第1章 音乐与声学

1.1 音乐数字化概述

音乐信号分为两种，即我们常说的模拟（Analog）和数字（Digital）。从理论上说，模拟信号是通过电声转换而得到的“声音完整形式”，它只是对声音物理形态最客观的转换、记录和保存，或者说它是一种完全存在的形式。而数字信号完全是将模拟信号经过人为量化甚至大幅度简化制造出来的，它并不是像“模拟”那样直接而简单的物理形态转换，因此数字信号的物理特征都是建立在模拟形态的基础上的。

数字音频技术理论是一个复杂而庞大的学科，限于本书篇幅，并且本书主要目标在于应用，因此本章所讲述的内容都是与实际应用密切相关的知识点，主要目的是让该部分内容凸显实用性而非强调理论。

1.1.1 数字技术及特点

广义上说，音乐数字化就是采用计算机辅助数字合成乐器，经过编辑、处理等一系列过程制作出来的音乐，并以数字格式的方式存储，可以通过互联网或无线网络传输。数字音乐具有文件体积小、易于编辑的优势，经历长时间的拷贝、播放都不会造成声音质量下降等特点而被广泛使用。

现在的数字音乐泛指经过AD/DA设备转换后，使用数字设备和技术制作的音乐（采用数字化的方式，处理或编辑模拟信号），以及数字乐器设备通过MIDI数字接口实现数据交换而形成的编程音乐，这两者都属于数字音乐的范畴。

由于这两者都有各自的优缺点，为了弥补相互间的不足，音乐制作领域经常把两者结合起来使用，并由此构成了当今音乐产品的主要制作方式，现在大多数商业音乐作品都是以这种方式制作的。因此，它也属于数字音乐的范畴。

1．AD/DA转换

AD/DA是什么？简单地说，AD就是模拟转换到数字，DA就是数字转换到模拟，那么AD/DA就是它们之间相互转变的一个过程，负责这个转换过程的设备称为“数模转换器”。通过AD/DA的转换，我们可以把模拟信号数字化，并交给数字设备编辑、处理；也可以把数字信号模拟化，交给模拟设备处理。严格地讲，AD/DA是实现模拟信号数字化编辑的前提和基础。如图1-1所示为Eclipse 384硬件AD/DA转换设备。

2．什么是数字信号

“数字”这个词来源于拉丁语的DIGIT，原意为“手指”，它表示最原始、以手指计数的方式。

这里有一个重要的概念：1和2之间没有数字的存在，也就是说，我们在使用手指计数的时候，1和2之间不存在0.5的表述，这个中间不存在数字量的现象就称为“数字”，而存在中间量的现象就称为“模拟”。现代的计算机都是采用二进制的0和1方式运算的，它们之间也不存在中间量。当音频信号被转换成0和1这样能被数字设备识别的信号，我们就称之为“数字信号”，数字信号的单位为BIT。如图1-2所示为数字信号脉冲和二进制编码。

3．MIDI数字接口

MIDI（Musical Instrument Digital Interface）定义了音乐演奏信息的传送规格，是各种音乐演奏要素，如音高、力度、时值以及音色、效果的数值化体现；是归纳演奏信息、超越厂家概念的乐器通信协议。符合MIDI规格定义的设备统称为MIDI设备，它们之间的通信接口被称为“MIDI数字接口”，通过和接口相连接的MIDI线缆实现数字设备间的数据传送。

4．MIDI的工作方式

演奏对应MIDI规格的电子乐器，其演奏信号会通过MIDI数字接口被传送并记录在音序器或音序软件上。MIDI记录内容是数字形式，可以方便地进行编辑。目前，有GM、GS、XG三种标准MIDI音源。

使用MIDI制作的音乐可以被保存成标准GM规格，播放音乐的播放器必须配备GM音源，其播放效果很大程度上取决于GM音源的质量，MIDI音乐是现代数字音乐的重要组成部分。如图1-3所示为三种音源规格标志。

5．数字音乐的革命性特点

数字技术把音乐创作推向了一个特殊的高度，它除了具备传统意义上音乐的普遍特征，还在艺术的表现手法和构成形式上更增加了一些特殊的技术特征。这使得创作者可以运用设备和技术延伸艺术思维，按照自己的意愿构建和修改音乐作品，进行多元化的艺术创造。其特点主要体现在以下几个方面。

（1）音响效果获得及时反馈。音响效果是音乐艺术的直接表现方式，它决定了创作的成败。在数字技术的支持下，音乐制作具有了及时反馈的便捷性。第一，制作者通过键盘或MIDI键盘直接输入音符，该方式有助于快速捕捉到瞬间的灵感。通过音序的播放，音乐效果可立即获得及时的反馈，同时乐谱也能即时呈现出来，这些条件都利于制作者感受和修改。第二，创作意图通过输入乐谱的形式以视觉信息的状态呈现出来，继而听觉感官即可获得完整的音响效果体验。第三，对数字音乐作品进行编辑的时候，可以通过软件功能对音乐的音量、声响、混响等进行设置，通过不同的参数设置可以即时得到不同的音响效果，便于制作者进行调试。

（2）创作意图的准确定位。数字音乐可以将旋律、节拍、速度、力度、调式、和声等众多音乐元素通过声音表现出来。相比于传统音乐制作中，演奏人员个体的差异性和不确定性，音乐作品通常很难按照作者的意图进行准确演绎。而数字音乐通过数字化技术，按照一定的音乐风格模板数据重新组合声音元素，可以将音乐各要素进行准确再现，正确表达音乐创作者的意图。

（3）艺术表现力得以延伸。传统演奏和演唱不可能实现的音乐，借助数字技术的运用而成为了可能。例如利用音色包络技术改变发音体的参数；通过对音频块进行拉伸、反向、循环等技术重塑波形；利用混响、延时、均衡等效果处理手段改变音质等众多技术手段，可以创作出原创性的音色，使音乐元素得到更广泛的拓展。

（4）音乐调性风格的统一。数字技术的运用，使数字音乐制作具备很强的便捷性。例如音乐中很重要的调式调性，只需在创作初期设置好作品的调式调性，音乐创作过程中的各种素材和Loop即自动跟随作品的调式调性，使音乐风格得到统一。而这类专业性很强的音乐专业知识，运用数字技术后，计算机就可以快速帮助你完成。

1.1.2 传统音乐VS数字音乐

在传统音乐产业中，音乐的主要载体是早期的黑胶唱片和近期的磁带、CD，音乐产业中的支柱和主宰者是唱片公司，同时它也是音乐产业链能够形成的核心环节，这时的音乐产品是以实物形态出现的，如图1-4所示。

传统音乐产品的制作成本较高，而且必须经过一系列繁复、冗长的步骤才得以实现：首先要作词作曲，之后聘请专人进行配器，然后聘请乐手和签约歌手在录音棚里录音、制作成母带，再通过经销商灌制成唱碟、磁带等，然后通过销售前期精心策划的广告运作，最终才能拿到市场上销售（有关音乐制作的流程，本书后面的章节有具体介绍）。由此，乐手费用、录制薪酬、艺人签约金以及广告营销、宣传等高额的包装费用不断累加在制作成本上。那么最终，这些制作成本会分摊到音乐产品的消费者身上。

然而，数字技术的出现从根本上简化了音乐的生产流程，音乐载体已经从实物唱片转变成无形的数字音频文件，众多流行的音频格式如WAV、WMA、RAM、AIFF、MP3等代替了原来的实物媒介，成为了音乐商品的虚拟形态。它们一般都被存储在数字媒介中，如硬盘、网络存储器、各种便携数字播放器等，这个变革有效地扩展了音乐的传播范围，提高了音乐的传播速度。由于网络存储为人们提供了大量的音乐内容，因此音乐也成为了现代人快速消费文化的代表符号之一。

数字技术在制作方面的表现是令人兴奋的，它将音乐产品制作变得相对简单。一般歌曲的编辑，只要有计算机和一些相对齐全的配套设备，用传统唱片几百分之一甚至几千分之一的费用就能制作成功，通过互联网的传播，其受瞩目的程度和点击率完全有可能远远地凌驾于传统唱片之上。数字技术赋予了人们对于音乐产品消费的自主权，用户在互联网上用搜索引擎选择自己喜欢的歌曲，付费下载后即可获得音乐。可以说，数字技术改变了人们欣赏音乐以及传播音乐的方式，降低了制作成本，同时也让音乐创作不再是一种高不可及的奢望，这些因素都推动了音乐的发展和普及。

1.1.3 两类制作流程对比

数字技术带给音乐产业最大的变革之一是制作方式的转变，这个转变也不可避免地改写了音乐的制作流程。于是，音乐制作领域出现了“录制音乐”和“编曲音乐”两大分支，接下来，我们就来看看“录制音乐”和“编曲音乐”制作的流程分别是什么样的。

1 “录制音乐”的制作流程

在模拟时代以及现在常见的乐队作品中，音乐制作都是在实时录音的基础上进行的，制作过程中的每一阶段都和下一阶段存在着必然联系，而这种联系也必将对下一阶段的工作产生影响，如图1-5所示为典型的“录制音乐”制作流程。

很显然，这是一个连接紧密的操作过程，该过程中每一阶段都会有专人负责完成。而所有这些制作步骤的统一协调、监督都是由制作人所承担的，这意味着制作人对于音乐的理解和诠释将渗透到整个作品的再创作中。因此从一定程度上来说，制作人个体的差异将决定作品的质量，其对乐曲的驾驭能力和所具备的混音工作经验决定了作品的成败。通常情况下，一个优秀的制作人在制作前应该在脑子里形成音乐混音的最终结果，应该预见到混音中所出现的情况，经过制作人每一阶段的参与监督，一个符合其混音观念的作品才能问世。基于上述原因，也奠定了制作人在“录制音乐”制作中的核心地位。

在一系列制作环节当中，配器和录音两个阶段是与混音关系最为密切的，因为这两个阶段将直接影响到混音结果。我们通过以下要点分别揭示它们之间的关系。

1）配器与混音的关系

我们知道，配器方案决定了乐器的数量，而众多乐器的摆放位置决定了混音声场的布局，例如一首乐曲里在打击乐声部增加了彩饰性的沙锤，如果把它的声像安排在中央位置，那么很可能会与该位置的其他乐器相互掩蔽；如果放在声场一侧，则有可能造成声场不平衡。如果在配器方案上加以修改，再增加一个相对应的彩饰性的手鼓，那么对于混音而言就简单多了，只需要将沙锤和手鼓的声像分别放置在两侧就可以，这样处理既解决了声像布局不平衡的缺点，又进一步丰富了配器，由此我们能够看出配器和混音相互间的联系。可以想象，一个完全没有混音体验的人是不可能完成一个好的配器方案的，而一个不恰当的配器方案有可能会给混音造成困难，严重时甚至是无法弥补的。

2）录音与混音的关系

录音时传声器的摆放决定了声像定位、乐器的体积感以及空间深度等因素，而这些因素都是直接和混音相关的，因此，录音一旦出现问题，在下一环节里修正是很耗费时间的，严重时也是无法弥补的。因此，在商业作品中，实际的做法是在录音之前都会根据配器制定出相应的混音方案，根据所要达到的混音结果去制定录音方案，这样就可以提前发现和纠正问题。另外，录音阶段和混音阶段会存在某些矛盾，我们知道，在录音时最为关心的就是拾取乐器的最佳音色了，而到了混音阶段，所有这些出色的音色被混合在一起时，它们就不一定出色了，这是由于掩蔽效应所造成的，因此，很多混音需要完成的工作就是修整音色，例如，BASS和底鼓的结合，我们需要对BASS音轨进行滤波处理，使它听上去不再那么丰满，单独去听它，也许你会觉得不够精彩，但是它却对混音有好处，由此可以看出，混音工作的一项重要内容就是修整音色，不管这个音色录音质量有多么好，我们最终需要的是让它符合混音的需要。

2．“编曲音乐”的制作流程

数字技术带动了合成器和数字音频工作站的出现，“编曲音乐”作为另一种制作方式进入到音乐制作领域，相比“录制音乐”，它具有制作成本相对较低、制作人员编制单一、制作灵活等特点，但同时也要求制作者具备更全面的专业技能。就“编曲音乐”的制作流程而言，很大程度上乐曲的编配和混音是一体的，大多数时候连同母带处理以及作曲也是编曲者完成的，如图1-6所示为典型的“编曲音乐”制作流程。

很显然，“编曲音乐”的制作方式相比于“录制音乐”有了较大的改观，制作步骤、制作人员编制也得到了精简。整个流程可以由作曲者（负责作曲）和编曲者（负责编曲、混音、母带）协同完成，或者由编曲者独立完成，这在无形之中对制作者提出了更为严格的专业素养需求。然而从积极的方面来看，“编曲音乐”的制作方式却有效降低了音乐的制作成本。以下我们来看看该制作方式在技术层面的优缺点。

1）编曲音乐”的制作更加便捷

“编曲音乐”都是通过数字音频工作站进行制作的，之后再按照制作者的想法处理音响效果，从广义上来说，编曲阶段就相当于完成了配器和音轨编辑的工作，甚至包含了部分的混音工作，所不同的是，这种混音是整个数字工作站工程文件的一部分，而不像“录制音乐”在调音台上完成混音那样，调音台的状态与多轨素材是严格分离的。

2）制作的灵活度增加

在开始混音前，编曲者可根据混音效果随时替换采样音色，甚至还可以改变工程中的预置音色参数。相对于乐曲本身而言，有的旋律以及和声也可根据需要修改。相比于“录制音乐”而言，数字技术为音乐制作增加了许多灵活度。

3）“编曲音乐”的一些负面影响

“编曲音乐”由于其工作方式的原因，会产生一些不足，例如在混音之前就已经携带部分混音效果了，它会带给混音带来一些无法克服的问题，音色自带混响或延迟就是最常见的问题，对于音源开发商来说，这些效果可以让音色更丰满、更动人，但是对于制作者来说却是一件麻烦事。当这些音色进入工程文件之后，由于无法消除效果声，从而影响音色深度、声像定位、频率范围等，使其无法与混音相融合。另一个常见问题就是动态，单个音色的动态都非常出色，但只作用在一个相对时间范围内，一旦进入混音之后，不一定适用于整体混音效果。但总体而言“编曲音乐”的优点大于缺点，而且是一种发展趋势，依然被业界广泛采用。

3．“录制音乐”和“编曲音乐”的结合体

每种技术都有各自的优势和不足，绝对完美的东西是不存在的，于是音乐制作领域采用了“录制音乐”和“编曲音乐”的结合体制方式，以寻求两者之间的优势互补。就像现在，大多数“录制音乐”也采用了数字设备进行录音、编辑，这解决了模拟方式不够直观、不够灵活的缺点。

数字声音的冰冷是大多数人的共识，人们怀念模拟录音的本底噪音和温暖的音响，于是在数字录音的基础上通过模拟硬件采取“过一遍”的方式，让声音变得有模拟味道。

或许你有足够的财力支持，那么你可以选择“数字为主，模拟辅助”的设备配制，这也是大多数商业音乐制作机构最常用的配置，它可以有效解决模拟和数字方式上令人焦虑的问题，因此也是最受关注的。

在“编曲音乐”上，最为常见、使用率最高的是在重要或者独奏声部中采用真实乐器的录音，这种方式可以在一定程度上弥补音源乐器演奏技巧不真实的缺陷。例如吉他Solo的制作，大量的演奏技巧是MIDI控制器信息所不能诠释的，虽然经过细致的调整，效果勉强可以接受，但严格来说还是缺乏真实感。采样音源的出现使这尴尬的局面有所缓解，包含各种演奏技巧的采样一定程度上做到了基本真实，然而在制作经费允许的情况下，制作者还是愿意采用录音的方式得到此类乐器的音轨，最重要的是真实的演奏充满人性化，这一直是大多数制作者最为明智的选择。