Вашему вниманию предлагается цикл популярных статей по основам компьютерной
музыки. В статье "ДО" (по названию первой ноты звукоряда) говорилось о
требованиях, предъявляемых к персональному компьютеру и звуковой карте.
Также рассказывалось о двух основных методах
синтезирования звуков в компьютере: об FM-синтезе, основанном на
частотной модуляции сигнала и о WT-синтезе, где используются образцы
живых звуков, сиречь закодированные наборы сэмплов. Этот метод в основном и
применяется в современных звуковых картах.
Были установлены минимальные требования к
компьютеру, позволяющие хоть как-то сносно работать с музыкальными приложениями
(под управлением операционной системы Windows 95), а именно:
Pentium-
100, с объемом оперативной памяти 16 мегабайт и емкостью жесткого
диска около 1 гигабайта, время доступа у которого не более 10
миллисекунд.
Звуковая карта - непременно с WT-синтезом - должна
обеспечивать режим Full Duplex (то есть возможность записи при
одновременном воспроизведении), с частотой дискретизации 44,1 кГц и
разрешением 16 бит стерео.
В этот раз мы поговорим о форматах, в которых
представляются музыкальные данные, о MIDI интерфейсе и о спецификациях GS и
XG, о плюсах и минусах виртуальных синтезаторов, а также... В общем, какая там
следующая нота после до? Правильно -
РЕшив серьезно заняться компьютерной музыкой, вы
наверняка вскоре обнаружите, что те минимальные требования к РС, о которых
говорилось выше, мягко говоря, не выдерживают никакой критики. Особенно,
если вам вздумается поработать с "живым" звуком (или, научно выражаясь,
оцифрованным). Почему же так?
Как известно, звук по своей природе относится к
аналоговым сигналам. В компьютере он представлен в цифровом виде; эту операцию
и выполняет аналого-цифровой преобразователь (АЦП) звуковой карты. Непрерывный
сигнал разбивается на очень маленькие порции - отсчеты, во время которых
измеряются значения их амплитуд. Чтобы в процессе преобразования не потерять
верхние частоты (а человеческое ухо слышит звуки до 20 кГц), количество
отсчетов должно быть хотя бы раза в два больше. Отсюда, кстати, и получается
необходимая частота дискретизации = 44,1 кГц. То есть амплитуда звукового
сигнала измеряется 44100 раз в секунду!
Эти измерения в свою очередь требуют определенной
точности - иначе будут утеряны слабые сигналы. Вполне приемлемая точность
достигается, если каждое значение амплитуды фиксируется 16-тибитовым числом.
Отсюда, кстати, и возникает необходимая величина разрешения звуковой карты =
16 бит (или 2 байта).
Нетрудно теперь подсчитать, что для преобразования
одной секунды "живого" звука в цифровой вид потребуется: 44100 ´
16 = 705600 бит, или чуть больше 86 килобайт памяти. Минута звучания уже
будет занимать 86 ´
60 = 5160 кб, то есть около 5 мегабайт. При записи стерео сигнала,
передаваемого по левому и правому каналам, потребуется 10 мб. И это только на
минуту звучания! А если песенка длится в среднем 3-4 минуты? И таких песенок
добрая дюжина? Вот и "набегает" порядка 500 мегабайт, что сопоставимо с
емкостью CD-ROMа! При таком раскладе половина гигабайтного винчестера
запросто может уйти на "живую" музыку.
Отсюда простой вывод: хотите работать с
оцифрованным звуком, запасайтесь винчестером емкостью 6-8 гигабайт.
Между прочим, такая величина уже становится стандартом. Следует также
запомнить, что звуковые файлы на нем чаще всего будут иметь расширение *.wav
(очевидно от wave - волна). Забегая вперед, нелишне отметить, что работа с
wave-данными, особенно в реальном времени, требует и весьма существенного
быстродействия РС. Даже Pentium-200 MMX не всегда успешно справляется с
подобными задачами.
Но не вс╠ так печально! Создавать и слушать музыку
на компьютере можно и в другом универсальном формате, имеющем расширение
*.mid (очевидно от MIDI - ... а впрочем, что это за зверь такой?).
Давайте сперва углубимся в недалекую историю.
Появление первых синтезаторов совершило в музыке настоящую революцию. Мало
того, что синтезатор мог создавать звуки, которых доселе не существовало в
природе, очень скоро он научился имитировать и звучание реальных инструментов.
Но подлинное чудо ожидало музыкантов, когда к синтезатору, как любят выражаться
детишки, "приделали" запоминающее устройство. Так получился секвенсор.
В чем же его заманчивая прелесть? Все мы
когда-нибудь что-нибудь записывали на магнитофон. Ну, записали, допустим,
песенку, а что с ней дальше делать?.. Фактически ничего, кроме как
жизнерадостно прослушивать с любого места (постепенно замечая, что качество
записи неотвратимо ухудшается).
Не то дело с секвенсором. Он точно запомнит не
только последовательность всех сыгранных нот (недаром его название происходит
от латинского sequentio - порядок, последовательность), но также их
длительность, громкость, тембр и даже расположение в звуковом пространстве -
так называемую панораму.
Но самое главное: секвенсор позволяет
редактировать любую ноту, то есть изменять по желанию все музыкальные
свойства звука, перечисленные выше. Кроме того, с его помощью можно
добавлять, перемещать, копировать, удалять целые пассажи - в общем, секвенсор
оперирует нотами (в физическом смысле звуками) так же гибко и легко, как
текстовый редактор обращается с буквами. Прикиньте, смогли бы вы проделать
подобные чудеса с магнитофонной лентой, которую только и можно, что разрезать
да склеить? То-то!
Разумеется, едва лишь компьютерная техника
достигла должного уровня, как программные секвенсоры не заставили себя ждать.
В отличие от аппаратных синтезаторов, они оказались многотрековыми.
Трек - это отдельная (обозначенная номером или именем)
последовательность сообщений типа "Note On - клавиша нажата" или "Note Off -
клавиша отпущена", равно как и другие полезные сообщения. Заодно указывается:
какая именно клавиша была нажата (высота звука), с какой силой (громкость),
как долго она удерживалась (длительность), а также некоторые другие параметры.
Таких треков в программном секвенсоре может быть
не один десяток и на каждом из них записывается отдельная партия
соответствующего инструмента. Когда они проигрываются вместе, то получается...
целый оркестр!!!
Во всем этом великолепии была лишь одна загвоздка:
аппаратные синтезаторы выпускались самых разнообразных моделей. Часто
получалось так, что секвенция, созданная для одного инструмента, звучала на
другом совершенно неузнаваемо. В общем, возникла извечная проблема
совместимости синтезаторов как между собой, так и с компьютером. И вот в 1983
году был введен международный стандарт согласования, получивший название
MIDI (аббревиатура от Musical Instrument Digital Interface - цифровой
интерфейс музыкальных инструментов). Отныне любое уважающее пользователя
программное обеспечение обязано поддерживать стандарт MIDI - своего рода
эсперанто компьютерной музыки.
Что же собственно он из себя представляет?
Музыкальный диапазон этого стандарта весьма обширный и составляет 128 нот,
пронумерованных от 0 до 127. Нота до первой октавы, например,
соответствует MIDI-ноте под ╪ 60. Ни один реальный инструмент не может
похвастаться столь широким диапазоном (у фортепиано, как нетрудно подсчитать,
на 40 клавишей меньше)!
Но это не вс╠. Стандарт MIDI содержит 128 так
называемых патчей (от английского термина patch), которые объединены в
соответствующие группы. Патч - это некий компьютерный тембр,
имитирующий звучание либо реального, либо искусственно созданного инструмента.
Патчи группируются по общим признакам: например, духовые инструменты,
струнные, различные звуковые эффекты и тому подобное.
Для передачи звуков используются MIDI каналы.
Всего их 16 - и они образуют один порт. Причем каналы с номерами от 1
до 9 и от 11 до 16 отведены под мелодические патчи. А по каналу 10 передаются
только звуки ударных инструментов (каждая клавиша "отвечает" за свой звук, будь
то барабан, тарелка, хлопок в ладоши или экзотическая кабаса - просьба не
путать с колбасой).
Наконец, количество одновременно звучащих голосов,
а попросту говоря - нот, в каждый момент времени не может превышать 24
(так называемая полифония). В противном случае избыточные голоса
отсекаются. Впрочем, этого вполне хватает для любых серьезных музыкальных
опусов, ибо одновременно по всем MIDI каналам может быть передано 16´
24 = 384 звука! Даже в большом симфоническом оркестре едва ли наберется
столько исполнителей.
Вс╠ выше сказанное относится к спецификации
GM - аббревиатура General MIDI. Файлы этого универсального формата как
раз и отличаются расширением *.mid. Если какая-либо музыкальная программа не
поддерживает этот замечательный формат, а позволяет сохранять данные лишь в
собственном диковинном формате, отказывайтесь от нее немедленно - ведь тогда
вам не удастся продемонстрировать миру результаты своих творческих изысканий!
Хотя вернемся на секунду к wave формату. Не будем
забывать, что это все-таки живой звук, наполненный вашим взволнованным
дыханием или возникший от виртуозных движений пальцев. Кроме того,
оцифрованный звук позволяет производить массу сугубо компьютерных обработок.
И при известных навыках в обращении со специальными программами можно легко
достичь потрясающих эффектов: превратить тонкий голосок в шаляпинский бас
или создать ощущение непринужденного пения под водой.
Обычно после подобных экспериментов возникает
смутная мысль, что лучше живого звука вс╠ равно ничего не придумать, и
стандарту MIDI пора на заслуженный отдых. Уверяю вас, это поспешное и
ошибочное заключение. Следует хотя бы помнить, что в отличие от причудливых
примочек возможности редактирования в формате wave более скромные, нежели
midi-данных.
Действительно, с течением времени музыкального
арсенала GM спецификации стало явно не достаточно для воплощения некоторых
музыкальных идей. И тогда известная фирма Roland предложила модифицировать
эту спецификацию, расширив наборы как мелодических, так и ударных
инструментов. Заодно к ним добавилось немало забавных эффектов, как то: шум
дождя, лай собаки, скрип двери и даже биение сердца. Обновленная спецификация
получила название GS (General Standard).
Но этим дело тоже не ограничилось: не менее
известная фирма Yamaha и вовсе учудила - разработала новую спецификацию
XG (очевидно, от eXtended General), которая позволила значительно
расширить возможности MIDI. Не вдаваясь в подробности из-за нехватки места,
отмечу лишь, что спецификация XG - это отдельная песня, удовольствие для
продвинутых компьютерных музыкантов. Быть может, вам удастся когда-нибудь
постичь все премудрости и нюансы XG, превратив, допустим, патч банального
пианино в некий совершенно неузнаваемый, но бесподобный тембр. Тогда-то и
станет сразу понятно, что стандарт MIDI отнюдь "не отдыхает"!
Но, к величайшему сожалению, далеко не все
звуковые карты поддерживают спецификации GS и XG. Чтобы устранить это досадное
недоразумение, можно подключить к основной звуковой карте дочернюю плату.
Так, например, Sound Blaster AWE 32, поддерживающая спецификацию GM, легко
расширяется с помощью модуля DB50XG. Но это, в общем-то, дорогое
удовольствие.
Есть и другой выход - установка виртуальных
синтезаторов. Такие отдельные программы имитируют синтезаторы аппаратные.
Яркими представителями этого вида музыкального софта являются
Roland VSC-88 и Yamaha S-YXG70 (спецификации GS и XG
соответственно). Однако, у виртуальных синтезаторов есть большой минус: при
их использовании неизбежно возникает задержка в звучании до 0,5 секунды -
даже на быстрых машинах. А значит, игра на клавиатуре в реальном времени
становится невозможной! Отсюда вывод: лучше всего обзавестись мощной звуковой
картой, которая в идеале поддерживала бы все спецификации.
Упомянув о программах, мы вплотную приблизились к
собственно компьютерной музыке, ибо у нас как бы сложились вместе все
компоненты, необходимые для занятия этим увлекательнейшим делом: компьютер,
звуковая карта и музыкальная программа - эдакое триединство новой технологии
в области звука! В настоящее время существует огромное множество самых разных
программ, способных превратить бытовой компьютер даже в полноценную студию
звукозаписи. О наиболее достойных представителях из мира музыкального софта и
пойдет речь в последующих статьях.
