波表合成引擎

2.1 MIDI的合成技術(shù)

MIDI文件是一種對樂曲的描述，本身不包括可供回放的聲音信息，電腦音樂要被聲卡播放出來，就需要通過形形色色的合成引擎了。目前應(yīng)用的最為廣泛的MIDI合成引擎是FM合成和波表合成。

(1)FM合成

FM是"頻率調(diào)變"的英文縮寫。多用于以前的ISA聲卡，它運(yùn)用聲音振蕩的原理對MIDI進(jìn)行合成處理。但由于技術(shù)本身的局限，加上這類聲卡采用的大多數(shù)為廉價(jià)的YAMAHA OPL系列芯片，效果自然很差，而波表合成則要好得多。

(2)波表合成

也正是因?yàn)镕M合成技術(shù)的差強(qiáng)人意，才有了本文的主角——波表合成。波表合成的英文名稱為“WAVE TABLE”，從字面上翻譯來看就是“波形表格”的意思。它是采用一稱之為“波表查找”技術(shù)來產(chǎn)生MIDI音樂。具體方式是將聲音的數(shù)字樣本儲存在固定的區(qū)域，然后根據(jù)MIDI命令取出相應(yīng)的樣本將它還原回放。例如用真實(shí)樂器的數(shù)字錄音技術(shù)，把大提琴、小提琴、鋼琴、鼓等各種實(shí)際樂器的數(shù)字化聲音存儲在只讀存儲器（ROM）中，在產(chǎn)生MIDI音樂時(shí)再以存儲的波表中找出進(jìn)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(shí)的聲音樣本進(jìn)行還原回放，因而采用波表合成的MIDI音樂聽上去更接近自然，更具真實(shí)感，而FM合成MIDI音樂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(shí)樣本的回放，但實(shí)際上其中有很多細(xì)節(jié)卻是極其復(fù)雜的過程?？傊ū砗铣傻谋举|(zhì)是對采樣聲音的調(diào)制。對采樣聲音進(jìn)行調(diào)制的過程是動(dòng)態(tài)地改變音頻信號的某個(gè)參數(shù)的過程，這些參數(shù)包括：音量（振幅調(diào)制或震音）、音高（調(diào)頻或顫音）以及濾波器截止頻率。調(diào)制的作用是實(shí)時(shí)控制參數(shù)，使聲音產(chǎn)生變化，因而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(nèi)存的目的。

2.2 波表的技術(shù)指標(biāo)

（1）音色庫容量

由于波表合成技術(shù)是將真實(shí)樂器的音樂采樣錄制下來再進(jìn)行合成處理的，所以要想獲得滿意的效果是有條件的，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(shí)，效果就越好。例如一般1MB的波表每種音色只能被分配到10K左右的空間，而2MB波表則可以獲得比它大一倍的空間，效果自然也好了許多。專業(yè)聲卡的波表音色庫可高達(dá)32MB以上（例如創(chuàng)新SB live！系列）。不過4MB音色庫已經(jīng)足夠，況且就“肉耳”而言很難分辨出4MB與8MB之間的區(qū)別。

（2）復(fù)音數(shù)

所謂的“復(fù)音”是指MIDI樂曲在1秒鐘內(nèi)發(fā)出的最大聲音數(shù)目。波表支持的復(fù)音數(shù)如果太小，一些比較復(fù)雜的MIDI樂曲在合成時(shí)就會(huì)出現(xiàn)某些聲部被丟失的情況，直接會(huì)影響到播放效果。復(fù)音有“硬件支持復(fù)音”和“軟件支持復(fù)音”之分。所謂“硬件支持復(fù)音”是指所有復(fù)音數(shù)都是由聲卡芯片生成，而“軟件支持復(fù)音”則是在“硬件支持復(fù)音”的基礎(chǔ)上以軟件合成的方法，加大復(fù)音值，但這是由CPU來帶動(dòng)的。例如SB Live!，它的復(fù)音數(shù)達(dá)到了前所未有的256位，而軟件復(fù)音則可高達(dá)1024位，這在一般情況下的意義是不大的，64位復(fù)音幾乎已接近MIDI樂曲所用復(fù)音的極限了。MIDI樂曲使用的復(fù)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(gè)側(cè)面可以反映出波表合成技術(shù)的發(fā)展速度。

（3）特殊效果

大容量的波表和高復(fù)音數(shù)支持給MIDI提供了良好的表現(xiàn)空間。但要想達(dá)到近乎真實(shí)的樂器臨場演奏效果，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。一般這些效果在GS、GM或XG上都能獲得很好的支持。

現(xiàn)在越來越多的電腦愛好者、音樂愛好者都經(jīng)常接觸到聲卡以及MIDI,那么，什么是MIDI"_blank" href="/item/電腦音樂">電腦音樂的代名詞。

1.1 MIDI的概念

MIDI是Musical Instrument Digital Inter-face的簡稱，即“音樂設(shè)備數(shù)字接口”，它是由Se-quential Circuits公司大衛(wèi)·史密斯提出來的。并在1982 年的國際樂器制造者協(xié)會(huì)的會(huì)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(shè)備等相關(guān)的含義，而我們通常所說的MIDI是指“電腦音樂”，或者說以MIDI為擴(kuò)展名的音樂文件，已與原來的意思相差甚遠(yuǎn)。

1.2 MIDI的三種音源標(biāo)準(zhǔn)

由于早期的MIDI設(shè)備在樂器的音色排列上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成不同型號的設(shè)備回放同一首樂曲時(shí)也會(huì)出現(xiàn)音色偏差。為了彌補(bǔ)這一不足，便出現(xiàn)了GS、GM和XG這類音色排列方式的標(biāo)準(zhǔn)。最早出臺的是由業(yè)界大名鼎鼎的ROLAND公司制定并推出的。ROLAND是日本非常出名的電子樂器廠商，其生產(chǎn)開發(fā)的電子鍵盤、MIDI音源以及軟波表都享有盛譽(yù)。所以GS頗具權(quán)威性，它完整的定義了128種樂器的統(tǒng)一排列方式，并規(guī)定了MIDI設(shè)備的最大復(fù)音數(shù)不可少于24個(gè)等詳盡的規(guī)范。

GM標(biāo)準(zhǔn)則是在GS的基礎(chǔ)上，加以適當(dāng)簡化而成的。由于它比較符合眾多中小廠商的口味，一時(shí)間成為了業(yè)界廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)。在電子樂器方面惟一可與ROLAND 相匹敵的YAMAHA公司也不甘示弱，于1994年制定出自己的標(biāo)準(zhǔn)——XG。與GM、GS相比XG提供了更為強(qiáng)勁的功能和一流的擴(kuò)展能力，并且完全兼容以上兩大標(biāo)準(zhǔn)。而且憑借YAMAHA公司在電腦聲卡方面的優(yōu)勢，使得XG在PC上有著廣闊的用戶群。

1.3 MIDI的工作原理

MIDI文件格式的樂曲都只占很小的空間，但它是怎樣產(chǎn)生的呢？首先，大家都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，就可以正確反映這個(gè)聲音的實(shí)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，而且效果非常真實(shí)，但其文件比較大，一般一首4分鐘左右的樂器要耗40MB左右的磁盤空間。而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成為一種描述性的“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(shí)刻，使用什么樂器，以什么音符開始，以什么音調(diào)結(jié)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，只不過是滄海一粟而已。如此小的容量非常適合在網(wǎng)絡(luò)媒體上傳播。不過MIDI也有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，因?yàn)椴煌穆曇艨?，不同的音源或不同的合成手段播放的結(jié)果會(huì)完全不一樣。在了解了MIDI音樂的概念之后，接下來就開始進(jìn)入影響MIDI音樂發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)——聲卡的合成引擎。

20世紀(jì)80年代初,電腦音樂迎來了第一個(gè)真正的繁榮時(shí)期,越來越多的人開始接觸電腦,其中更不乏音樂愛好者。隨著聲卡技術(shù)的不斷發(fā)展,從硬聲卡時(shí)代到現(xiàn)在的多媒體聲卡,在聲卡技術(shù)中占有重要位置的波表合成技術(shù),也隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展一刻也沒有停下來。在了解波表合成技術(shù)前,必須先了解MIDI的幾個(gè)初步概念。

ISA聲卡的出現(xiàn)，將計(jì)算機(jī)帶進(jìn)了多媒體時(shí)代，當(dāng)時(shí)聲卡的MIDI合成主要以FM為主。第一款出現(xiàn)在國內(nèi)市場上的波表聲卡是聲卡之你創(chuàng)新公司出品的SB AWE32。其實(shí)現(xiàn)形式是通過板載ROM來存放1MB的音色庫，再依靠聲卡自己的波表合成技術(shù)進(jìn)行合成，就是所謂的“硬波表”。由于在聲卡上整合高性能的波表合成芯片及ROM或RAM會(huì)導(dǎo)致聲卡的成本昂貴，使它在一段時(shí)期內(nèi)限制了它的普及，直到1998年P(guān)C1聲卡的問世，才為波表聲卡的平民化帶來了一次小小的革命，其關(guān)鍵是DLS技術(shù)的應(yīng)用。DLS全稱為“Down Landable Sample”，意思是“可下載音色樣本庫”。其工作原理是將原先存放在聲卡板載ROM的波表音色樣本以文件形式存在于系統(tǒng)硬盤中，再傳輸?shù)铰暱ǖ牟ū砗铣尚酒霞右蕴幚砗铣伞?

基于此原理而產(chǎn)生的Sound Font技術(shù)，是創(chuàng)新公司的子公司E-MU指定的采樣音色庫技術(shù)，根據(jù)這一技術(shù)編制的擴(kuò)展名為“sbk”和“sf2”的文件就是用于MIDI樂曲的音色庫文件。PCI聲卡使Sound Font技術(shù)獲得了巨大的生命力，它使用戶不必為了獲得滿意的MIDI合成效果而去購買載有大量ROM或RAM的價(jià)格昂貴的ISA聲卡。而用戶所需要做的就是選擇合適的音色庫加載到內(nèi)存中去，從而以很低的成本中獲得足夠大的音色庫。

隨著“奔騰”級芯片的普及，以往只能由音效芯片來完成的工作也交給CPU來處理了，這就是現(xiàn)在的稱之為“Realtek AC’97”的軟聲卡（注：Realtek AC’97實(shí)際上只是一種標(biāo)準(zhǔn)，并無軟硬之分，很多硬聲卡符合Realtek AC’97標(biāo)準(zhǔn)），由于省去了音效芯片，使得聲卡的成本降到了最低，目前CPU動(dòng)輒GHZ，軟聲卡占用的資源對它來說可謂是微不足道。

既然有了“軟聲卡”，也就有了“軟波表”，軟波表是利用CPU的強(qiáng)大運(yùn)算能力，把原本由波表合成卡的工作一并完成，從而達(dá)到波表聲卡的效果。軟波表的最大的優(yōu)點(diǎn)就是它完全免費(fèi)，其缺點(diǎn)是需要占用大量的系統(tǒng)資源，只有高速CPU才能使軟波表達(dá)到較好的MIDI回放效果。而硬件波表合成技術(shù)沒有這樣的要求，無論是在任何系統(tǒng)上，即使是486，都能還原出令人滿意的MIDI效果。遺憾的是，軟波表現(xiàn)在普遍存在音色庫過小的弊端，即使是最新的“YAMAHA SYXG-100”，也只有2MB的音色庫，使得某些樂器采樣失真。

相信在今后很長的一段時(shí)間里，波表合成技術(shù)仍是聲卡的一項(xiàng)重要功能，經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)有的波表合成技術(shù)已經(jīng)比較完善了，要想再進(jìn)一步提升效果，接近專業(yè)MIDI合成器的水準(zhǔn)，只能從真實(shí)度方面下手：更復(fù)雜、更擬真的波表數(shù)據(jù)。另一方面，一種稱之為“物理模擬合成”的新技術(shù)已向波表合成技術(shù)提出挑戰(zhàn)，他可以賦以固化的波表音色以新的生命力。無論怎么樣，可以肯定的一點(diǎn)是，技術(shù)發(fā)展的腳步永遠(yuǎn)不會(huì)停止，神奇、迷人的MIDI也會(huì)延續(xù)更加動(dòng)人的旋律。2100433B

表面波法是指利用表面波進(jìn)行探傷的方法，這種方法多用于表面光滑的材料或工件。

中文名稱

表面波法

英文名稱

surface wave method

定　　義

利用表面波進(jìn)行探傷的方法，這種方法多用于表面光滑的材料或工件。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級學(xué)科），試驗(yàn)機(jī)（二級學(xué)科），無損檢測儀器-超聲檢測儀（三級學(xué)科）