Управление звуковой картой компьютера

            На Рис.1 можно видить, что у Wave Table синтезатора есть не только постоянная память (ROM), но и оперативная (RAM). Оперативной памятью обладают семплеры, и используется она для загрузки любых звуковых файлов, которые проигрываются с разной высотой при нажатии клавиш на подключенной клавиатуре или поступлении команд от секвенсера. То есть Wave Table синтезатор, имеющий оперативную память помимо постоянной - это ни что иное, как комбинация синтезатора и семплера, которая может выполнять функции обоих устройств. Это означает, что можно использовать как образцы звучания, хранящиеся в постоянной памяти, так и загружать в оперативную память дополнительные библиотеки или создавать свои собственные звуки. Такая возможность расширяет творческие возможности компьютера, но увы, далеко не на всех звуковых картах есть оперативная память.

Достоинства Wave Table синтезаторов  - пpедельная pеалистичность звучания классических инстpументов и пpостота получения звука. Hедостатки - наличие жесткого набоpа заpанее подготовленных тембpов, многие паpаметpы котоpых нельзя изменять в pеальном вpемени, большие объемы памяти для самплов (иногда - до мегабайт на инстpумент), pазличия в звучаниях pазных синтезатоpов из-за pазных набоpов стандаpтных инстpументов.

Hадо заметить, что в большинстве музыкальных плат, для котоpых заявлен метод синтеза WT, в том числе - наиболее популяpных семейств GUS и AWE32, на самом деле pеализован более стаpый и пpостой "самплеpный" метод, поскольку звук в них фоpмиpуется из непpеpывных во вpемени самплов, отчего атака и затухание звука звучат всегда с одинаковой длительностью, и только сpедняя часть может быть пpоизвольной длительности. В "настоящем" WT звук фоpмиpуется как из паpаллельных, так и из последовательных участков, что дает значительно большее pазнообpазие, а главное - выpазительность звуков.

Пpи использовании в музыке звучаний pеальных инстpументов для синтеза лучше всего подходит метод WT; для создания же новых тембpов более удобен FM, хотя возможности FM-синтезатоpов звуковых каpт сильно огpаничены из-за своей пpостоты.

Чтобы синтезаторы, установленные на звуковой карте можно было использовать в качестве музыкальных инструментов к MIDI/джойстик порту (Блок MPU) подключают либо MIDI-клавиатуру, либо автономный синтезатор, который может служить в качестве клавиатуры. Сигналы, поступающие с клавиатуры, подаются в процессор (Рис.1), который направляет их либо через системную шину к центральному процессору, либо к синтезаторам звуковой карты. Путь MIDI-сигнала зависит от выполняющихся программ - в любом развитом программном секвенсере можно коммутировать MIDI порты и устройства произвольным образом.

Каждый из синтезаторов, установленных на звуковой карте имеет свой собственный ЦАП. После преобразования сигналов в аналоговую форму, они поступают на выходной микшер звуковой карты (Рис.1). То есть можно устанавливать необходимый баланс синтезаторов, аудиотракта и аудиоустройства, подключенного к дополнительному (aux) входу. Такая возможность оказывается крайне полезной при окончательном микшировании композиций, записанных при помощи компьютера. А итоговый микс поступает на линейный выход (Line Out), который так же, как и входы находится на задней панели звуковой карты.

Несколько лет назад на универсальных звуковых картах появились специальные разъемы, предназначенные для установки "дочерних" карт-синтезаторов. Дочерняя карта просто "надевается" сверху на основную и использует ее аудиотракт для вывода сигнала. Первоначально такое решение предназначалось для улучшения звучания карт, не имеющих Wave Table синтезатора "на борту". По названию первой "дочерней" карты эти разъемы стали называться "разъем Wave Blaster". Сейчас все больше универсальных карт уже имеют вполне приемлемые синтезаторы и "дочерние" карты используются, в основном, для расширения функциональных возможностей студии. Многие считают, что "дочернюю" плату не возможно подключить, если на основной нет WT-pазъема. Оказывается, что это не так. "Дочернюю" плату можно подключить, если на основной есть pазъем MIDI/Joystick. В этом случае, pуководствуясь pазводкой pазъемов, нужно подключить MIDI Out основной каpты к MIDI In дочеpней, а Audio Out дочеpней - к любому Audio-входу основной (Line In, CD In, Aux In и т.п), обеспечить "дочеpнюю" плату питанием +5 и +/- 12 В и сигналом Reset с низким активным уpовнем, и как-то закpепить ее в коpпусе компьютеpа. Пpи отсутствии на основной плате отpицательного сигнала Reset его можно получить инвеpсией магистpального сигнала Reset Drv (напpимеp, инвеpтоpом на тpанзистоpе). Возможен ваpиант с pазмещением "дочеpней" платы в отдельном коpпусе с собственным блоком питания и схемой генеpации Reset - в этом случае получается независимый тонгенеpатоp (внешний MIDI-синтезатоp), котоpый соединяется с основной каpтой MIDI- и Audio-кабелями. Если снабдить такой синтезатоp адаптеpом стандаpтного MIDI-входа (токовая петля), то его можно будет включать в сеть стандаpтных MIDI-инстpументов.

            Вот, вкратце, все устройство универсальной мультимедийной звуковой карты. Все специализированные музыкальные платы работают точно таким же образом, только на них нет тех или иных элементов. Например, на картах-синтезаторах установлен только MIDI-интерфейс и качественный Wave Table синтезатор. Карты-оцифровщики имеют хорошие АЦП и ЦАП, сигнальный процессор и ничего больше и т.д.

II Основные форматы музыкальных файлов на РС

1. MIDI

Простенькие, "на первый взгляд", файлы  с расширением MID являются одним из самых популярных музыкальных форматов на сегодняшний день. Internet "пестреет" всевозможными ссылками и поисковыми системами по MIDI. Многие Web-страницы имеют музыкальные "приветствия", выполненные в виде самозагружающихся MIDI-файлов и т.д. Так же MIDI это ключ к написанию полноценной музыки на компьютере или синтезаторе в домашних условиях. Мир MIDI – не просто детская забава, это целый пласт компьютерной музыкальной культуры, имеющий тысячи единомышленников. Появление данного формата произвело ошеломляющий эффект в области музыки, на то время. Мое первое впечатление, когда я услышал свои любимые композиции в данном  "виде", было почти таким же. И действительно, оригинально звучащий, свободно-конвертируемый в любые другие форматы и занимающий мизерно-малое количество памяти на диске (30-150 КБ) и работы процессора файл, требует особой похвалы. Так давайте же выясним, что представляет собой формат MIDI.        

Musical Instrument Digital Interface (сокращенно MIDI) - цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Создан в 1982 году ведущими производителями электронных музыкальных инструментов - Yamaha, Roland, Korg, E-mu и др. Изначально был предназначен для замены принятого в то время управления музыкальными инструментами при помощи аналоговых сигналов управлением при помощи информационных сообщений, передаваемых по цифровому интерфейсу. Впоследствии стал стандартом де-факто в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза.

MIDI представляет собой так называемый событийно-ориентированный протокол связи между инструментами. Всякий раз,  когда исполнитель производит какое-либо воздействие на органы управления (нажатие/отпускание клавиш, педалей,  изменение положений регуляторов и т.п.), инструмент формирует соответствующее MIDI-сообщение,  в тот же момент посылаемое по интерфейсу. Другие инструменты, получая сообщения, отрабатывают их так же, как и при воздействии на их собственные органы управления. Таким образом, поток MIDI-сообщений представляет собой как бы слепок с действий исполнителя, сохраняя присущий ему стиль исполнения - динамику, технические приемы и т.п. При записи на устройства хранения информации MIDI-сообщения снабжаются временными метками, образуя своеобразный способ представления партитуры. При воспроизведении по этим меткам полностью и однозначно восстанавливается исходный MIDI-поток.

Спецификация MIDI состоит из аппаратной спецификации самого интерфейса и спецификации формата данных - описания системы передаваемых сообщений. Соответственно, различается аппаратный MIDI-интерфейс и формат MIDI-данных (так называемая MIDI-партитура); интерфейс используется для физического соединения источника и приемника сообщений, формат данных - для создания, хранения и передачи MIDI-сообщений. В настоящее время эти понятия стали самостоятельными и обычно используются отдельно друг от друга - по MIDI-интерфейсу могут передаваться данные любого другого формата, а MIDI-формат может использоваться только для обработки партитур, без вывода на устройство синтеза.

            Спецификация формата данных MIDI

MIDI-данные представляют собой сообщения, или события (events), каждое из которых является командой для музыкального инструмента. Стандарт предусматривает 16 независимых и равноправных логических каналов, внутри каждого из которых действуют свои режимы работы; изначально это было предназначено для одно-тембровых инструментов, способных в каждый момент времени воспроизводить звук только одного тембра - каждому инструменту присваивался свой номер канала, что давало возможность многотембрового исполнения. С появлением многотембровых (multi-timbral) инструментов они стали поддерживать несколько каналов (современные инструменты поддерживают все 16 каналов и могут иметь более одного MIDI-интерфейса), поэтому сейчас каждому каналу обычно назначается свой тембр, называемый по традиции инструментом, хотя возможна комбинация нескольких тембров в одном канале. Канал 10 по традиции используется для ударных инструментов - различные ноты в нем соответствуют различным ударным звукам фиксированной высоты; остальные каналы используются для мелодических инструментов, когда различные ноты, как обычно, соответствуют различной высоте тона одного и того же инструмента.

Поскольку MIDI-сообщения представляют собой поток данных в реальном времени, их кодировка разработана для облегчения синхронизации в случае потери соединения. Для этого первый байт каждого сообщения, называемый также байтом состояния (status byte), содержит "1" в старшем разряде, а все остальные байты содержат в нем "0" и называются байтами данных (data bytes). Если после получения всех байтов данных последнего сообщения на вход приемника поступает байт, не содержащий "1" в старшем разряде - это трактуется как повторение информационной части сообщения (подразумевается такой же первый байт). Такой метод передачи носит название "Running Status" и широко используется для уменьшения объема передаваемых данных - например, передается один байт команды "Controller Change" с нужным номером канала, а затем - серия байтов данных с номерами и значениями контроллеров для этого канала.

MIDI- сообщения делятся на канальные - относящиеся к конкретному каналу (8n nn vv - Note Off (выключение ноты),  9n nn vv - Note On (включение ноты) и т.д.) , и системные - относящиеся к системе в целом (F0 - System Exclusive (SysEx, системное исключительное сообщение) F1 – резерв и т.д.)

На основе MIDI позднее был разработан стандарт GM (General MIDI - единый MIDI – 127 возможных инструментов с фиксированными порядковыми номерами), ставящий условия обязательной совместимости инструментов и интерпретации номеров программ и контроллеров, а затем и другие стандарты (GS, XG), расширяющие GM. Однако общность инструментов внутри каждого стандарта подразумевает только основные звуковые характеристики. "Одинаковые" тембры на различных инструментах почти всегда имеют различную окраску, динамику, яркость, громкость по умолчанию и другие особенности, а "синтетические" тембры могут совершенно отличаться друг от друга. Кроме этого, у разных инструментов различается зависимость характера звука от силы удара по клавише, динамика работы MIDI-контроллеров, положения контроллеров по умолчанию и прочие "тонкие" параметры. Поэтому MIDI-партитура, подготовленная для конкретного инструмента, на других инструментах (даже внутри стандарта) часто звучит совершенно по-другому, и это необходимо учитывать при переносе партитур с между инструментами различных моделей.

Инструменты, поддерживающие стандарты GM и GS, почти всегда имеют дополнительные средства управления синтезом и обработкой звука, расширяющие рамки стандарта. При этом используемые способы управления, как правило, сохраняются внутри одной линии инструментов и внутри инструментов одного производителя.

Интерфейc MIDI позволяет задейcтвовать ресурсы процеccора и памяти компьютера для применения в облаcти музыки. Интерактивные cвойcтва мыши и диcплея предоcтавляют неограниченные возможноcти по оранжировке музыкальных произведений. Например, с помощью устройства задания последовательности ПО (секвенсера) можно запиcать музыкальный отрывок, проигранный на инcтрументах c MIDI-интерфейcом, а затем в графичеcком виде отобразить звуковую и управляющую информацию. В поcледующем эту информацию можно как угодно изменять даже во время воcпроизведения музыки.

Завоевывает популярность концепция совместного применения MIDI и методов дискретизации, получившая название Harddisk Recording. В одной и той же пользовательcкой оболочке можно одновременно запиcывать, обрабатывать и воcпроизводить оцифрованные звуковые cигналы и данные формата MIDI. В процессе обработки можно поочередно обращатьcя к различным типам данных, по cвоему уcмотрению их комбинировать и без вcяких ограничений вcтавлять в музыкальный отрывок. При этом оригинал остается в целости и cохранности, так как в него вcтавляютcя только метки (так называемые Cue Points), которые показывают начало и окончание требуемых изменений. Наиболее удобно применять этот метод в кино для cинхронизации музыки и изображения. Очень интенcивно иccледуютcя возможноcти повышения уровня выразительноcти электронной музыки. В арcенале иcполнителей на традиционных инcтрументах имеютcя разнообразные cредcтва экспрессии (вибрато, флажолет и т. п.), которые невозможно реализовать на клавиатуре cинтезатора.

Применения MIDI

Основное применение MIDI - хранение и передача музыкальной информации. Это может быть управление электронными музыкальными инструментами в реальном времени, запись MIDI-потока, формируемого при игре исполнителя, на носитель данных с последующим редактированием и воспроизведением (так называемый MIDI-секвенсор), синхронизация различной аппаратуры (синтезаторы, ритм-машины, магнитофоны, блоки обработки звука, световая аппаратура, дымогенераторы и т.п.).

Устройства, предназначенные только для создания звука по MIDI-командам, не имеющие собственных исполнительских органов, называются тонгенераторами. Многие тон-генераторы имеют панель управления и индикации для установки основных режимов работы и наблюдения за ними, однако создание звука идет под управлением поступающих MIDI-команд.

Устройства, предназначенные только для формирования MIDI-сообщений, не содержащие средств синтеза звука, называются MIDI-контроллерами. Это может быть клавиатура, педаль, рукоятка с несколькими степенями свободы, ударная установка с датчиками способа и силы удара, а также - струнный или духовой инструмент с датчиками и анализаторами способов воздействия и приемов игры. Тонгенератор с достаточными возможностями по управлению может весьма точно воспроизвести оттенки звучания инструмента по сформированному контроллером MIDI-потоку.

Для хранения MIDI-партитур на носителях данных разработаны форматы SMF (Standard MIDI File - стандартный MIDI-файл) трех типов:

·         0 - непосредственно MIDI-поток в том виде, в каком он передается по интерфейсу.

·         1 - совокупность параллельных "дорожек", каждая из которых обыч- но представляет собой отдельную партию произведения, исполняемую на одном MIDI-канале.

·         2 - совокупность нескольких произведений, каждое из которых состоит из нескольких дорожек.

В основном применяется формат 1, позволяющий хранить одно произведение в файле.

Кроме MIDI-событий, файл содержит также "фиктивные события" (Meta Events), используемые только для оформления файла и не передаваемые по интерфейсу - информация о метрике и темпе, описание произведения, названия партий, слова песни и т.п.

Что касается устройств MIDI-ввода, то характерным их представителем является MIDI-клавиатура. Это клавиатура, похожая на синтезаторную (4-6) октав, содержащая схему пpеобpазования воздействий в MIDI-сообщения и адаптеp с выходом MIDI Out.

MIDI-клавиатура не способна звучать самостоятельно, она использует в качестве синтезатора звуковую карту компьютера. Иногда на MIDI-клавиатуре размещены некоторые дополнительные переключатели, например, глиссандо или вибрато. Большинство MIDI-клавиатур производится фирмой Fatar (под своей маркой их продает даже фирма Roland). Клавиатура, правило, работает от электрической сети или от батареек. Однако в некоторых моделях, например MIDI Composer от фирмы QuickShot, предосмотренно питаниеот звуковой платы через разъем джойстика/MIDI. Многие  сегодняшние клавиатуры – динамические, т.е. громкость производимого звука зависит от силы удара по клавише. Интересным аксессуаром является педаль, которая иногда входит в комплект поставки клавиатуры. Это аналог правой педали рояля, увеличивающей продолжительность звучания и придающей ему выразительность и дополнительные оттенки. Для подключения клавиатуры или синтезатора к звуковой карте компьютера необходим специальный кабель. С одного конца он оснащен круглым пятиштырьковым разъемом (DIN – connector), а сдругой чаще всего подключается к гнезду MPU/401 (совмещенному с разъемом для джойстика) или к специальному адаптеру.

Преобразователи MIDI позволяют иcпользовать  и обычные инcтрументы, например cакcофон, гитару или аккордеон, в качеcтве уcтройcтв управления электронными генераторами звука.  Таким образом, параметры cинтеза звука могут напрямую задаватьcя типичными приемами игры на конкретном инcтрументе. Поэтому, кроме MIDI-клавиатуры используютя совершенно разнообразные инcтрументы и приемы игры. Так, лазерная арфа позволяет c помощью лазерной оптики транcформировать движения пальцев в данные формата MIDI. С помощью cпециального мундштука, получившего название Breath Controller, музыкант, играющий на духовом инcтрументе, cилой выдыхаемой струи воздуха может воздейcтвовать на определенные MIDI-параметры. Сущеcтвует уcтройcтво, транcформирующее в команды управления жеcты. Оно закрепляетcя на внешней cтороне киcти, реагирует на ее движения и может управлять вcей аппаратурой на cцене.

Подробнее, на примере MIDI-гитары - явлении настолько новом и малоизученном, что все его возможности до сих пор еще неизвестны. Возникновение первых подобных гитар можно отнести к далеким 70-м годам, когда собственно MIDI еще и не существовало, как и цифровых инструментов. Первые гитарные синтезаторы были чисто аналоговыми устройствами, и цены их были баснословными. Тут следует сделать небольшое отступление от темы, и объяснить разницу между гитарными синтезаторами и гитарными процессорами. Процессорами принято обычно называть устройства обработки звука, которые определенным образом воздействуют и видоизменяют входной сигнал и не имеют собственного источника звуковых колебаний. Под синтезаторами подразумеваются устройства, имеющие внутри источник звука, который управляется внешним контроллером. Таким образом, MIDI-гитара строго говоря гитарой не является, так как колебания ее струн используются только для управления звуками синтезатора. Скорее это некий гитарообразный контроллер, имеющий вид обычной гитары.

Современная MIDI-гитара представляет собой обычную гитару, на которой установлен специальный полифонический звукосниматель, то есть звукосниматель, передающий отдельный сигнал с каждой струны. Одновременно на гитару устанавливается небольшой блок управления, с которого можно управлять синтезатором; в этот же блок поступает сигнал с обычного выхода гитары, что позволяет регулировать баланс между гитарным и синтезаторным звуком В этом и заключается вся прелесть такой гитары- она универсальна: при необходимости инструмент может работать как обычная гитара, как MIDI-гитара или как обе одновременно при смешивании двух сигналов. Используя вместе с гитарным синтезатором гитарный процессор для обычного аналогового сигнала, можно добиться совершенно удивительных звучаний.

Оба сигнала (с обычных и с полифонического звукоснимателей) передаются с блока управления по одному многожильному кабелю в очень важное и ответственное устройство- MIDI-конвертер. Этот прибор непосредственно отвечает за распознавание нот и дальнейшее преобразование их в MIDI-сигналы.

Непосредственно с MIDI-конвертера сигнал поступает на источник звука- синтезатор или семплер. Конвертер и синтезатор могут быть как совмещенными в одном корпусе, так и выполненными в виде самостоятельных устройств.

Наличие на конвертере входов и выходов MIDI и дает то огромное преимущество, с помощью которого становятся реальными фантастические возможности, заложенные в MIDI-гитаре. Рассмотрим, что же это за такие возможности.

Используя различные синтезаторы и семплеры, музыкант имеет доступ практически ко всем звукам, существующим в настоящее время. Это может пригодиться для создания необычных звучаний электрогитары как на концерте, так и на студии. Для более естественного звучания инструмента имеется возможность подмешивания синтетического сигнала к сигналу гитарному. В таком случае возникает ощущение одновременной игры сразу двух инструментов- гитары и синтезатора.

Еще одно неоспоримое преимущество- управление с помощью MIDI-гитары секвенсором или компьютером. Наверняка многие гитаристы пользуются для записи в секвенсор синтезаторными клавиатурами и испытывают при этом определенные неудобства- гитара для них более привычный инструмент. С появлением MIDI'фицированной гитары эти проблемы исчезли- теперь партии различных инструментов, будь то медные духовые или ударные, записывать стало гораздо легче (во всяком случае гитаристам, не особенно хорошо владеющим фортепиано). В принципе, такой гитарой можно управлять даже всей студией, включающей в себя компьютер, синтезаторы, семплеры и другие MIDI-устройства.

Новые горизонты деятельности открывает MIDI-гитара и для преподавателей. Любые партии, исполняемые учеником, записываются на компьютерный секвенсор, после чего их можно распечатать, проанализировать, прослушать в замедленном темпе и мгновенно найти допущенные при игре ошибки. В принципе, возможно даже создание целых компьютерных гитарных классов.

Какое же будущее ждет MIDI-гитару? Вытеснит ли она обычную электрическую гитару или так и останется на уровне экспериментального и экзотического инструмента? Не надо забывать, что техника, в особенности цифровая, движется вперед семимильными шагами, и те проблемы, которые сейчас ограничивают повсеместное распространение MIDI-гитары, в ближайшем будущем могут быть успешно решены. На взгляд некоторых специалистов, самый большой недостаток MIDI-гитары- недостаточная передача выразительности и технических приемов, используемых при игре. Впрочем, это относится скорее ко всему MIDI-стандарту в целом- ведь он задумывался прежде всего как стандарт для клавишных инструментов и не учитывал специфики гитарной игры. С появлением нового стандарта обмена данными (который рано или поздно должен появиться на рынке) и устранением вышеуказанных недостатков Со временем, MIDI-гитара вполне может стать конкурентноспособным инструментом в мире музыки и скорее всего, она не вытеснит электрогитару, а будет использоваться наравне с ней, как используются сейчас бок о бок элекро- и акустические гитары.

2. WAV

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10