计算机音乐的技术环境简介

程伊兵 中国音乐学院作曲系 音乐工学教研室

稿源：中音网

    计算机音乐几乎是伴随着计算机的发明而诞生的，它是电子音乐大家庭中的重要一员。随着科技的进步，计算机音乐以惊人的速度在发展，其日新月异的变化令人瞠目。八十年代后，计算机音乐系统迅猛的商业化进程——蓬勃发展的数字电子乐器和数字乐器接口协议的迅速普及，令计算机音乐在目前的音乐生活中扮演着越来越重要的角色。
     我国于八十年代初才开始接触计算机音乐。由于业内业外人士的普遍参与，使得目前我国计算机音乐系统的商业化进程基本与世界同步。然而令人遗憾的是，大多数人对计算机音乐的主流技术并不了解，更不用说目前除商业化系统之外的计算机音乐技术的发展情况了。本文旨在介绍计算机音乐的基本技术模式及其软硬件工作环境，并从技术角度比较主流计算机音乐系统与商业化系统的异同。
     基本模式
     让我们通过与传统音乐模式比较的方法来理解计算机音乐的概念模式。以交响乐为例，在传统的创作、演奏环节中，作曲家、指挥家、演奏家以及各种乐器都是必不可少的因素。作曲家根据乐器的声音创作了音乐，然而没有众多乐器提供的各种声音以及指挥家、演奏家的参与是听不到作曲家创作的音乐的。在常规的计算机音乐系统中，除了作曲工作之外，其它工作主要都是由计算机来完成的(个别系统中计算机也可以担任作曲任务)。其基本概念模式可以表示为以下链接：
     作曲家——软件、数据——计算机——数模转换器——音乐
     其中，数模转换器(D/A)是在数字音频系统中将数字信号转换成模拟声音信号的设备。具体技术流程见下图：计算机音乐流程简图。
     由图中可见，除了计算机的全面参与之外，计算机音乐与传统音乐模式的最大区别在于其所使用的所有乐器音色都必须单独制作、生成(图中虚实线部分)。这些乐器音色的制作、生成全部依赖各种软件来实现，其途径主要有两种：其一，通过音色生成程序的各种算法实现作曲家对声音的定义。其二，通过声音编辑程序的各种编辑算法实现对外部声音文件的编辑。这些以软件方式生成的乐器音色将来会被演奏程序所调用。
     计算机音乐的乐谱必须是计算机能够“读懂”的乐谱，获得该乐谱的途径也主要有两个(图中虚线部分)：其一，由各种乐谱编辑程序将作曲家谱的乐曲翻译成计算机能够识别的乐谱。其二，通过作曲程序，由计算机直接生成乐谱。有了计算机可以识别的乐谱，才可能在演奏程序的控制下演奏那些计算机乐器。
     最后，在演奏程序的控制、指挥下，计算机按照乐谱的要求演奏计算机乐器，至此完成计算机音乐的全部流程(图中实线部分)。
     在实际应用的计算机音乐系统中，需要作曲家做的操作可能很简单，如利用著名的计算机音乐语言Csound创作音乐时，作曲家只需使用常用的文本编辑器如视窗提供的日记本程序等分别在叫做乐器文件(ORC)和乐谱(SCO)的文本文件中记录下对乐器的定义和乐谱的计算机编码即可。在经过编译程序编译后，即可得到所要音乐的声音文件了。当然，这些声音文件是需要其它播放程序如视窗提供的录音机程序的播放后，我们才能真正听到这些音乐。同时，需要作曲家掌握专门的计算机音乐语言。
     软硬件环境
     在计算机音乐系统中，计算机当然是必不可少的硬件。目前各种平台的计算机如SGI工作站、苹果电脑、LINUX电脑和IBM兼容机等都可以制作计算机音乐。就计算机音乐的制作而言，各种不同的计算机在本质上没有区别。其区别主要在于各平台的速度、计算、存储能力的大小以及所使用的软件各有差异而已。
     除了计算机之外，计算机音乐系统中另外一个必不可少的硬件就是模数、数模转换器(A/D、D/A)。通过它，我们才可以将模拟的声音信号转换成计算机可以识别的数字信号，反之亦然。计算机中的“声卡”就是这样的转换器。目前市场上的声卡有数十个品牌，上百种规格，其质量各不相同，在价格上体现为几十元至几万元不等。一般的声卡只支持模拟信号的立体声输出，高级声卡可以支持数字输出，而专业声卡支持多通道的数字输入、输出。而且一般声卡上还带有储存的声音，而专业声卡则是纯粹的模数、数模转换器。另外，计算机还可以使用外置式的模数、数模转换器。
     除大型计算机音乐系统、数字音频系统以及特殊要求，需要昂贵的硬件设备外，一般的计算机音乐系统对硬件的要求并不是十分高。对个人而言，只要拥有计算机和声卡，就可以满足从事计算机音乐创作的基本硬件要求。
     在计算机音乐短短五十年的历史中，计算机音乐的软件层出不穷。从合成语言到实时控制等应用软件数不胜数。按照我们前文叙述的计算机音乐的模式，大致上可以将计算机音乐软件分为以下四类：直接数码合成软件、数字音频编辑软件、乐谱处理/作曲软件和实时处理软件。下表中列举了目前应用最广泛的计算机音乐软件：
     直接数码合成 数字音频编辑
     Csound Sound Hack
     Cmix Protools
     Cmusic Dyaxis
     Chant Sonic Solutions
     UPIC RT
     Granular synthesis
     乐谱处理/作曲 实时处理
     Score II MAX
     Common Music Vision
     HMSL Studio Vision
     Cypher
     HMSL
     除Protools等少数商业软件需要特殊的硬件支持外，表中所列的计算机音乐软件大都是免费软件，在计算机音乐的基本硬件环境中就可以运行。其中Csound、Cmusic和Cmix是早期的计算机音乐语言Music #系列在不同平台上的后裔。某些软件适用于多平台运行，如Protools既有苹果电脑版本，又有可以在IBM平台上运行的版本。目前许多计算机音乐专家在利用JAVA语言编写计算机音乐程序，目的是提高解决软件在各平台间的兼容性。
     与商业系统的比较
     除某些专门的音频工作站和由特殊的硬件构成的数字音频系统之外，我们最熟悉的商业化计算机音乐系统就是MIDI系统。我们知道MIDI做为数字乐器间的“语言”——数字电子乐器工业化生产的标准化协议，也就是计算机音乐商业化的软件基础，近二十年来对数字电子乐器的发展起到了十分重要的作用。现在我们不会对诸如音序器、合成器、采样器等名词感到陌生。MIDI系统主要是由这些硬件构成的，其机构如计算机音乐商业化系统技术流程简图所示。为方便比较，我们仍采用上图的形式：
     由上图可见，原来计算机音乐系统中的各种软件都被音序器、数字乐器等硬件代替了。最大的不同之处在于，作曲家不需要从头制作一个乐器声音，而可以直接使用存储在数字乐器中的声音(虚实线)。数字乐器是执行某些专门声音算法的硬件设备，其特点是高速、高效且可实时控制。虽然作曲家可以通过音序器向电子乐器发送一些修饰声音的指令，但想从算法上改变或希望使用其它算法都是不可能的了。这无疑有损于声音制作的灵活性与自由度。除乐器声音的获得外，乐谱生成(虚线)及控制演奏(实线)的任务也都是通过专门的硬件实现的。使用专门硬件的优势在于方便、快捷、实时能力强，因此很受音乐家们青睐，故而被广泛地应用于商业音乐领域，特别是流行音乐领域。
     音乐家的处境
     数字电子乐器是方便、快捷、强实时能力的工具，一方面深受广大音乐家的喜爱，另一方面对其在声音制作上的局限感到束手束脚，在创作中显得力不从心、捉襟见肘。然而对计算机音乐而言，对声音的掌控能力是第一位的，因此有些音乐家不愿使用数字乐器而宁可钻研深奥的计算机音乐语言。计算机音乐语言强大的声音制作能力，给了音乐家一个全新的声音空间任其驰骋。但其繁复、枯燥的操作过程、较弱的实时控制能力以及对音乐知识之外知识背景的要求严重捆扰着大多数音乐家。目前，音乐家们正处在这种两难的尴尬境地中，这种境况只有等到二者有机地融合后才会得到改善。
     以往，每每人们提及计算机音乐时，给人的联想都是成堆的价格昂贵的器材、设备。虽然由更多更好的硬件和软件构成的计算机音乐系统不仅能在声音质量上给我们更专业的保障、提供我们更多的创作手段，而且能在操作、使用上提供我们更多的方便。但是，计算机音乐所需的基本硬件配置只是一台计算机和一块声卡，况且现在声卡几乎成了计算机的一部分。因此可以这么说，目前我们普遍使用的计算机就基本能够满足计算机音乐的硬件需要；而众多免费的计算机音乐语言和应用软件为从事计算机音乐创作提供了良好的软件环境。由此，计算机音乐创作已经具备了相对成熟的条件，现在，正是我们参与、实践的绝好时机！