多系統平臺協作電子音樂系統研究與實現*

◆楊萬鈞

1 前言

電子計算機技術的發展為數字化的電子音樂（包括計算機音樂）創作提供了技術上的支持，利用強大的硬件處理能力和靈活的軟件設計，使得電子音樂的創作呈現出豐富的方式和手段，也極大地促進了電子音樂的發展。

在過去很長的一個歷史時期中，由于系統間通信及軟硬件接口標準的制約，軟硬件工程師和電子音樂家們致力于開發能力更強的軟硬件，以滿足電子音樂不斷增長的系統需求。這在電子音樂中也出現了一個特有的現象，就是硬件和軟件系統越來越復雜，開發和設計的難度越來越大，價格也越來越高昂，而系統的靈活性則相對較低。對于很多用戶而言，這些復雜軟硬件系統中的很多功能并非是必需的，某些功能對于多數用戶而言使用的幾率很低，而用戶則需要為一些可能很少使用的功能支付更多的成本。對于部分用戶而言，復雜的整合系統靈活性較差，不能滿足其在特定領域中進行藝術創作的拓展和需求。

而作為另一個計算機軟硬件發展的事實是，目前硬件制造技術、網絡通信技術、多媒體技術和接口標準化等相關技術的發展，越來越多的硬件系統可以協同工作，并且能夠以模塊化的方式進行組合運行；操作系統的發展和標準化，使得不同的操作系統之間可以更容易地實現相互通信和控制，在共享數據上的障礙也逐漸消失；不同的系統和軟件之間利用標準的接口協議，可以很容易地進行數據通信，并且可以實現低延遲的數據傳輸和協同運算；同時由于無線通信技術和移動運算技術的發展，不同類型的軟硬件之間可以進行標準化的信號傳遞和控制，實現更豐富的效果。

基于這些技術的發展，利用多種不同的軟硬件平臺來構建靈活、高效、適應性強且成本可控的電子音樂創作系統已經成為可能，并應該獲得更多的關注與應用。

本文試圖從軟硬件系統、創作平臺和通信協議等方面進行分析，以找出利用不同軟硬件系統方便快捷地構建電子音樂創作平臺的可能性。

2 為什么要進行多系統平臺的研究與討論

在討論如何進行基于多系統平臺的電子音樂創作系統構建之前，首先分析一個基本的問題，就是使用跨系統平臺進行創作有什么樣的利弊？需要明確的是，這里的多系統平臺指的是利用多個不同的硬件系統和軟件系統，通過通信設備和協議，充分發揮不同軟硬件系統的優勢，共同完成某個復雜任務所構成的復合創作系統。

之所以要討論多系統平臺的協作，其主要原因在于以下的幾個方面。

任何的硬件系統，其所支持的指令系統是有限的，所能夠完成的功能也是受限制的，不管運算能力多強，任何硬件系統的運算能力也是有限的；由于硬件系統的不同，會造成相同的操作系統和軟件可能在不同的硬件系統上并不一定能夠很好地運行。在過去很多廠商為了更好地兼容不同的硬件系統，在開發相同操作系統和應用軟件時，就需要針對不同硬件系統進行軟件開發，增加了軟件開發中的重復勞動。同時由于硬件的不同，還可能造成同類軟件的不兼容及工作效率的變化。

每個硬件系統的處理能力和存儲能力都是有限的，要提升單一系統的處理能力和存儲能力，通常都需要付出較大的代價。通過多系統的組合，可以在降低成本的條件下，獲得相似的執行效果。

針對不同硬件系統和軟件系統開發的應用程序，通常在算法設計上都能充分發揮軟硬件的功能，獲得最佳的運行效率，充分發揮特定算法和功能在特定系統上的優勢，獲得最佳的運行效率和穩定性。

合理利用不同軟硬件系統的組合，能夠減少重復購置軟硬件，降低軟件成本，而且通過合理的組合，能夠獲得更靈活的系統組合方式。對于軟件開發者，可以減少在不同操作系統下重復開發相同軟件所造成的資源浪費。

使用多系統的協作，可以降低軟件系統和應用程序開發的難度，使軟硬件開發者能夠更專注開發特定功能模塊，提供更穩定可靠的運行環境，并且提供更友好的應用擴展和升級環境。當然，在此過程中，協議標準和預定框架就顯得尤為重要。

不同操作系統可以運行的硬件平臺是不同的，合理選擇硬件系統和軟件系統，可以充分發揮特定系統能力，如Linux系統就可以在微型機之外的系統上運行，包括巨型機系統。通過系統間有效通信，可以充分發揮各系統的優勢，獲得最佳的協同工作效率。

使用不同軟硬件系統構成的協作系統，通常相較于性能強大而功能復雜的單一系統，其成本要低得多，這對于預算有限的用戶是一個非常重要的因素。

3 影響多系統平臺協作電子音樂系統構建的因素

在利用不同軟硬件系統來構建電子音樂創作系統時，會受到很多因素的影響與制約，了解相關的因素，有助于合理利用各種已有的軟硬件資源，并且對其進行合理的組合，在效率和成本、易用性和穩定性之間達到平衡。下面介紹影響多系統平臺寫作電子音樂創作系統構建的主要因素。

硬件系統 從20世紀40年代數字電子計算機發明以來，經過半個多世紀的發展，計算機硬件技術向著巨型化、微型化、網絡化和智能化的方向快速發展，計算機已經滲透到了人類生產生活的各個領域。微處理器的體積越來越小，性能越來越強大，所支持的指令集也越來越豐富，能夠以更小的體積完成更多更復雜的運算。半導體存儲器制作工藝和集成度的提高，使得內存速度越來越快，性能響應更高，價格也越來越便宜，使得大容量的內存成為標準配置，為運行大型的應用程序和電子音樂作品提供了可能。高速外部存儲器技術的發展，特別是基于半導體的SSD固態硬盤的出現，為大數據量的外部數據交換提供了可能，而且隨著系統總線速度的提高，也帶來了外部存儲器讀寫速度的提高，這為進行快速高精度的音頻、視頻采樣處理提供了可能。新型系統總線的出現，特別是PCI-E、USB 3.0及Thunderbolt雷電等新型高速總線的出現與普及，為外部設備之間的連接提供了穩定而高效的技術支撐。

隨著技術和經濟的發展，個人計算機所使用的中央處理器逐漸集中到以Intel和AMD為代表的中央處理器體系下，所設計和制造的個人計算機之間的差異越來越小。過去在PC和Mac之間還有較大的硬件差異，而在今天由于所使用的中央處理器逐漸接近，硬件系統設計也越來越相似，Mac和PC之間的差異正逐漸減小。這為構建更高效的電子音樂創作系統提供了更好的機會。當然，由于Mac相對封閉的一體化硬件系統集成設計，在很多電子音樂應用中仍會表現出更加優異的高效和穩定。

超大規模集成電路技術、移動計算技術及通信技術的發展為移動運算領域提供了新的可能性，在傳統的微型機之外，還出現了基于移動運算技術的平板電腦技術，這為社會生活和電子音樂創作提供了更多便捷的方式。基于iOS系統和Android系統的平板電腦已經成為現代生活的一個重要部分，同時也出現了大量基于平板電腦的電子音樂軟件和控制界面，成為電子音樂創作中重要的工具和平臺。

單片機技術的發展和應用，出現了越來越多功能強大、適用面廣、工作靈活、高度可定制的單片機，使得單片機也越來越多地出現在電子音樂創作的領域中。特別是Arduino（圖1）和Raspberry等開源的單片機逐漸出現和流行之后，利用其開源特性以及高度靈活的定制性，可以用于電子音樂創作中的嵌入式系統和定制控制端的實現，受到越來越多電子音樂家和現代藝術家的青睞。

不同的硬件系統，其設計目的不同，運算能力和穩定性也不相同，在進行電子音樂創作過程中，所能夠實現的功能也會有所差異。因此，在構建電子音樂創作系統時，就需要根據不同硬件的特點，合理選擇硬件平臺的搭配，充分發揮特定硬件平臺的特性及效率，簡化系統的設計，降低整個系統的實現成本與難度，以達到最佳的組合效果。

操作系統 合理選擇操作系統將能夠充分發揮特定硬件系統的能力，并為電子音樂軟件運行提供良好而穩定的系統軟件平臺。

目前個人計算機上包括Microsoft Windows系統、Mac OS X系統和Linux系統三大系列適于用作電子音樂創作的主流操作系統，同時經過多年發展，在這幾類系統中已開發了大量電子音樂創作軟件，其中部分已非常成熟，成為電子音樂創作的主要行業軟件。這三類操作系統各有特點，適用于不同的硬件和場合，能夠提供不同的效率和穩定性。很多電子音樂創作軟件及插件等都是針對特定操作系統而開發，因而要使用特定軟件或插件系統，就需要相應操作系統的支持。比如Logic只能在Mac系統下運行，VVVV只能在Windows系統下運行，而Ardour則只能在Linux環境下運行。盡管部分軟件同時發行多個不同系統的版本，但在實際的使用中，往往還會因為操作系統的特性而略有不同，因而在特定操作系統上應用某些軟件會更加方便，而且能夠更好地發揮操作系統和應用程序的最大效率。

隨著移動平臺的流行，越來越多的電子音樂軟件被移植到移動平臺上，在iOS和Android系統上都出現很多不同的電子音樂應用APP，以及一些可以作為創作輔助工具的APP。類似于iPad的平板電腦相較于傳統的個人計算機，在操控上更加直觀和方便，利用多點觸摸技術可以實現雙手更豐富的控制。同時利用平板電腦提供的多種傳感器，可以成為電子音樂創作中重要的控制器。同時，由于iOS系統和Android系統平臺的統一性和直觀性，可以很方便地通過安裝不同的APP來實現不同的功能。目前，越來越多的電子音樂家和現代藝術家利用平板電腦進行作品的創作，在創作和演出中利用平板電腦進行控制和表演。

除此之外，另一類特殊的操作系統也逐漸出現在電子音樂家的視野中，這就是專門為單片機提供的操作系統。如Raspberry Pi（圖2）以其低廉的價格、穩定的性能，以及高度可自定義的特點，出現在很多電子音樂作品中。而要完成Raspberry Pi的基本功能，并實現與其他系統的通信與處理，就需要為其安裝合適的操作系統。由于Raspberry Pi是一個基于ARM架構處理器的硬件平臺，而且針對小型運算的需求，因而并不適合基于Intel平臺的Mac OS X和Windows操作系統，只能使用專門為其設計的內核定制的Linux版本，這樣可以根據硬件的實際情況充分發揮其功能。

同樣，對于一些特定的單片機系統，為實現嵌入式系統功能，也只能根據需求使用可定制的Linux系統。

Linux操作系統成為目前通用性最強的操作系統類別，可以運行在多種不同的硬件平臺上，包括Intel處理器平臺、Mac平臺、移動運算、單片機等多種平臺上，最新的Linux分支已可以運行在智能手機一類的硬件上。同時，Linux系統對多媒體軟硬件的支持也日趨完善，越來越多的媒體制作工具都開始支持Linux系統，并且很多制作軟件都開始發行Linux版本或向Linux系統移植。基于Linux系統的開源、自由、免費、穩定、可移植、跨平臺等特性，Linux系統將是未來專業電子音樂創作中的重要平臺。

相較而言，Windows和Mac OS X系統作為商業軟件，界面更美觀，獲得的支持更完整，對于很多老牌的電子音樂創作軟件，仍是最適合的創作平臺，仍能提供穩定和方便的使用感受。

隨著硬件能力的增強，利用虛擬機技術，都可以在特定操作系統中模擬其他操作系統環境，這樣就可以很容易地在單硬件系統上實現多系統協作的功能，對于需要分別運行于不同操作系統上的應用軟件，在強大硬件的支持下也可以通過虛擬機技術來實現相互的協作，同時減少不必要的硬件系統開支。

選擇合適的操作系統將為電子音樂創作提供更好的創作體驗。

網絡通信 隨著音頻信號數字化進程的深入，以及音頻控制和通信的增強，越來越多的信號都是以數字信號的方式進行表示和傳輸。為在不同系統之間傳輸音頻和數字控制信號，工程師們開發了多種不同的數字接口，包括MIDI接口、SPDIF接口、光纖接口等，這些接口可以很好地進行信號的傳輸和控制。但這些接口也都存在接口專用性過強、相互之間不兼容、傳輸距離受到介質限制等缺陷。

隨著網絡通信軟硬件技術的發展，越來越多的數字信號開始采用網絡的方式進行傳輸和控制。利用成熟的網絡技術，音頻工程師利用標準的網絡協議和接口，可以方便而高速地進行信號傳輸和通信。同時，由于使用標準的網絡硬件和接口以及國際通用的網絡協議，避免了重復設計硬件接口，重新定義電氣特性，降低設計難度。而且，利用已有的網絡協議和開發標準，軟件設計更加容易，標準化程度更高，軟硬件之間的通用性更強，數據兼容性更好，能夠更好地進行信號的傳遞與數據標準的定義。

在現有網絡技術中，用于音頻信號傳輸較多的是以太網技術，利用成熟的千兆以太網技術，可以進行長距離、高效率的多聲道、高質量音頻信號及混合信號的雙工傳輸。這樣可以擴展音頻系統的規模，擴大整個系統的空間范圍和地理范圍。利用網絡控制技術，可以實現本地或遠程的智能化實時控制，提高整個系統的效率。當然，為實現高質量的通信效果，相關網絡通信和控制設備需要滿足高速而穩定的需求，通常都建議使用專用的千兆以太網交換機、路由器及屏蔽雙絞線等專用材料，以保證良好的通信質量。

隨著無線通信技術的發展，為電子音樂和計算機音樂的創作與表演提供了新的可能性。特別是基于802.11協議族的WiFi技術的快速發展和普及，使得無線網絡成為構建電子音樂系統中的重要一環。通過無線WiFi路由器和AP設備，可以從空間上擴展電子音樂系統的控制范圍，同時免去有線網絡重復布線及設計的麻煩，而且也降低了網絡系統的復雜程度，使網絡構成更加靈活。使用無線網絡技術更重要的一點是可以通過無線網絡及相關的協議，將不同的系統和設備連接在一起。如可以將PC、Mac與iOS及Android等移動平臺設備連接到一起，進行數據通信和控制，使得可以應用和控制的設備更加豐富。電子音樂創作和表演也由此得到更大的拓展，更加豐富靈活，注入更多新的思想和能量。

在網絡通信過程中，通常會根據數據傳輸總量的大小、信道質量高低和所傳輸信息的編碼形式選擇不同的通信協議，通常在容易受到干擾的不穩定網絡進行遠程傳遞MIDI等控制信號時，會選擇較安全的TCP/IP協議，犧牲速度來獲取較高的準確度；而在局域網等信道穩定的網絡中傳遞數字音視頻信號及OSC等控制信號時，則通常會選擇速度更快的UDP協議進行傳輸。

通信協議 要在不同的軟硬件系統之間進行數據的傳輸和控制，通信協議是基本的保障。在電子音樂發展的過程中，根據控制的信息類型的不同，先后出現MIDI、OSC、Jack、AudioBus等不同功能和目的的通信協議。這一類通信協議不同于網絡通信協議，主要是進行數字音頻信號或數字樂器控制信號構建的協議，為數字音頻信號和控制信號的相互傳輸提供基本的保障，并對系統的創建和電子音樂的發展具有重要意義。

20世紀80年代出現的MIDI（Musical Instrument Digital Interface）是在電子樂器中最早出現的數字聲音通信協議之一，也是電子音樂創作中使用最久的協議標準。MIDI被設計用于在數字電子樂器之間進行控制信號的傳遞，以控制不同的數字電子樂器同時進行播放和響應，這些電子樂器可以使合成器、控制器、音源或MIDI鍵盤等設備。MIDI信號中只包含電子樂器的控制信息，不傳遞任何實際的音頻信息，因而MIDI主要是一種控制協議。由于MIDI出現時間較長，而且大多數電子音樂軟硬件設備都支持和兼容MIDI標準，因而MIDI也是目前應用最多的協議之一。隨著MIDI的發展，MIDI除了進行數字樂器控制之外，也可以通過其他軟硬件映射的方式用于進行視頻、燈光、舞臺等的控制，操作方式非常豐富。

但MIDI也有其不足，主要在于MIDI標準定義被提出時，數字音頻還在發展初期，而且由于當時數字處理及通信技術的限制，MIDI標準的數據傳輸速率較低，數據分辨率低，不支持音頻的傳輸，硬件接口與其他標準不兼容，傳輸距離近，等等，這些都是目前使用MIDI協議進行電子音樂創作和演出中面臨的主要問題。

早在20世紀90年代末，很多音樂家和工程師都體會到MIDI的不足，希望能有新的標準來更方便地進行數字音樂通信控制。針對這一情況，加州大學伯克利分校（UC Berkeley）的The Center For New Music and Audio Technology（CNMAT）提出了OSC（Open Sound Control）標準，并于2002年發布了OSC 1.0標準。OSC被定義為一種在計算機、聲音合成器及其他多媒體設備之間進行信息傳遞的通信協議。OSC針對當代的網絡技術進行了優化，利用當代高效的網絡通信技術可以將電子樂器和設備方便地連接在一起，提供了交互操作、準確、靈活和組織增強的功能。OSC為不同設備間的聲音控制和媒體處理提供了高效和方便的標準，主要特性包括開放、靈活、高精度、信息類型豐富，支持服務器和客戶機模式，數據傳輸效率更高，也更加安全。

OSC除了可以實現類似于MIDI的功能之外，還可以用于實時音頻處理和其他媒體處理環境、網絡交互、軟件合成器控制，以及與其他編程語言及軟硬件環境進行交互等應用場合。OSC已成為在廣域網和局域網中構建分布式電子音樂系統、交互式媒體處理系統以及應用軟件開發中重要的協議標準。

在實時音頻處理過程中，電子音樂家和音響工程師還會有更多的需求，比如更加靈活，容易控制，可以對信號進行路由，在不同音頻軟件和硬件設備之間傳遞音頻信號，以及通過網絡進行遠程音頻傳輸和控制等。由Paul Davis開發的JACK（Jack Audio Connection Kit）（圖3）標準就可以實現上述功能。JACK被開發為一個開源的專業聲音服務程序，以客戶機/服務器的模式運行，可以在不同的應用軟件之間提供實時、低延遲的音頻數據和MIDI信息連接。這些應用軟件既可以在同一臺計算機上，也可以通過有線網絡或無線網絡將不同計算機上的應用軟件連接在一起。利用JACK的API，可以很容易地實現跨操作系統平臺的音頻和MIDI的交互連接，用以高效構建電子音樂創作系統。在不同操作系統下的大量音樂軟件都提供對JACK的支持，而且利用JACK的接口，很多不同媒體類型的軟件都可以連接在一起，構建交互媒體創作和表演系統。包括法國GRAME在內的很多研究機構和電子音樂家都利用JACK作為電子音樂創作中的信號傳輸和控制平臺，實現豐富的效果。

編程語言 為了構建跨系統的電子音樂創作平臺，在很多情況下還需要考慮應用于程序編寫的編程語言的問題。在構建創作平臺的過程中，為獲得最好的兼容性以及最佳的協作效果，有時候需要在不同系統平臺下使用相同的應用軟件或組件，以獲得最好的兼容性及通信效果。而部分創作平臺，基于電子音樂家和音響工程師的需求，有可能需要自行編寫特定的應用程序或接口。合理選擇編程語言，將能夠使開發的軟件更好地在不同操作系統之間移植，減少開發的工作量，同時獲得最佳的兼容性和工作穩定性。

從本質上說，大多數的計算機高級語言都是跨平臺的，因為高級語言都是以類似于人類自然語言來表示信息并進行編寫的語言，編寫出來的語言代碼都需要經過編譯之后轉換為CPU可以執行的指令來執行。但在實際的編程過程中，由于操作系統的不同，通常需要使用特定的API或工具程序，以創建符合功能的應用程序。但不同操作系統下，API的工作方式和開發接口是不同的，這樣就造成同樣是使用C或C++開發的程序，在Windows系統下開發的源程序并不能直接拿到Mac OS X系統下進行編譯。因而在進行語言的選擇時，就需要對這些方面加以考慮。

在現代流行的高級語言中，JAVA、HTML等語言從設計之初就考慮到要在不同平臺下運行，這些語言通過中間件或Runtime環境實現在不同操作系統下的運行，以獲得良好的跨平臺效果。JAVA通過中間件的方式可以在Windows、Mac OS X甚至移動平臺上運行，具有良好的跨平臺性。但由于JAVA語言的解釋性，工作效率略低，在開發某些特殊應用程序時會受到一定的限制。

對于必須使用C/C++進行開發的應用程序，為獲得良好的跨平臺特性，則可以考慮使用主流的跨平臺應用程序和UI開發框架如QT等，這樣在特定平臺下開發的源代碼，只需要經過很小的改動，就可以在其他操作系統下使用相同開發框架進行編譯，以獲得兼容性最佳的跨平臺應用程序。

應用軟件 并非所有的音樂軟件都適用于構建多系統平臺的電子音樂系統，因為要實現多系統平臺的協作，需要音樂軟件提供對特定協議和接口的支持，并且能夠有效地根據協議和接口進行信息的處理和交換。前面已經討論過構建多系統平臺電子音樂系統的主要原因是綜合利用多硬件的運算能力，以及發揮不同軟硬件系統的優勢，降低成本，以獲得最佳的執行效率。因此，選擇合適的應用軟件來構建多系統平臺電子音樂系統就非常重要。

根據電子音樂創作方式和手段的不同，所選擇的軟件通常需要支持MIDI、OSC和JACK等主流接口和協議，以保證音頻和相關控制信息的傳遞和處理，然后就需要根據制作的需求選擇合適的應用軟件。

如果所構建的系統主要用于MIDI相關的制作，則可以考慮使用Cubase做為宿主軟件，使用JACK作為MIDI傳輸控制的接口。因為Cubase原生提供了Windows和Mac OS X平臺的版本，并且在Cubase中提供了VST System Link的接口，可以直接將兩臺運行Cubase的計算機連接在一起，并且進行音頻和MIDI信息的傳遞。如果需要連接其他的宿主軟件或插件音源，則可以考慮使用JACK作為接口，用以進行宿主與音源的連接。如在一臺計算機中運行Cubase宿主程序，而在另一臺或多臺計算機中運行Kontakt采樣音源系統，這樣就可以將運行在不同硬件系統和操作系統上的音樂軟件組合在一起了。

在當代交互電子音樂軟件的創作過程中，交互電子音樂系統的構建更加靈活。通常會使用Max/MSP、Pure Data、Open Music等軟件作為主控程序，在其他平臺下可以根據需要運行如VVVV、Processing、Blender、Jitter等交互圖像處理程序，或運行Max/MSP、Pure Data以及音源插件等作為被控端，實現多機、多系統以及多種媒體結合的創作系統。這些軟件都支持MIDI和OSC標準，非常容易實現音頻信號和控制信號的處理和控制。如果需要接入其他的軟件或設備，也可以使用JACK平臺進行信號的傳輸和處理，特別是在需要連接包括Linux系統在內的不同操作系統以及連接多臺計算機時，會非常方便。

4 構建多系統平臺協作電子音樂系統的方法

在實際構建多系統平臺協作電子音樂創作及表演系統的過程中，會根據軟硬件環境、作品類型、表演方式等的不同而有較大的變化，因而沒有固定的方法來實現系統的構建，都需要電子音樂家和音頻工程師利用所掌握的技術合理進行設計和搭建，以獲得最合理的效果。下面，通過四川音樂學院電子音樂系的一個實際范例進行分析，以說明多系統平臺電子音樂系統的構建方法。

2011年，四川音樂學院電子音樂系成立新媒體藝術小組，并開始設計“四川音樂學院陳列館交互式聲音/影像走廊”項目。該項目的設計目標是利用先進的電子音樂軟硬件技術和設計理念，結合視覺互動、聲音景觀技術、裝置藝術，為四川音樂學院設計一個具有表演性質的陳列走廊互動音樂藝術裝置。

該項目的設計目標為在陳列廳中劃出長4.5米、寬2米的區域作為交互式虛擬走廊，該走廊由八只全頻揚聲器組成的八聲道環繞立體聲系統所覆蓋，構成一個多聲道立體聲聲場（走廊效果圖如圖4所示）。當參觀者步入該區域時，由紅外感應器感應參觀者的位置和數量，然后通過計算機程序運算，根據參觀者位置和運動速度等參數，調整在八個聲道中輸出的預制聲音內容，使立體聲聲場聲像位置跟隨參觀者變化，使參觀者有被導游在身邊帶領講解和播放音樂的感覺。同時，根據參觀者的位置和運動速度變化，利用計算機圖形處理程序實時生成運動影像，通過多臺投影儀將影像投影到地面上，形成動態的視覺特效，引導并追隨參觀者移動。該系統還要求如果同時有多位參觀者進入影音走廊，則為每位參觀者生成不同的聲音和影像。當參觀者到達走廊盡頭時，走廊盡頭為可控式霧面玻璃展示窗，在沒有參觀者出現在展示窗之前，該窗為透明狀態，顯示窗后的呈示內容；當參觀者走近展示窗觸發感應器時，該窗加電后變為不透明狀態，同時感應器觸發計算機通過投影向該窗播放預制的視頻內容，以聲光方式進行展示。

要實現以上設計要求，需要運用多種不同的媒體處理技術以及軟硬件的支持。為達到這樣的要求，在組建新媒體藝術小組時，小組成員就來自多個不同領域，包括胡曉、陳大蒼、白小墨、陸敏捷、韓彥敏、楊萬鈞等多位不同領域和方向的專家和教師，分別完成該系統中不同部分的設計與處理。同時，要實現復雜的多種媒體控制和處理，僅僅依靠單一的計算機軟硬件系統已無法有效地實現所需的功能，因而在實際設計中，該系統就被設計為多系統互聯的基本形式。

如圖5所示，在實際設計中，該系統主要由聲音處理部分、視頻處理部分、傳感器控制部分三個部分構成，分別使用一臺Mac、兩臺PC和一塊Arduino單片機來實現。

1）聲音處理部分。由于需要根據參觀者位置實時計算八聲道中每個聲道的內容，因而不能直接使用傳統的音頻處理軟件來處理。在本例中，使用Mac版本的Max/MSP來完成多聲道音頻信號的處理與計算，由于八個聲道的高質量音頻信號數據量較大，因而使用獨立的一臺Mac計算機來完成該功能。

2）視頻處理部分。在視頻處理方面主要由兩部分組成，一部分是根據參觀者的位置和運動速度傳感器生成影像，通過多臺投影儀實時投影到地面；另一部分是參觀者在走廊盡頭觸發可控式霧面玻璃動態展示窗進行視頻觸發和播放。由于實時投影到地面的動態影像需要經常調整，并實時運算生成，同時還需要對多臺投影儀進行控制，而動態影像的運算量較大，為保證運算效果，使用一臺獨立的具備多端口輸出專業顯卡的PC來負責。地面投影效果演示如圖6所示。使用另外一臺PC專門控制展示窗視頻的觸發與播放，以保證相互之間不會產生干擾，并確保最佳的穩定性。動態視頻處理部分主要使用Windows版本的VVVV軟件來實現，該軟件可以根據所傳輸的OSC信號進行視頻的實時生成與渲染。

3）傳感器控制部分。在選擇傳感器時，考慮到傳感器的易用性和穩定性，系統設計初期主要使用紅外傳感器。為使用紅外傳感器產生的模擬電信號來控制音頻和視頻信息，使用可編程的Arduino單片機進行控制，將模擬信號采樣轉換為數字信號后，通過標準接口傳送到計算機中，按照音頻和視頻處理軟件所需控制數據要求轉換為指定格式的數據規范。使用Arduino單片機，通過其靈活的可編程功能，避免重復使用更多的個人計算機系統，單片機部署更方便，而且在特定領域中使用更穩定，效率也更高。

要將以上系統連接起來，還需要使用相應的網絡設備及協議。由于在該系統中需要在各系統之間傳輸的數字音視頻信號數據量較大，為保證通信的質量，專門構建了千兆有線以太網，使用千兆交換機、千兆網卡和六類雙絞線進行連接。該系統所部屬的范圍不太大，因而通信質量得以保證，使用UDP協議進行網絡數據的高速傳輸。在軟件之間傳輸信號時則主要使用OSC標準，該標準可以通過網絡有效傳遞，并且對于音頻和視頻都有詳細的定義，適于實時音視頻處理，同時可以對不同的輸入輸出設備進行直接控制。

此外，為便于對該系統進行遠程控制和調試，在各系統中都建立了VPN通道，以保證安全的遠程連接。為確保此系統不會受到病毒等因素的影響，在各計算機上都部署了殺毒軟件及防火墻。

該系統除了作為普通交互式走廊之外，還在后續的應用中被修改為交互式電子音樂表演系統，結合舞蹈表演與電子音樂演奏，成為一套完整的電子音樂創作與演出系統。

5 構建多系統平臺協作電子音樂系統的實際意義

電子音樂已經發展到一個新的歷史階段，計算機技術、通信技術與音樂藝術、視覺藝術、舞蹈藝術等藝術形式相互融合、相互影響，產生了豐富的電子音樂藝術形態。藝術表現形式的變化也要求創作的方式做出相應的變化，在電子音樂創作中不再僅僅是一臺計算機對聲音進行簡單的處理就能完成的。現代的電子音樂創作需要計算機技術、網絡技術、新媒體設備作為支撐，利用數字技術，將不同藝術形式結合在一起，才能完成具有多元化、多層面、多流派的新興電子音樂形態。

在構建多系統平臺電子音樂系統時，當代電子音樂的跨領域、跨學科的特點要求具備多種不同領域技能的專家團隊進行合作。國內外很多優秀電子音樂作品和團隊的經驗都證明，跨專業、跨學科的多層次專家團隊的合作，能夠在創作過程中良好地解決藝術和技術相復合的問題，創作出高質量的電子音樂作品來。

6 后記

本文從近幾年與國外團體交流以及四川音樂學院實際創作的經驗分析入手，論述多系統平臺協作電子音樂系統構建的條件及意義，希望為該領域中其他同行帶來一些有益的啟示，也希望能夠有更多的交流與學習。

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