通用MIDI)标准被提出并得到了Windows操作系统的支持，得到了相当广泛的应用。它规定了前128种常用乐器音色的编排方式，例如1号是钢琴、66号是萨克斯管等等。GM标准还描述了成为GM兼容格式的硬件设备应具有的其它特征，如GM标准音源同时发音数不少于24，MIDI通道为16，第10通道为打击乐声部等等，它实际上是对MIDI规范的补充。
    Roland公司提出的GS标准在兼容GM标准的基础上，对其进行了发展，增强了音乐的表现力——它提供比GM标准数量更多的打击乐器组和更多的特殊音效。GS标准具有广泛的软硬件适应性，包括声卡、音乐爱好者的娱乐乐器到专业音乐器材等。后来，Yamaha公司又提出了基于GM标准的XG标准。相对于保存真实采样数据的声音文件，MIDI文件显得更加紧凑，其文件的大小要比WAV文件小得多——一分钟的WAV文件约要占用10MB的硬盘空间，而一分钟的MIDI却只有区区的3.4KB。现在，MIDI已经成为电脑音乐的代名词。
    电脑播放MIDI文件时, 有两种方法合成声音: FM合成和波表合成。FM合成是通过多个频率的声音混合来模拟乐器的声音;波表合成是将乐器的声音样本存储在声卡波形表中，播放时从波形表中取出来产生声音。采用波表合成技术可以产生更逼真的声音。
    MIDI文件有几个变通的格式，其中CMF文件是随声卡一起使用的音乐文件，与MIDI文件非常相似，只是文件头略有差别；另一种MIDI文件是Windows使用的RIFF文件的一种子格式，称为RMID，扩展名为RMI。
    2、声音波形文件
    由Microsoft公司开发的一种WAV声音文件格式，是如今电脑上最为常见的声音文件格式，它符合RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持。Wave格式支持MSADPCM、CCITTALaw、CCITT μ Law和其它压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，但其缺点是文件体积较大（一分钟44kHZ、16bit Stereo的WAV文件约要占用10MB左右的硬盘空间），所以不适合长时间记录。
    3、MPEC音频文件
    MPEG(Moving Picture Experts Group，活动图像专家组)代表的是MPEG活动影音压缩标准，MPEG音频文件指的是MPEG标准中的声音部分，即MPEG音频层(MPEG Audio Layer)。MPEG音频文件根据压缩质量和编码复杂程度的不同可分为三层(MPEG Audio Layer 1/2/3)，分别与MP1、MP2和MP3这三种声音文件相对应。MPEG音频编码具有很高的压缩率，MP1和MP2的压缩率分别为4∶1和6∶1～8∶1，而MP3的压缩率则高达10∶1～12∶1，也就是说一分钟CD音质的音乐，未经压缩需要10MB存储空间，而经过MP3压缩编码后只有1MB左右，同时其音质基本保持不失真。因此，目前Internet上的音乐格式以MP3最为常见。
    MP3为降低声音失真采取了名为“感官编码技术”的编码算法：编码时先对音频文件进行频谱分析，然后用过滤器滤掉噪音电平，接着通过量化的方式将剩下的每一位打散排列，最后形成具有较高压缩比的MP3文件，并使压缩后的文件在回放时能够达到比较接近原音源的声音效果。虽然它是一种有损压缩，但是它的最大优势是以极小的声音失真换来了较高的压缩比。
　　4、前途未卜
    MP3问世不久，就凭着较高的压缩比（12：1）和较好的音质创造了一个全新的音乐领域。然而，MP3的开放性却最终不可避免地导致了版权之争。在这样的背景下，文件更小、音质更佳，同时还能有效保护版权的MP4就应运而生了。
    MP4与MP3之间其实并没有必然的联系。首先，MP3是一种音频压缩的国际技术标准，而MP4却是一个商标的名称。其次，它采用的音频压缩技术也迥然不同，MP4采用的是美国电话电报公司（AT＆T）所研发的、以“知觉编码”为关键技术的a2b音乐压缩技术（http://www.a2bmusic.com），可将压缩比成功地提高到15：1（最大可达到20：1）而不影响音乐的实际听感。同时，MP4在加密和授权方面也做了特别的设计。它有如下特点：
    （1）每首MP4乐曲就是一个扩展名为.exe的可执行文件，在Windows里直接双击就可以运行播放，十分方便。MP4的这个优点同时又是它的先天缺陷---容易感染电脑病毒！
    （2）更小的体积！更好的音质？相对先进的a2b音频压缩技术的采用，使MP4文件大小仅为MP3的3/4左右，从这个角度来看，MP4更适合在Internet上传播，而且据说音质也更胜一筹，但我怎么也没听出它比MP3的音质更为优越。
    （3）独特的数字水印。MP4乐曲采用了名为“Solana”技术的数字水印，可方便地追踪和发现盗版发行行为。而且，任何针对MP4的非法解压行为，都可能导致MP4原文件的损毁。
    （4）支持版权保护。MP4乐曲还内置了包括与作者、版权持有者相关的文字、图像等版权说明，既可声明版权，又表示了对作者和演唱者的尊重。
    （5）比较完善的功能。MP4可独立调节左右声道音量控制；内置波形/分频动态音频显示和音乐管理器，可支持多种彩色图像、网站链接及无限制的滚动显示文本。
    5、高压缩比
    QF即TwinVQ（Transform－domain Weighted Interleave Vector Quantization），是由NTT（Nippon Telegraph and Telephone）与Yamaha共同开发的一种音频压缩技术。VQF的音频压缩率比标准的MPEG音频压缩率高出近一倍，可以达到18:1左右甚至更高。也就是说把一首4分钟的歌曲（WAV文件）压成MP3，大约需要4MB左右的硬盘空间，而同一首歌曲，如果使用VQF音频压缩技术的话，那只需要2MB左右的硬盘空间。因此，在音频压缩率方面，MP3和RA都不是VQF的对手。
    如此之高的压缩率是否会影响音质呢？实际聆听的结果告诉我们——不会。当VQF以44KHz、80kbit/s的音频采样率压缩音乐时，它的音质优于44KHz、128kbit/s的MP3，当VQF以44KHz、96kbit/s的频率压缩时，它的音质几乎等于44KHz、256kbit/s的MP3！经SoundVQ压缩后的音频文件在进行回放效果试听时，几乎没有人能听出它与原音频文件的差异。
    6、AIFF文件
    AIFF是音频交换文件格式(Audio Interchange File Format)的英文缩写，是Apple公司开发的一种声音文件格式，被Macintosh平台及其应用程序所支持，Netscape Navigator浏览器中的LiveAudio也支持AIFF格式，SGI及其它专业音频软件包也同样支持AIFF格式。AIFF支持ACE2、ACE8、MAC3和MAC6压缩，支持16位44.1kHz立体声。
    7、Audio文件
    Audio文件是Sun微系统公司推出的一种经过压缩的数字声音格式。AU文件原先是UNIX操作系统下的数字声音文件。由于早期Internet上的Web服务器主要是基于UNIX的，所以.AU格式的文件在如今的Internet中也是常用的声音文件格式，Netscape Navigator浏览器中的LiveAudio也支持Audio格式的声音文件。
    8、Voice文件
    Voice文件是新加坡著名的多媒体公司Creative Labs开发的声音文件格式，多用于保存Creative Sound Blaster系列声卡所采集的声音数据，被Windows平台和DOS平台所支持，支持CCITTA Law和CCITTμLaw等压缩算法。在DOS程序和游戏中常会遇到这种文件，它是随声卡一起产生的数字声音文件，它与WAV文件的结构相似，可以通过一些工具软件方便地互相转换。
    9、RealAudio文件
    RealAudio文件是Real Networks公司开发的一种新型音频流(Streaming Audio)文件格式，它包含在Real Networks公司所制定的音频、视频压缩规范——RealMedia中，主要用于在低速率的广域网上实时传输音频信息。网络连接速率不同，客户端所获得的声音质量也不尽相同：对于14.4Kbps的网络连接，可获得调幅(AM)质量的音质；对于28.8Kbps的连接，可以达到广播级的声音质量；如果使用ISDN或ADSL等更快的线路连接，则可获得CD音质的声音。
　　10、模块文件
    模块(Module)格式同时具有MIDI与数字音频的共同特性——既包括如何演奏乐器的指令，又保存了数字声音信号的采样数据。因此，其声音回放质量对音频硬件的依赖性较小，也就是说，在不同的机器上可以获得基本相似的声音回放质量。模块文件根据不同的编码方法有MOD、S3M、XM、MTM、FAR、KAR、IT等多种不同格式。
    电脑上这么多种格式的音乐文件，其实都是通过我们电脑里的声卡合成输出为我们的耳朵最终所听到的音乐。声卡最为常见的合成手段有两种：FM合成与波表合成。其中，FM合成方式多见于早期的ISA声卡，是运用声音振荡的原理对MIDI进行合成处理，效果实在很差劲。想要在电脑上听到真正悦耳动听的音乐，就去看看下面的波表合成吧。