论计算机音乐与计算机作曲

晨风

论计算机音乐与计算机作曲

作者：吴粤北

一、计算机音乐的发展

计算机音乐(Computer Music)的出现已有40多年的历史,它与更早出现的电子音乐(Electronic Music)有着亲缘关系。早期的电子音乐实验室主要包括不止一台正弦波信号发生器、白噪声信号发生器、矩形波振荡器、滤波器、环形调制器、可变速录音机、动态抑制器,以及用于记录控制信息的纸带打孔机等设备。通过这些设备可以合成许多世界上不存在的声音(乐音和噪音),也可以对从现实生活中采集的数百种声音片断进行剪接、变速、变音高、逆向播放、模拟回声等多种形式的变形,相当于传统音乐写作时的主题发展手段。这些手段的综合使用会产生意想不到的音响效果(不一定是大多数人所熟悉的音乐)。由于演奏设备庞杂、笨重、安装复杂,而且又不能与音乐家所习惯使用的乐器相连接,因此对这种音乐,音乐家很难直接进行常规演奏,很少在音乐会现场演出,并且同一作品不可能准确地演奏第二次。一般在音乐会演奏时,是事先将经过电子剪辑、制作的主体音响通过录音机记录下来后,再与音乐家合作进行所谓的"实况演出"。演出常用的乐器有电颤琴、电子琴和其它光电乐器,有时还可能加入常规乐器,又称声学乐器。早期的电子音乐实际上是一种行为艺术,创造音乐的过程比最终的音响产品更受作曲家(同时也是演奏家)和音乐评论人的重视,也更具有审美价值。

美国人Robert A. Moog于1964～1965年发明了世界上第一台模拟式声音合成器,取名微型穆格(Mini-Moog)。它从庞大的电子设备演变为一部适合巡回演出的"乐器",而且音色变化多端,令人震惊。这是电子音乐的一场革命。这一发明极大地扩展了电子音乐家想象的空间和施展才华的天地,拓宽了电子音乐应用的范围。到这时,才出现了真正用电子设备进行富有音乐想象力创作的作曲家,所创作的电子音乐才有可能走出实验室,进行现场"再现式"演奏,从而使电子音乐正式登上历史舞台。 60年代初的电子合成器使用模拟式压控电路技术,每个琴键可以送出一个对应值电压给压控振荡器(VCO),使之发出一个对应音高(或称频率)的正弦波纯音。这个纯音受包络发生器(EG)的控制,改变其频率和音高;变形后,送往压控放大器(VCA)进行处理,改变纯音的响度。VCA根据演奏者按键的力度,将VCO送来的信号放大输出。上述多套电路同时使用,即可产生振动循环周期不同并叠加在一起的复音,即乐音波形。使用滤波器调整复音频率临界点,实时改变复音(波形)中所包含的谐波成分,使其产生音色明暗变化和音质变化(比如木质音色变为金属音色等)。演奏时,通常还要叠加一个或几个低频振荡器(LFO),通过对原波形的调制产生出波动的效果,使其听上去既可以很怪,也可以有点人情味。这种早期合成器的音色改变一般是在现场通过控制电路开关和旋钮直接调制的,也有通过纸带打孔后进行自动控制演奏的。但绝大多数设备不具备音色记忆能力,无法存储预先编制好的音色,而且多数电子乐器也不具备与计算机连接的能力。那时的计算机由于体积过大、价格昂贵,无法进入实用阶段。后期的模拟合成器增加了音色记忆库和计算机接口。刚开始时,由于接口没有统一标准,不同厂家的合成器不能进行通信,不利于音乐家混合使用多个厂家生产的合成器进行演奏。

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70年代初,大规模集成电路的发展推动了计算机的进步,不仅有了经过改良的模拟式合成器,而且发明了数字式合成器。使用最为普遍的数字式合成器有两种类型,一类是FM调频合成式,另一类是采样回放式,或称波表式合成器。FM数字调频合成法是由John Chouning在美国斯坦福大学研制出来的,后来日本YA-MAHA公司于1980年取得使用权,并在1982年推出了令人兴奋的DX系列音乐合成器,如著名的DX5、DX7、TX-81Z、TX802等。它们使用4～6个以不同数学模型串接在一起的振荡器(不同的串联、并联和环调方式),产生出24～32种基本波形,通过对频率和振幅的包络调制,合成出千变万化的音色。其主要优点是可以制作出世界上没有的声音,这种音响往往具有超时空的感觉,并富于变化,特别受电子音乐作曲家和摇滚乐乐手们的青睐。其主要缺点是很难制作出现实中真实的声音,一般使用者难以掌握其音色制作技术,更不适合要对传统声学乐器进行模仿再现的作曲家。

由于音乐家对音色的仿真要求,采样回放和直接采样合成器应运而生。脉码调制(PCM)的出现使早期的FM技术在通用型音乐制作中失去了昔日的风采,但它在今天我们所熟悉的形形色色的声音卡中还发挥着很大余热。现在已有Roland公司的LA线性算法合成器,KORG公司的AI高级集成式合成器,AKAI、E-MU、ENSONIQ、KURZWELL、YAMAHA和PEAVEY等厂家的采样器和采样回放式合成器,以及当前最先进的声学模型合成器(如YAMAHA的VL-1)等。采样器与采样回放式合成器的不同之处在于,前者可以直接采样并进行声音合成,而后者只能利用厂家已经采样并预安装、或用户安装在机内的只读存储器和随机存储器中的基本波形进行声音合成。

采样与回放合成的基本工作原理是:利用数码录音技术对声学乐器、电子乐器和其它自然、电子效果声音进行采样。即使用话筒或音频线路,通过A/D转换器进行信号转换,将模拟信号调制为脉冲码信号,并以二进制码比特1和0加以表示,录制成一个短小的片段音响???波形数字文件,文件的容量以字节表示;波形经过数字信号处理器(DSP)和多频段滤波器等环节的处理后,成为音色;通过MIDI控制设备(如MIDI键盘和其它MIDI控制器)的触发,采样器将内存的音色瞬间播放,发出完全真实的,也可以是大幅度变形的音响。其主要优点是能真实地再现原有波形音响的基本特征,同时也可能创造出新的音色源。其不足之处在于当前的"演奏控制机制"还不够强大,声音随演奏者的有意识控制而渐变的能力不足,这一点将随着计算机技术的进步、特别是大规模集成电路的发展而不断改进。真正适合一切音乐家的电子乐器也许永远不能诞生,但计算机音乐最终具有以假乱真的能力是勿需质疑的。

1983年8月,合成器生产的主要厂家(如YAMAHA、ROLAND、KORG和KAWAI等)在日本举行了一次重要的国际会议,制定了今天我们还在使用的电子乐器统一通信标准协议???MIDI1.0技术规范。MIDI是乐器数字接口(Musical Instrument Digital Interface)的缩写。MIDI 1.0技术规范规定了统一的电缆和插座的规格和标准,采用数据传输率为31.23千波特的串行接口,接口通常定为MIDI IN/OUT/THRU三种形式。计算机与MI-DI乐器通信时,可利用RS-232串行接口,通过转换与电子乐器连接,也可另配专用计算机MIDI接口卡,或配置具备MIDI接口功能的声音卡,并通过专用的事件控制器或音乐序列程序来指挥、调度那些具备MIDI接口的电子乐器和音乐设备协同演奏。MIDI事件不包含音响信息,只包含控制音源设备的演奏信息,如按在哪个琴键上、按键时间多长、以多大力度弹奏、按键的同时是否要加入滑音、颤音和强弱表情等。它就像机器人记录了某位演奏家演奏某作品时弹钢琴的动作,而非音响;日后,机器人可以在任意钢琴上再现这位演奏家的风采。

当然,音源设备识别控制信息的能力和音色发音的质量会影响到再现演奏家的光辉形象。目前,MIDI 1.0扩展协议和2.0技术规范已经出台,更听从音乐家调遣的MIDI乐器正在孕育之中,更丰富的音色(逼真度和个性)、更大限度的控制乐器能力,以及增加"同时发音数"是MIDI 2.0规范的主要内容。

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二、计算机作曲的应用

80年代后期,尤其是进入90年代,随着计算机技术发展和价格下跌,个人计算机进入普及阶段。与此同时,计算机音乐音响制作和辅助作曲程序、尤其是能为非计算机专业人员所接受的音乐序列器已经开发并投入商业使用,使具有真正意义的计算机作曲得以迅速展开。

计算机作曲主要包括以下三个方面:

1.计算机音响合成 计算机科学在音乐中首先占领的是音乐音响制作与传播的阵地,主要用于数字音响剪辑和后期自动化合成。对其中的一部分工作(如电子剪接技术),有人称之为"作曲",但它距传统的作曲概念还有一定的距离。对习惯于传统创作方式的作曲家来说,直接利用音响素材(纯音、乐音、噪音和自然音响)在计算机波形处理程序中"制造音乐"是难以接受和胜任的,其乐谱或程序也没有一致的法规。不过,目前已有一些直观、方便的图形化多轨音频编辑软件不断涌现,其波形频谱图也多少具有传统乐队总谱的感觉。采集和剪辑音响的本身就是作曲,乐谱便是音频编辑软件所展示的多轨波形频谱。在这里,一个采样或制造的波形或片段音响便是音乐的"主导动机"。你可以对主导动机进行类似传统作曲的展开(如重复、移位、倒影、逆行、扩展、压缩、变调、对位和叠加);可以设计背景、中景和前景音响层;同时,配合使用各种特殊效果(如延时、混响、反向门、失真效果和低频振荡器发出的随机波等手段),就有可能创造出多姿多彩的音响产品。假如它们还不算难听的话,完全有资格称其为音乐。

如果有兴趣,还可以通过专业计算机程序转换软件将其转换为机器码打印输出,成为所谓的"乐谱";或者进行示意性、象征性或科学性表述,以书面形式传递音乐信息。这种作曲方法特别适合电子音乐作曲家对音乐音响的探索和研究,这类作品的音乐创作和音响制作是不可分割的。

2.计算机人工智能作曲 利用音乐家和计算机专家的专门知识开发出的音乐自动生成系统,可直接使用计算机初级、高级编程语言编写,并通过专门的数字音频与MIDI通信接口,对与之相连的数字音源系统和电子乐器进行逻辑的、随机的、人工智能化的控制。比如,先输入几个音符作为可以进行音响"繁殖"的"细胞",再选择预先规定的某一数学模型,并确定一些变量参数,使其变形、繁殖、自动生成为类似某一音乐家风格或某一地域、民族风格的作品,或是根本无法想象的音响作品。其编写的源程序相当于传统作曲家的乐谱,而音响的自动生成则相当于演奏家的表演。作曲家(也可能是科学家)的乐趣就在于编写音乐程序本身和程序被自动演绎的过程之中,纯属个人行为,没有必要将其商品化。

自动作曲方式商品化的结果将是令人尴尬的,真正的音乐作品并不必"多快好省"地进行创作,这就像我们不一定要设计出机器人足球队来取代现在的足球队参加奥林匹克比赛一样,艺术家本人的创造性与表演才华才是人们关注的焦点。如果所创作的音乐是电脑音乐游戏或商业背景音乐,甚至是通俗音乐,则另当别论。制作商业音乐的人完全可能利用专家系统或智能编配系统,给定主题或主旋律,让计算机进行乐队基础部分的配器,快速完成自动生成、模式链接及触发音源等工序,最终完成整个音乐音响的制作,以获得事半功倍的效果。目前,已有许多这类人工智能编曲系统投入商业性使用。

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3.计算机辅助作曲系统 它是计算机音乐商品化的结果,是建立在传统乐理和传统思维方式基础之上,以熟悉、友善的面孔出现的一种通用程序。对那些习惯于常规方式的作曲家,无论即兴演奏、还是谱面创作,它都是极为有效的创作工具。辅助作曲系统利用计算机作曲,写作出来的音乐可以是计算机音乐,但更方便的是写作常规音乐。系统的中心是MIDI音序器(软件或硬件形式),并配置MIDI通信接口、音乐数据输入设备和发音的音源设备。使用MIDI音序器内多种方便的输入方式和编辑排版功能,可以快速地录入、编辑音乐信息,并将乐谱、音响同时输出。这样,计算机变成了方便、实用的音响合成器与乐谱处理器,把作曲家从繁重的写谱、抄谱(绘谱)、乃至作品试奏的困扰中解脱出来。它对喜欢直接进行音响合成的电子音乐作曲家也有一定的帮助,尽管他们中的许多人还不太习惯使用这一系统。其实,MIDI作曲程序中的音频编辑功能已变得越来越强大,使得MIDI音乐中可直接加入电子音乐的成分,即数字波形录音、编辑功能。可使用MIDI音序器内部的波形处理程序、或能与MIDI音序器同步的波形音序程序对采样波形进行预制、变形及发展。还可在MIDI文件播放的同时,利用高级音序程序中带有的多媒体控制接口(MCI)功能对预制的多媒体文件(如波形文件、图像文件和文本文件等)进行实时调用。不仅如此,利用专用系统信息功能还能对MIDI合成器的音色及演奏法进行实时渐变控制,以获得更接近真实的演奏效果。 "计算机音乐过于机械,不具备人的思想感情",许多人抱有这样的疑虑,甚至是偏见。其实,这是对计算机的一种误解。计算机什么也不是,但它可以什么都是。你输入的信息多,它处理的信息就多,输出的信息也多。早期的计算机由于其运算和处理数据能力差,不可能实时完成过多的处理工序,作曲家的许多微妙设计无法实现,但这一点正在不断完善之中。人的感情从麻木不仁至激情澎湃是千差万别的。感情是指人们情绪的变化过程与程度,多少具有仪器可测的物质量,只要有量变,计算机就可以完成对它的再现。况且,计算机所做的一切工作都遵从具有感情的人的指令行事,条条指令折射出作曲家(程序设计者)的人生观、世界观和艺术观。另外,计算机辅助作曲的乐谱可以是计算机演奏的音乐,也可以是演奏家实况演奏的音乐。作为计算机演奏的音乐,要求作曲家对音乐的想象和对计算机MIDI技术的了解、对键盘演奏技术的掌握以及对音源设备的使用做到完美结合,才能避免所制作的音乐出现机械感。作为由演奏家演出的音乐,作品本身的写作水平固然重要,但更重要的是演奏家,作品的解释权属于他们。演奏家的想象、理解和实现能力将决定音乐的感染力。计算机辅助作曲只是将计算机作为一个工具来对待。使用计算机文字处理系统写作出来的小说,我们从来没有想到它们不包含人的情感!计算机替代的只是作家手中的纸和笔。一个音乐大师富有情感和内涵的经典之作被一个初学钢琴的人演奏得面目全非是常有的事,其责任肯定不在于作曲家使用什么工具来创作,也不在于演奏者使用电子的、还是传统声学的乐器来演奏。计算机音乐是否具备感情,关键在人,不在物。计算机辅助作曲系统就是当代作曲家手中的纸和笔,或许还是一个交响乐队! 电子音乐和计算机音乐的记谱一直五花八门,各行其道。大多数作品只给演奏家一个构思的草图或蓝图,称为实现谱。它包括主要的演奏媒体和控制方式等信息,如频率、音量、时间(节拍)、变形方式(波形改变与曲式变奏)、演奏手段和演奏方式等基本要素。多数作品往往是在音乐合成后才由制作者或作曲家根据实际音响重新记谱,甚至是由他人完成乐谱整理的,这种谱称为再现谱。记出的乐谱有可能符合一定的传统规范,以便音乐研究人员能更好地理解作品,但大多数乐谱对一般音乐人来说如同天书。电子音乐信息的表达方式,或称记谱法,亟待我们去统一、解决。  

（全文完）