MIDI相关知识

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MIDI介绍　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  
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    MIDI(Musical Instrument Digital Interface: 乐器数字接口)，是一种乐器之
    间的通讯协议，电子乐器信息流的具体传递方式。随着电子乐器的广泛应用和电
    子合成音乐的发展，MIDI逐渐成了电子合成乐的代名词。而电脑的迅速普及和计
    算机技术向电子音乐的渗入，现在人们常说的MIDI已成为电脑音乐的代名词，跟
    电脑音乐密不可分了。

　　4《PC声卡的选择》（Beta, 2000/03/06，7KB）

    关于电脑音乐的另一篇文章：
　　4《电脑音乐，一个瑰丽的梦幻世界》(白 勺，10KB)

MIDI的标准

　 GM(General MIDI System Level 1)

    1991年由MIDI生产商协会(MMA)和日本MIDI标准委员会(JMSC)共同制订的通用的
    MIDI乐器排列的标准。规定了音色排列、同时发音数和鼓数的键位。

　 GS标准

    早于GM，由日本ROLAND公司在1990年制定，比 GM 多了音色编辑和音色选择等功
    能。

　 XG标准

    由日本YAMAHA公司于1994年9月制定，兼容GM， 加入了不同于GS的音色编辑和音
    色选择功能。GM相当于GS和XG的交集。

MIDI合成技术

　 模拟合成 (Analog Sysnthesize)

    早期电子音乐的合成技术，完全用模拟电路、各种波形叠加的方法来合成乐音。
    因为是纯模拟电路，所以电路极其复杂，且一般不能用来模拟别的乐器，只能产
    生“电子味”很重的音乐。早期有的模拟电子乐器竟然连键盘也没有，纯用各种
    开关、旋钮来操作。就是这些乐器，给了人们最早的“电子音乐”的概念——飘
    忽、不真实，但却千变万化、充满想象的。

　 FM 合成 (Frequency Modulation Sysnthesize)

    早期的电脑声卡普遍使用FM合成方式来还原MIDI文件中记录的音符数据，例如以
    前许多声卡使用YAMAHA公司OPL2/3 FM合成芯片。FM 合成是通过对简单正弦波的
    线性控制来模拟音乐乐器特殊效果。实际技术操作是用调制器发出的周期性信号
    来调制另一个信号的频率，但与调频(FM)广播信号的具体技术含义不一样。FM广
    播是将低频的声音信号调制到很高频的载波信号上的一种方法，而MIDI的FM合成
    则是将几个频率是一个基频的整数倍的正弦波信号叠加成一个信号的办法。这是
    根据乐器发声的特点，是在一个基音的基础上，有很多频率是基音整数倍的泛音
    同时产生，这些泛音的数量和振幅，决定了这种乐器的音色。但是，由于声卡上
    的FM合成芯片所能产生的用来合成的频率太少(一般仅有四个)，而且乐器的发声
    绝不是一成不变的，不同的音高、不同的力度、甚至一个音符的不同阶段，音色
    都会有差异，而FM合成没有考虑这些因素，所以效果当然就不尽如人意了。


　 波表合成 (Wave Table Synthesize)

    由于FM算法的局限性，无法描绘千变万化细致入微的真实乐器，音质自然只能类
    似于普通玩具电子琴的效果。波表合成利用已录制好的声音样本合成相应声音。
    具体操作是用PCM波形(Wave，就是常听到的游戏中的爆破、人声等效果音) 格式
    对足够多的乐器波形逐一采下样本排列成一个表格(Wave Table)。回放MIDI格式
    记录的音乐，也就是常见的*.mid等格式文件时， 从波形表中分别查到所需乐器
    对应的波形数据，再按照演奏需要的音符高低调整频率等相关数据后重放出来。
    从理论上说，这种合成方式得到的MIDI回放效果与真实乐器一样。波表合成可以
　　用硬件或软件方式实现。

　　4 硬件波表合成

    硬件合成是将波表合成引擎以硬件的形式做在声卡上，有些声卡还将音色数据保
　　存在卡上的专用RAM芯片中或是在系统内存中划分区段存放。 如创新(Creative)
    的AWE32/64、SB PCI 128、SB Live!和帝盟(Diamond)的MX300等声卡。硬件波表
    的优点是系统资源占用小、音色信噪比(SNR)高，能实时回放MIDI音乐。

　　4 软件波表合成

    软件方式波表合成是用特殊软件利用系统CPU的运算功能完成合成运算过程， 然
    后通过声卡的Wave合成引擎发出声音。

　  下面是一个典型的软波表的实现过程：
    1.虚拟一个MIDI输出设备和一个"音频"重现(PlayBack)设备；
    2.应用程序播放MIDI时，软波表通过虚拟设备，截获MIDI信息，进行合成运算，
      产生新的WAVE信号；
    3.为了同时可以有WAVE声音输出，用虚拟“音频”重现设备截获应用程序播放的
      WAVE声音，然后与波表合成的WAVE信号混音，输出到声卡的WAVE OUT端口。

    图示：
                           ┌─── 软波表 ─────┐
               ┌ MIDI信号─>虚拟MIDI输出设备┐
    应用程序─>│                            │─>混音─>声卡(WAVE OUT)
               └ WAVE信号─>虚拟重现输出设备┘

　　4 软波表合成软件

    常见的软波表合成软件有日本YAMAHA的SYXG-20/50/70/80/100、ROLAND的VSC-55
    /88、韩国COWON公司的Jet-MIDI、WinGroove 等。这些软件经历了由雏形到成熟
    的过程，特别是新出的 YAMAHA SYXG-100，以其强劲的音色能力，超越了市面上
    许多硬件波表声卡。
    软波表的优点是性能优越，且完全免费。 但也有其弱点，其一是占用系统CPU资
    源很多，但现在CPU运算能力越来越强劲，这一问题已不再存在； 另一方面是实
    时性差，往往有0.5秒的延时，回放MIDI时还可以(因为所有的音符都延时相同时
    间)，用于制作MIDI音乐时则难于接受，但对普通MIDI爱好者来说则足够了。

　 物理模型合成
　　 (Physical Modeling Synthesizing 或 Waveguide Synthesizing)

    物理模型合成技术是为每一个乐器建立完全的物理模型，经过数学计算后发出声
    音，常称为Waveguide。这是最理想的电子乐器合成方法，最早见到的Waveguide
    是在创新(Creative)的AWE64上，而YAMAHA公司也正在开发Waveguide的Sondius-
    XG标准。

wang7711

这么好的文章都没人加分?