計算機音樂音色人性化技術的現狀分析

摘要：在計算機音樂的發展過程中，音色的人性化問題一直是計算機音樂工程技術關注的重點，當今計算機音樂硬件和軟件技術的發展對于加強音色的人性化表現特征起到了很大的促進作用。本文以計算機音樂音色的人性化技術為切入點，分別從音色，MIDI控制器，音色虛擬演奏工具等方面分析了當前計算機音樂軟件和硬件的人性化技術手段及其特征。

關鍵詞：計算機音樂；音色；人性化；技術

中圖分類號：J614.8 文獻標識碼：A 文獻編號：1004-2172(2009)01-0054-04

在本世紀，計算機音樂技術日趨成熟，從音樂實踐的源頭音樂創作起，徹底改變了人們對音樂的傳統認知。傳統音樂的創作、表演、指揮、錄音和傳播全部可以在計算機上完成。技術發展到現在，用計算機創作制作（由于與傳統創作方式的不一樣，創作者不僅完成音樂的構思，一般還要完成它的音響。作品創作的一系列環節大多由一個人操作相應的設備去控制，所以有制作的含義）的音樂作品已經無處不在，而且許多專業人士和普通受眾基本上已經接受了它。但在藝術實踐中，與傳統音樂作品相比較，人們覺得用計算機音樂技術創作的作品缺乏一定的人性化。從計算機音樂作品創作的特性我們知道，計算機音樂作品的人性化不足的根源主要是計算機音樂音色的人性化不足。與聲學樂器相比，計算機音樂音色的機器的，生硬的音色感知一直困擾著技術工作者、創作者和欣賞者。比如音色的真實性以及美感的問題，音色演奏的人為化問題，虛擬聲場效果的問題。在計算機音樂作品中的具體表現就是音色不真實，缺乏美感；不像真人演奏等問題。而音色人性化不足的問題有制作者制作水平的原因，也有計算機音樂音色的生產技術水平的原因。實際上，在計算機音樂軟硬件技術發展過程中，音色的人性化技術一直是計算機音樂工程技術關注的一個重點。筆者在此將以計算機音樂的軟硬件設備在加強音色的人性化技術手段方面的現狀為例，對計算機音樂音色在加強音色的真實性以及演奏的人性化技術現狀進行梳理和分析。

一、音色的生產技術

（一）從波表音色到采樣音色

20世紀，隨著作曲技法和演奏技法的不斷開拓創新，音樂家們越來越關注音樂的基本物質基礎，音色的創新問題。與此同時，科學技術的發展促進音樂在另一個軌跡上經歷了磁帶音樂、電子音樂和計算機音樂。電子音樂較早時期的主要標志是合成器的發明，合成器的核心部分硬件音源是早期計算機音樂的重要組成部分，而且合成器的編輯功能也是后來硬件音序器和軟件音序器的原型。合成器的制作和編輯功能是合成器一個重要的特點，從當代計算機音樂的觀念來看，合成器實際上就是MIDI鍵盤和硬件音源的結合體，當時的音樂工作站就是MIDI鍵盤和硬件音源和硬件音序器的結合體，因此還不能稱為計算機音樂。隨著技術的發展，軟音源（以物理數據存儲虛擬音色的集合體）開始出現。在它的早期，有wingroov、VSC-88、S-YXG50等軟波表音源，但當時它們的使用局限于播放MIDI音樂，還不能進入專業計算機音樂制作領域。本世紀初，音色的采樣技術成為音色生產制作的核心技術。在生產制作音色時首先都要對原始波形進行取樣，波形本身就是構成音色的基本單位，一個音色可能由一組或是幾組波形進行編輯而構成，早期音色波形容量大部分為6－8MB左右，現在的音色大多是12－16MB甚至更大。如果一臺音源的音色很多，但波形的記憶容量很小，那么它的許多音色可能是由相同的波形編輯而成，并且音色的相同性質就越多，單個音色的特色就會降低，所以說同樣的音色它的容量越大真實性就越強。因此我們知道，在新的音色，采樣技術和物理存儲技術沒有出現之前，采樣音色的物理容量會越來越大，因為這樣才能保證音色的真實性和人性化特征。如早期的Minierhu只有11MB音色比較單一（主要是演奏法較少），最近國產的中國民族樂器采樣音色，盤的二胡音色大到2G。軟件音源的革命性的發展開始于本世紀的Vsti、Dxi、Rtai三類插件式音源的出現，而當今比較常用的有Vienna Symphonic Library、East West EWQLSO Gold Edition、Edirol HQ orchestral、Edirol Super Quartet、Virtual Bassist、Expansion BFD、Steinberg Hypersonic 等音源或音色。軟音源在技術上基本上可以滿足基于計算機音樂系統的音樂創作和制作，在音色上它根本不亞于硬件音源甚至在很多方面超過硬件，特別是音色采樣技術的發展和應用使計算機音色中的傳統聲學樂器的音色具有了最大可能的人性化特征。比如音色本質的真實性，類似真人演奏的特征以及某些音色的真實聲場等。East West EWQLSO Gold Edition（管弦樂黃金版）和Vienna Symphonic Library（維也納交響音色）直接采樣真實樂器的演奏音色，我們使用它制作出的音色就是對真實樂器的還原，特別對于單音來說，它就是真實樂器的音色和真實的演奏。黃金版管弦樂音色附加了聲場效果，加強了它的演奏聲場的真實性。維也納交響音色是干音，可以進行更多的虛擬聲場效果的處理。根據聲音的不同的合成技術和使用方式，我們又可以把軟音源分為波表音源、合成器、采樣器和樂器插件等。另外一類主要由波表技術合成的音色也繼續發展，由于技術路線不一樣，所以它的物理容量不會很大，而且很多我們從來沒有聽過的音色已出現，其中許多音色被人們認可接受并認為有人性化特征，比如Steinberg Hypersonic插件音源的音色。對于這類音色，雖然我們不大可能用傳統的音色分類方法去界定它并認識它的真實性，但它的許多非傳統音色有很好的音色效果和美感。在當代音樂作品中，特別是影視視聽節目中，人們逐漸接受了這種音色，并認為它們具有音色的真實性特征和人性化特點。

（二）從單音采樣到loop的采樣

在計算機音樂中一個音色就是一個采樣，它可以是單音，也可能是雙音甚至是樂句。計算機音樂音色中Loop（循環樂句）是指在音源中一段預置的音色片段，它一般是采樣而來的樂句（不具有音樂中的結構意義）。當演奏它時，這段音樂會不斷反復播放。循環樂段一般都是節奏型或和聲型的，也可能是某些樂器的特殊的演奏樂句，如音階、琶音、和弦。循環樂句給我們的創作帶來了極大的便利，而且從獨立的樂句來看，它的演奏一般非常具有人性化。我們知道，由于技術的原因，當今采樣音色一般都是單音采樣，這些單音音色在組成雙音或旋律時，會出現音頭太硬而造成的旋律缺乏連貫性等人性化問題，而loop采樣是一次采樣一個音色片段，由于這個片段由人一次性演奏，所以與由單音組成的音色片段相比它更有人性化。特別是一些特殊的音樂片段或是演奏技巧比較特別或較難時，loop更能體現它的人性化優勢。 筆者相信在不久的將來，運用旋律進行單音采樣的技術運用會更加廣泛，而用旋律進行單音采樣就是讓單音從旋律中來又回到旋律中去。

（三）伴隨噪音的采集

在聲學樂器中，與樂音同時發聲的還有樂器噪音。即使在樂器制造工業高度發展的今天，聲學樂器本身音色之外的如弦樂的摩擦聲、管樂的氣流聲都存在，這是由它的發聲原理決定的。在音色采樣早期，人們以為只有頻譜一種因素對音色起作用，如用正弦波合成長笛，用鋸齒波合成弦樂，后來逐漸認識到音色的起始時間，延續的強度變化以及混響，伴隨噪音等因素都與音色有密切聯系。而早期的虛擬音色加上技術的原因，對傳統樂器音色的模擬都非常“干凈”而被認為“電子味”太濃。隨著技術的進步，許多音色和音源都添加了噪音效果器。適當的噪音對特定音色的人性化調制有非常重要的效果。如Steinberg The Grand 2 的聲音調節面板中的附加聲音調節，其中可與鋼琴音色附加的有離弦聲、重錘聲、鍵噪音、踏板噪音等。插件音源MusicLab RealGuitar是一款非常優秀的傳統吉他音源，它的人性化噪音設置如下：Fret（手指在琴品品格移動的噪音音量大小和開關），Release（手指離開琴弦的噪音音量大小和開關），Pick/Body（附加的Pick 和吉他琴身噪音音量的大小和開關）。噪音的添加是計算機音樂音色對傳統的人性化的回歸。

（四）單一演奏法到多樣演奏法

由于計算機音樂音色的預置性以及在演奏環節中互動和隨機性的受限等特點，計算機音樂音色除了加強真實性外，演奏法的多樣性也是人性化的重要表現，比如它直接能體現音色的隨機性和動態性。早期的計算機音樂音色演奏法不豐富，有的音色只有連奏和斷奏等少數演奏音色，通過后期可以得到一些其它的演奏音色，但畢竟不是真人的演奏，所以它們的真實性和人性化大打折扣。通過預置盡量多的演奏法的音色，將帶來豐富的、真實的樂器演奏音色，從而加強了演奏音色的真實性并且直接促進音色演奏的人性化。筆者使用的管弦樂黃金版的齊奏小提琴的音色有44種演奏法；但丁銅管樂的dan dean French horn音色有62種，它的多重力度分層效果非常明顯；維也納交響樂音色的獨奏小提琴音色有上百種。當然，這些音色中有些是同一件樂器的音色而有些是同一類樂器的音色，它們分別用于單音音色和多音音色的人性化制作，真實的、多樣的演奏法的音色對于演奏法眾多的，表現豐富的旋律音色來說可以大大加強它的人性化特征。加強音色的演奏的人性化特征的另一技術手段是利用音源的調制模塊進行音色的隨機調制技術。在音源或采樣器上，大多都有改變音色屬性的效果模塊，通過調制我們可以得到更多的我們需要的人性化的音色。

二、MIDI控制器的運用

（一）軟件MIDI控制器

筆者在這里要討論的是通用數據型的控制器，不包括MIDI樂器（也就是音色演奏工具，后面將專門討論）。上個世紀90年代，隨著軟件音序器的廣泛使用，這才是真正進入了我們所要討論的計算機音樂時期，當時比較知名的音序器軟件就是Cakewalk。在當時，硬件音色沒有突破，軟件音色也才起步，根本不能進入專業音樂創作領域。但軟件音序器在創作和制作功能上卻是大大超過了硬件音序器，特別是在人性化功能上有很大提高。其中最值得稱道的是128個通用MIDI控制器的出現，直到今天，它都是計算機音樂人性化技術重要的制作手段。如通用MIDI控制器中的1號控制器可以調節顫音深度，5號調節滑音速度，7號調節音量，10號調節聲像，11號調節表情，71號調節泛音，72號調節釋音，73號調節起音，74號調節音色亮度等。MIDI控制器的主要作用是使音色聽起來更像演奏家在演奏。軟件MIDI控制器在計算機音樂早期音色的人性化技巧上發揮了巨大的作用，它可以通過畫筆對音色的特征進行多次的多重添加和修改，直到音色非常豐富。直至軟硬件技術相當發達的今天，它仍然發揮著巨大的作用，如與硬件結合使用可以發揮更加細致豐富的效果。

（二）硬件MIDI控制器

由于軟件控制器在操作上比較煩瑣，而且不能進行實時錄入，所以硬件MIDI 控制器便應運而生。它可以通過操作硬件控制器的推子、按鍵和旋鈕等設施使軟件內部作出相應的反應。這樣可以避免軟件用鼠標操作的不便，更重要的是能進行實時的處理諸如音量和表情等變化。這樣處理的音樂更加人性化，而且操作本身讓人有人性化的感受。現今使用的MIDI較多，比如較早的有Ezbus，現在常見的有Uc-33以及Roland的SI-24 等。

（三）音色演奏與實時控制（MIDI樂器與MIDI控制器的結合）

音色的演奏工具在某種意義上說也屬于一種MIDI控制器，但由于它在計算機音樂中所扮演的重要角色，所以在本文中對它進行專門的討論。傳統音樂中，音樂的現場演奏是音樂最具人性化的一個實踐環節，后來隨著磁帶和CD介質的發明，雖然不能看到音樂廳的現場表演，人們還是能從音樂中感受到現場表演的氣氛。而計算機音樂的音色（樂器）演奏完全在虛擬的環境中進行。與傳統演奏不一樣的還有我們只能利用僅有的樂器進行演奏，比如MIDI鍵盤、MIDI吹管或其它MIDI樂器。早期人們用合成器或電子琴作為音色的演奏工具，隨著MIDI鍵盤的日趨完善，當今更多制作者趨向于使用專業的MIDI鍵盤。中國研制的UF系列MIDI鍵盤一經上市便受到專業人士的肯定，如今的第二代產品結合了傳統的硬件MIDI控制器的許多功能，它添加了目前MIDI鍵盤主流的其它控制信息，并可直接在琴上調節觸后曲線、力度曲線、觸后通道。MIDI鍵盤一般都有有延音踏板和力度鍵，可實時控制的控制輪以及響應鍵盤分區（keyswetch）和力度分層。這些技術都是為了加強音色演奏的實時性、動態性、隨機性和演奏者的人性化感受。在MIDI樂器的類型上現在又有了可演奏的MIDI吹管、弦樂和打擊樂。從以上的發展歷程可以看出，MIDI樂器人性化演奏技術已經從模擬音色表現音色的心理感受發展到了表現演奏的心理和生理感受，心理和生理的結合正是傳統聲學樂器的演奏特點。根據筆者的推測，MIDI鍵盤在經歷現在的MIDI控制器化后可能在兩方面進行突破，一是鍵盤的力度感知為非線性化，比如起音、持續和釋音全部可由給鍵盤施加不同的力度來實時控制，也可以說時觸后的全面人性化（當然這需要音色進行非線性的力度和音色變化的響應）。二是鍵盤演奏模式化控制，比如一臺MIDI鍵盤還擁有MIDI弦樂器，MIDI管樂器和MIDI打擊樂器的控制功能。

三、虛擬演奏工具

（一）演奏探測工具

音色演奏的另外的一個人性化技術就是音色專門的虛擬演奏工具的發展。維也納樂器（Vienna Instruments）是著名的維也納管弦樂音色資料的最新產品。這套音色資料不僅包含了原有的維也納管弦樂音色資料地平線系列（Horizon Series）和專業版（Pro Edition）中所有的音色，將容量增加到了500GB，同時還增加了一個“演奏探測”（Performance Detection）工具，可以實時調用各種不同的演奏法，免去了以前“演奏工具”（Performance Tool）獨立運行的麻煩。維也納樂器組的用戶可以通過新的演奏探測工具來實時檢測相應的演奏法，并且調用相關音色。它通過探測用戶在鍵盤上的演奏速度、力度、連接狀態等信息，自動調用不同演奏法音色。舉例來說，在一個樂句中，你演奏的長音是延長音音色，演奏的短音則是斷奏音色，而兩音相連時它又會調用連奏音色。這在傳統MIDI制作中至少需要3個聲部錄制3次，而現在只需一次完成。它還是一個開放的系統，可以允許用戶對其中的不同演奏法調用以及力度參數進行各種調整。這個演奏探測工具與VSL以前的演奏工具（Performance Tool，圖1）相比，免去了手工設置演奏法的麻煩，同時也更加容易掌握。這是目前非常先進的演奏法技術，使用MIDI鍵盤管弦樂演奏達到了前所未有的簡單和真實。

圖1Vienna Instruments Performance Tool

人聲被認為是最能表達人的情感的音色，由于有文字的因素，它的演奏（唱）的人性化非常復雜。計算機歌唱音色的人性化是對計算機音樂音色人性化技術的最大挑戰。但如今的計算機音樂技術使制作者又有了可以被自己任意指揮的虛擬歌手。Zero-g正式發布他們的女性歌聲合成器產品Miriam。這是一個成熟的歌聲合成器，使用YAMAHA的VOCALOID Singing Synthesis Technology（歌唱合成技術）制作而成。Miriam可以合成出女性的歌唱聲音、標準的英文、專業級別的音質。Miriam帶有豐富的聲音元素，你可以制作出任何你需要的歌聲。Miriam還帶有顫音模板和呼吸模板，你可以制作出完全自然的歌唱。使用Miriam創建女性歌聲非常容易，而且有豐富的可調參數，比如共鳴、顫音、呼吸音等。中國傳統民族樂器采樣音色的演奏工具采用了一種叫做MVS的多維矢量合成技術。它支持DEF動態表情以及PRF連奏模式，多重力度層，可以細膩地表現出樂器人性化的方面。隨著技術的發展，更優秀的人性化演奏技術和演奏工具將不斷出現。

（二）人性化效果器的應用

這里所說的人性化效果器不是指上面所說的單個樂器的演奏效果器，而是整個計算機音樂作品的風格的人性化效果器（MIDI效果器）。早期比如Cakewalk開發的MIDI實時效果插件Style enhancer micro 1.28 for cakewalk，簡稱SEM11.28。從前面關于計算機音樂和傳統音樂的音色比較我們知道，計算機音樂的發展使音色越來越逼真和具有美感，但演奏的效果卻不盡人意，也就是我們說的沒有人性化。特別是針對樂隊的復合音色和針對不同風格的樂曲時，音色細微的差異更是不容易體現。人性化風格效果器就是通過分析專業演奏家的演奏技法，把它編成程序來處理MIDI數據，模仿不同樂器、不同風格、不同演奏家的演奏，并且有上百個不同的風格庫。Style enhancer 4.0（圖2）風格增強效果器提供了數以百計的各類樂器的演奏風格，軟件通過旋律（MIDI音序）能自動插入速度、力度、音量、彎音、表情等控制命令，使音樂像是某人的真實演奏。

圖2Style enhancer 4.0效果器

在計算機音樂工程技術中，音色的生產技術直接促進音色的真實性和美感，當然，由于演奏的預置性特點，真實性和具有美感的音色也對音色的人性化演奏有間接促進作用。MIDI控制器技術直接促進音色的人性化演奏，也就是使聽者覺得計算機音樂音色像真人一樣演奏（這里也包括非傳統音色）以及演奏者覺得自己在演奏一件具有隨機的互動的人性化的樂器。人性化效果器直接的功能是人性化的計算機音樂作品，同時它對計算機復合音色的人性化效果起到直接的作用。這些人性化技術手段在實際創作制作中的互相結合和互相促進，將對計算機音樂音色的人性化以及計算機音樂作品的人性化起到關鍵的作用。

責任編輯：陳達波

參考文獻：

[1]盧小旭，湯楠，張火.Cubase sx nuendo 電腦音樂精華技巧[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]中國音色在線.電腦音樂-MIDI 交響樂配器法[M].北京：清華大學出版社，2006．

[3]文海良.玩轉軟音源[M].長沙：湖南文藝出版社，2006．

[4]胡澤.音樂聲學[M].北京：中國廣播電視出版社，2003.

[5]湯楠，李然，盧小旭.Midifan電腦音樂技術[M].北京：清華大學出版社，2007.

[6]韓寶強.現代樂器聲學[M].樂器茶坊網，2007.

[7]莊曜.電腦音樂制作觀念[J].音樂研究， 2000(3).

[8]冷岑松.電子音樂中民族樂器的音色仿真問題[J].黃鐘， 1997(1).

[9]韓寶強.我國近代音樂聲學研究概覽[J].黃鐘，2002(1).

[10] 馮堅.電子樂器的音響特征與電子音樂中音色的結構意義[J].黃鐘1997(1).

[11]錢仁平.電子音樂三題[J].黃鐘，2007(2).

[12] 涂立康，湯楠，盧小旭，顏東成.電腦音樂300問[M].北京：清華大學出版社，2004.