MIDI

波表合成技术纵横谈

引言     最初对MIDI的印象很淡薄，只知道是电脑音乐的代名词。当时我那块ESS688 ISA声卡的FMMIDI合成效果简直……，鼓声好似敲锅底、弦乐好像蜜蜂叫、而无论什么弹奏乐器怎么听都是那种100来元玩具电子琴发出的声音。唯一的优点就是文件小巧一些。直到两年前第一次接触了软波表，领略了波表合成所带来的威力，笔者才真正开始对MIDI感兴趣。最近在网上看到网友们对声卡MIDI效果的讨论十分热烈，我便忍不住写下了这篇文章。笔者从基本概念谈起，结合自己的一些使用心得，希望为大家全面认识波表合成技术提供一份参考。 一、关于MIDI的几个初步概念     在切入正题以前让我们首先来简单地认识一下MIDI，了解几个初步的概念。这对于我们了解波表合成技术可以起到“引航”地作用。 1.MIDI简介     MIDI是Musical Instrument DigitalInterface的简称，意为音乐设备数字接口。它是一种电子乐器之间以及电子乐器与电脑之间的统一交流协议。从80年代初问世至今，它经历了长时间的发展，现已成为电脑音乐的代名词。我们可以从广义上将为理解为电子合成器、电脑音乐的统称，包括协议、设备等等相关的含义。 2.三个标准     由于早期的MIDI设备在乐器的音色排列上没有统一的标准，造成不同型号的设备回放同一首乐曲时也会出现音色偏差。为了弥补这一不足，便出现了GS、GM和XG这类音色排列方式的标准。     之所以将GS排在第一位是由于它最早出台，并且是由业界大名鼎鼎的ROLAND公司制定并推出的。ROLAND是日本非常出名的电子乐器厂商，其生产开发的电子键盘、MIDI音源以及软波表都享有盛誉。所以GS颇具权威性，它完整的定义了128种乐器的统一排列方式，并规定了MIDI设备的最大复音数不可少于24个等详尽的规范。     GM标准则是在GS的基础上，加以适当简化而成的。由于它比较符合众多中小厂商的口味，一时间成为了业界广泛接受的标准。     在电子乐器方面唯一可与ROLAND相匹敌的YAMAHA公司也不甘示弱，于94年推出自己的标准——XG。与GM、GS相比XG提供了更为强劲的功能和一流的扩展能力，并且完全兼容以上两大标准。而且凭借YAMAHA公司在电脑声卡方面的优势，使得XG在PC上有着广阔的用户群。 3.MIDI文件的本质     眼下在一些游戏软件和娱乐软件中我们经常可以发现很多以MID、RMI为扩展名的音乐文件，这些就是在电脑上最为常用的MIDI格式。有的朋友可能会惊奇的发现，一首4分钟左右长度的MIDI，其容量只有百余K字节。而同样长度的波形音乐文件（*.WAV）则高达40MB左右，即使是经过高比例压缩处理的MP3也要有4MB大小，相比之下为什么MIDI会如此小巧玲珑呢？因为MIDI文件并非像WAV或MP3那样量化的纪录乐曲每一时刻的声音变化，它只是一种描述性的“音乐语言”，只要将所要演奏的乐曲信息表述下来就可以了。譬如“在某一时刻，使用什么乐器，以什么音符开始，以什么音调结束，加以什么伴奏”等等，这些信息所占用的几十K空间对于如今大容量的硬盘来说只是沧海一粟罢了。而且小巧的体积也成为MIDI越来越受到欢迎的因素之一。 4.MIDI文件的回放合成手段     既然MIDI文件只是一种对乐曲的描述，本身不包含任何可供回放的声音信息，那么一首首动听的电脑音乐又是如何被我们的声卡播放出来的哪？这就要通过形式多样的合成手段了。就电脑声卡而言，最为常见的手段是FM合成与波表合成。前者多用于以前的ISA声卡，FM是“频率调变”的英文缩写，它运用声音振荡的原理对MIDI进行合成处理。但由于技术本身的局限，加上这类声卡采用的大多数为廉价的YAMAHAOPL系列芯片，效果自然很差劲；而波表合成则要好得多。 二、波表合成技术在声卡上的运用     在了解了关于MIDI的几个基本常识后，让我请出本文的主角——波表。前面说到过，波表合成所带来的效果要远远超过FM，而且在电脑上已被广泛运用，各类波表声卡、波表软件层出不穷。那么波表究竟是何妨神圣哪？ 1.什么是波表     波表的英文名称为“WAVETABLE”，从字面翻译就是“波形表格”的意思。其实它是将各种真实乐器所能发出的所有声音（包括各个音域、声调）录制下来，存贮为一个波表文件。播放时，根据MIDI文件纪录的乐曲信息向波表发出指令，从“表格”中逐一找出对应的声音信息，经过合成、加工后回放出来。由于它采用的是真实乐器的采样，所以效果自然要好于FM。一般波表的乐器声音信息都以44.1KHz、16Bit的精度录制，以达到最真实回放效果。 2.关于波表的几个衡量指标     对于一款波表声卡或波表软件而言，衡量其波表性能的指标主要有以下几个方面。 a.波表库容量     由于波表合成技术是将真实乐器的音色采样录制下来再进行合成处理的，所以波表越大音色采样就越真实，效果就越好。一般1MB的波表每种音色只能被分配到10K左右的空间，而2MB波表则可以获得比它大一倍的空间，效果自然也会更好。专业MIDI设备的波表库可高达32MB以上。而现在的PCI声卡起码可提供2MB的波表库，普遍为4MB，少数高达8MB。就听感而言4MB音色库所能达到的效果已经不错了。虽然与专业设备有差距，但对于普通用户而言已经足够。 b.复音数     在各类声卡的命名中，我们经常会发现诸如64、128之类的数字。有些用户乃至商家将它们误认为是64位、128位声卡。其实就现在的技术发展状况而言，声卡更本没有发展到，也没有必要发展到如此高的数据处理通道，64、128代表的只是此卡在MIDI合成时可以达到的最大复音数。所谓“复音”是指MIDI乐曲在一秒钟内发出的最大声音数目。波表支持的复音值如果太小，一些比较复杂的MIDI乐曲在合成时就会出现某些声部被丢失的情况，直接影响到播放效果。好在如今的波表声卡大多提供64以上的复音值，而多数MIDI的复音数都没有超过32，所以音色丢失的现象不会发生。     另外需要注意的是“硬件支持复音”和“软件支持复音”之间的区别。所谓“硬件支持复音”是指其所有的复音数都由声卡芯片所生成，而“软件支持复音”则是在“硬件复音”的基础上以软件合成的方法，加大复音数，但这是需要CPU来带动的。眼下主流声卡所支持的最大硬件复音为64，而软件复音则可高达1024，令人炸舌吧！ c.特殊效果     大容量的波表和高复音数的支持给MIDI提供了良好的表现空间。但要想达到近乎真实乐器的演奏临场效果，还需要一些锦上添花的修饰，所以大部分波表提供了一些特殊效果的支持。其中主要包括：回馈、和声、变化三种。一般这些效果都能获得支持。 3.ISA时代的波表声卡     以前声卡一律是ISA接口一统天下，MIDI的合成也主要是以FM为主。但随着波表合成技术趋于成熟与流行，附带硬波表的声卡开始在市场上出现。出于波表文件存贮的需要，这类产品需要在板卡上集成音色库内存，而这类ROM在当时却价格不斐。为了降低成本，部分产品只在卡上集成了512K波表，显然效果不佳。而高档产品在集成了大容量音色库后，在带来令人称奇效果的同时，却也带来了近2000元的惊人售价。那时在人们心目中“波表”成为一个神奇而又叫人向往的字眼。以下为大家回顾一下ISA时代波表声卡的经典之作。 a.CREATIVE SB AWE 32     出现在国内市场的第一款波表声卡是CREATIVE公司出品SB AWE 32，它集成了1MB的音色库。相比较古老的FM合成，AWE32带来的效果是惊人的，但由于波表容量的局限，它的打击乐器音色非常差劲。 b.CREATIVE SB AWE 64 GOLD     在AWE32的MIDI表现遭到颇多非议之后，CREATIVE在97年推出了重量级的SB AWE 64GOLD。它使用EMU公司的8000芯片，板卡集成4MB音色库。并通过CREATIVE WAVESYNTH/WG这个软件处理器实现了64复音的支持。 SB AWE 64GOLD的各方面表现，就算以现在的评定标准来衡量，依然是极其出色的。尤其是它的4MB音色库，至今仍为广大用户津津乐道。当然它是有史以来售价最为昂贵的声卡之一。 c.花王530PDW     在中低价位的ISA声卡中，这款花王530PDW提供了不错的MIDI表现。它使用YAMAHA 719E-S主芯片，依靠QS1000和QS1000A实现32复音的硬件波表支持。虽然效果算不上一流，但出色的性价比使它非常成功。 4.免费与发烧的产物——软波表与波表子卡     96年末97年初，软件波表合成器这一全新的产物问世了。软波表的最大妙处就在于它是“免费”的。下载一个波表软件，安装到机器里，您就可以享受波表合成的惊人效果了。其实软波表的实质是将音色库存贮在硬盘中，播放MIDI时将其调入系统内存，通过CPU的运算合成，借助声卡的WAV通道实现声音输出。所以使用软波表，CPU必须在MMX166以上。从实际播放效果来看，最新版本的几款软波表并不逊色于一些硬波表，但它们共同的弱点在于CPU占用率过高。合成MIDI的同时再去做别的工作，效率要低很多。而且它还有一个声音延迟的弊病。在使用一些MIDI作曲软件时，以软波表为音源，往往会出现按下键盘后等上0.5秒，声音才会被传出的现象，这将大大地影响作曲者的创作灵感。     在当时波表声卡价位较高，而软波表又有许多局限的情况下，一些专业人士和发烧友开始将眼光放到波表升级子卡的身上。只要有一个WAVETABLE的升级扩展接口，您就可以在老的ISA声卡上加这么一块波表子卡，它给您带来的将是专业级的合成效果。但其价格同样也不便宜，一般在1000-2000元左右。比较著名的产品有YAMAHA DB50XG和ROLANDSCD-15。CREATIVE也有一款，但相对效果较差。波表子卡在港台比较流行，国内一直少有货源。而且随着98年PCI声卡的崛起，波表子卡已经没有更大的发展空间了。 [:V:]

5.DLS技术的运用

    PCI声卡的问世和普及带来了波表合成的一次小小“革命”，其关键在于DLS技术的运用。DLS全称为“Down Loadable Sample”，意为：可供下载的采样音色库”。其原理与软波表颇有异曲同工之处，也是将音色库存贮在硬盘中，待播放时调入系统内存。但不同点在于运用 DLS技术后，合成MIDI时并不利用CPU来运算，而依靠声卡自己的音频处理芯片进行合成。其中原因在于PCI声卡的数据宽带达到133Mb/秒，大大加宽了系统内存与声卡之间的传输通道。从而既免去了传统ISA波表声卡所要配备的音色库内存，又大大降低了播放MIDI时的CPU占用率。而且这种波表库可以随时更新，并利用DLS音色编辑软件进行修改，这都是传统波表所无法比拟的优势。

三、波表合成效果浅评

    随着 PCI声卡迅速取得市场的主导地位，无论是软波表还是波表子卡都变得逊色不少。YAMAHA公司99年推出的SYXG-100大有软波表终结者的味道，而波表子卡这一被时代所淘汰的产物，也好像早已销声匿迹了。在这种情形下，对于MIDI比较感兴趣的用户显然比较关注PCI声卡在波表合成方面的功力。笔者认为从横向比较来看，不同品牌型号的PCI声卡，在MIDI方面的表现良莠不齐。即使是将总体效果都比较出色的几款产品放在一起进行试听比较，在不同曲风乐曲的表现力上，也会有所差异。换句话说，各种波表都有它自身的特色，也有自身存在的不足，就如同世上没有一套发烧级音响系统是十全十美的一样。用户们究竟如何选择要结合各种波表自身的特点以及用户自己喜好的音乐类型而定。
   
    笔者收集有各种类型的MIDI音乐近万首，从中选出一些比较具有代表性的乐曲，用时下主流PCI声卡以及最新的波表软件进行了试听和比较，下面就结合我自身的感受，简单评价一下各种波表的优劣。

1.软波表效果评定

    鉴于软波表在技术上与PCI声卡采用的合成手段有相同点，且最新的几款波表软件在合成效果上颇为出色，与硬波表也有一拼，所以笔者首先对几款流行的软波表进行评测，也作为对硬波表评定的比较标准。

a.中山裕基的Wingroove

    Wingroove 出自日本人中山裕基之手，完全是个人作品。它提供了1MB的音色库采样，支持128复音和GM、GS标准，支持从11KHz-44KHz四种采样率和两种特殊效果。在采样率较低的前提下，在486 CPU上就可实现比较流畅的合成效果。但由于波表库较小，乐器采样较差，造成打击乐器力度不足，某些乐器的高音音域出现明显的走调和颤抖。即使如此，它的表现仍然要远远好于FM。

b.COWON公司的JET-MIDI

    COWON公司是一家从事多媒体软件开发的公司。由于不是专业的MIDI乐器制造商，他们开发的这款软波表在乐器采样上同样不尽如人意。虽然容量达到2MB，但效果也不好。与Wingroove相比，JET-MIDI只支持64复音，且对机器的配置要求也过高，建议需要MMX200以上的CPU。

c.ROLAND的VSC系列

    ROLAND 的软波表颇具大家风范，从最初的VSC-55到今天的VSC-88，ROLAND在波表软件的开发上颇下了一番功夫。最新的VSC-88 2.1支持128复音、四种特殊效果，2MB的波表库也具有专业水准。由于ROLAND在MIDI界影响广泛，许多专业作曲者都使用ROLAND的音源，所以许多优秀的MIDI音乐作品都遵循ROLAND开创的GS标准。因此VSC-88最大的优势就在于它完全实现了GS标准，使得整体合成效果异常出色。但与专业的大容量波表库相比，其附带的2MB音色还稍闲淡薄了一些。

d.YAMAHA的SYXG系列

    YAMAHA 是唯一可在电子乐器界与ROLAND一比高下的厂商，在软波表领域也是如此。YAMAHA的SYXG系列从20、50、70发展到最新的100，版本几经升级，如今已经非常成熟了，从各个方面表现来看SYXG-100无疑是当今最为先进的软波表。首先值得称道的是YAMAHA独门创立的XG标准。它提供了一整套音色变化的手段，富于MIDI乐曲更多的幻想空间。听听看软件附带的符合XG标准的MIDI音乐，每一首都各具特色。如果用GM、GS音源来听，就没有这种韵味了。而且SYXG-100附带的播放器也十分了得，它提供了诸如大厅、舞台、旋转等8种环境变化，同时又提供了钢琴、弦乐、打击乐器等8种曲风，可谓“变化多端”，十分有趣。当然SYXG-100也还是存在着眼下软波表的一个通病：音色采样库较小（2MB）。造成在打击乐器方面虽然力度感不错，但真实感不强；高音部分偶尔还会出现走调和破裂。即使如此，SYXG还是通过了大量的有效的运算和富于想象力的变化，弥补了这一不足。
    从总体来看，ROLAND与YAMAHA的两款产品效果比较好，音色表现各有千秋。如果您使用的还是诸如ESS688之类的FM声卡，一时也没有要升级到波表声卡的计划，那么装一个软波表试试，它会令你的古董级声卡焕发青春，起码是在MIDI的方面。

2.主流PCI声卡MIDI合成效果评析

     谈完软波表后，回到我们的焦点——PCI声卡，看看如今主流的声卡产品在波表合成方面与软波表相比，是优是劣。

a.采用YMF-724芯片的声卡

    YMF -724芯片是由YAMAHA公司所开发的，所以它所提供的硬波表正是脱胎于SYXG系列软件，无论是从技术指标还是实际试听效果角度来看，两者都没有多少区别。唯一的差异在于硬波表可以获得192复音的支持（64硬件+128软件）。我们可以将YMF-724芯片的波表理解为“硬化”的SYXG- 100。由于采用724芯片的声卡售价较低，一般在100-200元之间，所以对于MIDI比较感兴趣的普通用户完全可以选择它。比较好的品牌型号主要有中凌雷公3DS724A和花王SV550。

b.采用ES137X芯片的产品

    这一系列芯片出自ENSONIQ公司，包括ES1370、ES1371和ES1373几种，主要被运用在CREATIVE的低价PCI声卡——SB PCI 64和ENSONIQ AudioPCI上。在波表性能上这两款产品是相同的，都支持最大8MB的GM、GS音色库和64复音（32硬件+32软件）。由于ENSONIQ公司是一家长期从事MIDI键盘和MIDI设备的企业，所以它所制作的波表库较具专业水准。笔者加载了2MB、4MB、8MB三种音色库分别进行试听比较，发现 2MB音色在打击乐器方面明显缺乏力度；而改用4MB音色后，则很好的克服了这一缺陷；8MB音色在一些细节方面的表现更为完美。通过以上比较也充分体现出大容量波表的优势所在。与YAMAHA波表的音色相比，ENSONIQ的波表在诸如鼓、贝斯之类的打击乐器和低音弹拨乐器方面有较大的优势，但对于乐曲的整体表现能力尚显不足。

c.SB LIVE！系列

    SB LIVE！系列是眼下最为炙手可热的声卡产品之一。环境音效支持、多声道环绕输出等等高新技术的运用，使得它成为PCI声卡中的佼佼者。那么它的MIDI 表现又如何哪？SB LIVE！系列采用EMU公司非常成熟的SOUNDFONT（声音样本）技术，对MIDI进行合成处理。其实SOUNDFONT与WAVETABLE有着相同的含义，但区别在于SOUNDFONT并不是固定不变的，用户可以对它进行定义。我们可以将诸如中国传统民族乐器、非洲部落乐器这类传统GM、GS音色库中无法找到的乐器采样加载到系统内存中，（最大支持32MB的音色库缓存）使得SB LIVE！拥有处理这些音色的能力。因此SOUNDFONT技术是波表合成的有效扩展，大大加强了SB LIVE！的MIDI处理能力。当然这些扩展音色库需要额外下载或购买。
    但遗憾的是，厂家为SB LIVE！系列提供的GM、GS音色库却没有什么特别之处，即使加载最大的8MB的波表，也表现平平。虽然单个乐器采样显得非常真实，但在合成播放时的感觉似乎显得有些零乱，某些乐曲还会出现轻微的音量混乱。总体感觉与ES137X芯片附带的波表差不多。这些表现与SB LIVE！的高贵身份有些不符合，令人比较失望。最近从网上下载了一位韩国朋友制作的32MB波表库，为SB LIVE！搭配上，但效果也不理想。希望CREATIVE能够想办法改进。

    其他PCI声卡所提供的波表库则没有令人兴奋的地方，中规中矩，缺乏特色。

3.综合评价

     通过简单的试听比较后，我发现在时下众多的软、硬波表中难以找到一款十全十美的音色库。以ROLAND VSC-88和YAMAHA SYXG-100为代表软波表，提供了一流的整体效果，在回放符合自己标准的MIDI文件时，对乐曲的渲染效果颇佳，表现出比较明显的合成特色。但是软波表普遍存在音色库过小的弊病，使得某些乐器采样失真。而主流PCI声卡提供的波表库虽然容量一般可达4MB乃至更高，音色纯正，但整体效果却要差于某些软波表。分析其中原因，主要是由于软波表并非一味通过加大波表的音色库来达到最终的合成效果，而是加入了各类有效的辅助运算，达到了整体的和谐。而硬波表在这方面则下的功夫不够。

   总体评价，各类波表各有特色。硬波表中还是SB LIVE！最好，它在表现力度感较强的MIDI时有优势（虽然缺点也不少，但考虑到它的扩展性，还是值得购买的）。另外YMF724也是不错的选择。而在软波表中VSC-88与SYXG-100不相上下，在听GS格式以及古典曲风的乐曲时VSC-88比较占优势，而听XG格式和流行曲风的MIDI， YAMAHA比较适合。当然这只是笔者初步的评价，不可一概而论。但愿日后某个波表可以达到单个乐器采样与整体合成效果的完美同一，那时MIDI回放效果将得到进一步的升华。眼下的最佳方案是选用SB LIVE！声卡，再安装两个软波表。

尾声

    从以上评测不难看出，现今的波表合成技术在个人电脑上的运用还存在着多多少少的缺陷。虽然与以前的FM合成相比，效果大为改进，但与专业的MIDI设备还有差距。况且波表合成技术本身也有不少的局限性，它不能表现出真实乐器的某些神韵，譬如：吹奏乐器的气流变化和音色的强弱均匀度。总之效果远未达到MIDI合成的顶峰。
    随着科技的发展，一种称之为“物理模型合成”的新技术已向波表合成提出挑战，它可以富于固化的波表音色以新的生命力。其中一些有效的合成手段，已被一些厂商所接受。相信新一代的合成技术可以让小巧MIDI乐曲演艺出更为神奇的旋律。

写得好！
。。。。。。。。。。