电脑音乐制作扫盲篇-第三章：MIDI常识-第一节：其实MIDI是很古老的技术

王晓波

楼主 王晓波说：
    本文作者：王晓波，出处：视障者音乐制作交流基地（szzyyzz.com）。做人要厚道，转载请注明作者与出处，谢谢！
    亲们好！前面我们曾多次提到了“MIDI”相关的词汇，那“MIDI”到底是神马玩意呢？我们这次就来简单的聊聊MIDI的前世今生。
    老王说：“学MIDI，不是在学先进的高端技术吗？”老王，你错了。MIDI是老掉牙的技术了。老王问：“有多老？难道比486电脑还老？”晕，486电脑算老么？哥特惊讶的说：“难道286电脑的时代就有MIDI了？或者更早？”好了，不要猜测了，我告诉大家。MIDI诞生于1982年。可能比在座的亲们都老！
    尽管世界上第一台配备MIDI接口的合成器Prophet-600在1982年12月就诞生了，但MIDI制造商协议还是将2013年定为MIDI诞生30周年的年份，并于2013年在NAMM SHOW展会上对这一对高科技音乐领域产生巨大影响的MIDI协议进行了庆祝活动。
    弹指一挥间，MIDI协议已经诞生32个年头了。32年前它为何被创建？32年后它又将去向何方？
    亲们知道，电脑技术的发展是飞速的，电脑设备的规格在翻天覆地的变化着，三十多年对于电脑技术来说，那可是天文数字。就拿声卡与电脑连接的接口来看，从早期的串口、并口，很快就换成了USB1.0，不久就成了2.0，在USB2.0前还冒出了火线，之后USB又升级到了3.0，同时更牛的雷电也替代了火线，……。现在是2015年年初，不知道两三年后，又流行什么更牛的接口了。单看接口的更新都如此神速，就更不用说别的电脑硬件了。电脑变化让人目不暇接，但惟独MIDI信号的传输格式，这么长时间来一直没有大的变化。那么MIDI为什么能作到呢？让我们回到过去，从电脑和电脑音乐的诞生说起吧。老王说：“晕，晓波又要开始给我们讲故事了。”嘿，老王，我们这个系列是扫盲，就是要把这些相关的故事都讲一讲。你既然来到了我们这次的免费课堂，就要有思想准备哈。
    最早插电的乐器是什么？没错，那就是电吉他了。早在1920年，就有人尝试着将吉他的声音用拾音器来放大。后来大约在1940年代，加州的Leo Fender发明了第一把电吉他。爱迪生发明了电小提琴。但是，这些乐器实际上仅仅是在传统声学乐器上加了扩音，将琴弦振动的声音通过喇叭放大而已，根本不是靠电子元件来凭空制造出声音。所以，它们只能叫做“电声乐器”，而不是“电子乐器”。
    阿风问：“那最早真正的电子乐器源于什么呢？”那就是电报，亲们都听过电报的“嘀嘀”声吧？老王说：“谁没有听过那玩意儿啊?现在抗日题材的影视作品铺天盖地，随便哪一部里都会有那个声音。”哦，嗯。那个声音，可没有任何琴弦来发出，完全是靠电子元件发出来的。哥特说：“那个嘀嘀声怎么算音乐啊？”没错，如果就那个样子，那当然不算音乐。但如果用同样的发音原理来制造出不同音高的“嘀嘀”声，不是就可以构成音乐了么？嘿，还别说，当时就还真有这么聪明的人。这就是美国的Elisha Gray。1876年，他就根据这个原理，发明了世界上第一台电子乐器：音乐电报机。这可以说就是电子音乐的开山鼻祖了。当然它的发音原理是基于类似电报机的那种震荡器电路，非常简单。
    真正做为电子乐器里程碑的，还是电子合成器的发明。1955年，美国新泽西州普林斯顿RCA实验室研制了世界上第一台合成器。这台体积庞大的合成器，叫做MKI。可以说是电子音乐发展的开端。这台合成器可以将不同谐波的正弦波组合起来生成新的声音。其实，电子合成器没有什么神秘的，你可以这么理解，它就是靠一大堆电子元件来发出声响。MKI这台合成器里边全都是玻璃做的真空管，工作起来，那是相当的费电阿！
    自从有了电子乐器，电子音乐和电声音乐都在迅速地发展着。一直到了又一次革命的来临，那就是个人电脑的普及。
    其实，就在合成器发明之前，电脑已经发明出来了。世界上第一台电子计算机，是1946年2月14日问世的。这台机器的名字叫ENIAC。它可没有现在的显示器屏幕，而是用穿孔的卡片输入输出数据，每分钟可以输入125张卡片，输出100张卡片。在ENIAC里头，一共有17468只电子管，7200个二极管，70000多个电阻器，10000多个电容和6000只继电器，电路的焊接点多达50万个；在机器表面，则布满电表、电线和指示灯。整台电脑占地面积为170平方米左右，总重量达到30吨。不过这台如此牛的电脑可很不好伺候，它的耗电量是174千瓦；电子管平均每隔7分钟就要被烧坏一只，必须不停更换。
    大约30年后的1975年，世界上第一台个人电脑“Altair8800”问世。它的出现宣告了计算机正式进入了民用市场。紧接着，苹果1976年和1981年，Apple和IBMPC电脑相继问世。
    在个人电脑普及之前，电子乐器没有一个统一的制造标准，各个厂商们都在按照自己的规格制造各自的产品。
    早期的模拟合成器依赖CV（压控）和门限触发系统，这限制了它们的试用范围和灵活性。模拟合成器只有很少的一些可被遥控的功能，主要依赖于物理实体的旋钮、推子、跳线和手动编程。
    更重要的，当时没有一个通用的CV控制标准，在将不同制造商的设备连接起来的整个过程都很复杂，当今的压控合成器大多数都依赖于CV到MIDI转换器了，也就是使用MIDI来控制它们。
    在当时，要想一个人同时控制两台合成器，就需要左右手同时弹奏两个不同的键盘，这样一来，既浪费键盘，又操作麻烦。
1982年，国际乐器制造者协会的十几家厂商（其中主要是美国和日本的厂商）会聚一堂，会议通过了美国Sequential Circuits公司的大卫·史密斯（Dave·Smith）提出的“通用合成器接口”的方案，并改名为“音乐设备数字接口”，即“Musical Instrument Digital Interface”缩写为“MIDI”，公布于世。
    老王说：“哦，原来MIDI是音乐设备数字接口的意思哟。”嗯，从此不同厂商的电子乐器终于可以“互通情报”了，你发出的指令我能收到，我发出的指令你也能收到。老王说：“晕，晓波，你是不是谍战剧看多了阿?还互通情报。”老王，你怎么和我没有默契呢?我的意思是说，不同厂商的电子乐器可以用音乐设备数字接口联接起来了，可以相互交换信息了。而在音乐设备数字接口里传输的信息就是MIDI信息。
    MIDI信息最初是通过双绞线缆来传输的，终端连接头是5针的DIN接口。然而后来被USB终结了，我们后面再细说。
    小妹问：“晓波，那音乐设备数字接口里都是传输的什么信息呢？”嗯，好，小妹每次都能问出有深度的问题。由于MIDI是按照数字信息来传输的，所以不会传输任何波形或电压，意味着其不是带电压就是不带电压，对应与二进制就是数字0或1。这些二进制数字被整合为9bit的信息，其协议支持每秒31，250bit的传输速率，每个MIDI连接只能单向传输，意味着如果一个设备既可以发送MIDI信息又可以接收MIDI信息的话，你就需要两条MIDI线缆，除非你使用USB传输。
    MIDI设备上的MIDI OUT（输出）是将乐器中的数据（MIDI信息）向外发送,MIDI IN（输入）是用于接收数据。需要强调的是，MIDI设备之间的连接方式，不是输出对输出和输入对输入，而是MIDI OUT对MIDI IN，MIDI IN对MIDI OUT。亲们一定要搞明白哈，不要连接错了。哥特问：“晓波，我好像在朋友家里看到过另一种MIDI连接线，他的一头是两个5针的MIDI接头，另一头是一个USB插头，这种线又该怎么连接呢？”哦，这类型的MIDI连接线现在是很常见的，他通常用于MIDI设备和没有MIDI接口的电脑相连。同样也是把设备的MIDI OUT和连接线的MIDI IN相连，设备的MIDI IN和连接线的MIDI OUT相连，另一头的USB插头直接插在电脑的USB插口上就行了。
    除了MIDI输入和输出接口以外，大多数的MIDI设备还有一个MIDI THRU接口，它只是简单的将MIDI输入接口获得的MIDI信息再原封不动的发送出去，好让多个设备组成MIDI信息链，这样最多可控制16个独立的连成链的设备。
    自从MIDI标准出现之后，人们就可以在自己家里进行音乐创作了，使人们终于能够把合成器和鼓机连接到电脑上。于是，MIDI很快变成了连接各种型号的合成器、鼓机、采样数据和电脑的产业标准。
    好景不长，问题出现了。老长连忙问：“怎么了?”各个厂商用的“密码本”不一样，导致了我提供的“情报”你理解错了，你提供的“情报”我也张冠李戴。老王说：“哟，还真是谍战剧看多了，哈哈。这里晓波类比的是什么呢？”
    我们知道每件电子乐器里都有很多音色，而不同厂商设计的电子乐器的音色排列顺序是完全不一样的，这个琴和那个琴里边的音色是完全不同的。不同品牌、型号的乐器就不能兼容。比如这个厂商把木吉他音色编为第13号音色，而另一个厂商却将木吉他排在第26号，那么用这个设备做好的音乐文件拿到另一个设备上播放，原来的木吉他声就可能变成了其他音色，其他各声部可能也全都变了音色，如镲变成了鼓、小军鼓成了钹，木管变成了弦乐……整个乐曲变得一塌糊涂了。
    1983年，MIDI协议1.0版正式制定出来了，统一了音色的排序。
    1984，日本罗兰公司于提出了GS标准，大大增强了音乐的表现力。该标准是在ROLAND的早期产品MT-32和CM-32/64的基础之上，规定了MIDI设备的最大同时发音数不得少于24个、鼓镲等打击乐器作为一组单独排列、128种乐器音色有统一的排列方式等。
    1985年11月，国际乐器制造者协会公布了《MIDI 1.0版的细节规定》，重新定义了一些控制器号码。此外，为保证MIDI的健康发展，还专门 成立了“MIDI厂商协会”和“日本MIDI标准委员会”等组织，MIDI标准从成长阶段步入了成熟阶段。
    制造商随之很快就开始部署MIDI，大量兼容MIDI的电脑硬件纷沓而至。最值得注意的是1985年生产的Atari ST电脑都配备了MIDI接口。还出现了键盘式的合成器、主控键盘，弦控式的MIDI吉他，敲击式的鼓机，吹奏式的呼吸控制器，近些年还出现了一些通过识别不同手势来控制软件的控制器。除此之外，当时还有五花八门的各种音源模块提供给用户选购，也就是把没有键盘的电子合成器单独生产成硬音源产品，配合MIDI键盘或电脑来使用。
    之后每次发现弱点和潜在的额外功能之后，MIDI制造商协会都会升级标准。最重要的声音应该是1987年的Roland MT-32，1991年的General MIDI（GM），1991年的Roland GS，1997-99年的YAMAHA XG和1999年的GM2，它们都添加了新功能但却没有让老标准作废。除非你想以MIDI格式发布自己的音乐才会受到影响。下面简要的说一下GM标准。
    1991年，为了更有利于音乐家广泛地使用不同的合成器设备和促进MIDI文件的交流，国际MIDI生产者协会（MMA）制定了通用MIDI标准——GM，GM标准的全称应该是“通用MIDI标准系统第一级（General MIDI system Level1）”，该标准是以日本Roland公司的通用合成器GS标准为基础而制订的。在GS标准基础上，主要规定了音色排列、同时发音数和鼓组的键位，而把GS标准中重要的音色编辑和音色选择部分去掉了。GM的音色排列方式基本上沿袭了GS标准，只是在名称上进行修改，如把GS的Piano 1改名为Acoustic Grand Piano等。GM标准的提出得到了Windows操作系统的支持，使得数字音乐设备之间的信息交流得到了简化，受到全世界数字音乐爱好者的一致好评。
    1994年，YAMAHA公司在GM标准上于推出了自己的XG的MIDI格式，增加了更多数量的乐器组，扩大了MIDI标准定义范围，使得作曲家可以在MIDI乐曲中实时地改变乐器的音色，还加入了“音色选择”功能，在每一个XG音色上可以叠加若干种音色。在专业音乐范围内得到广泛的应用。
    小妹问：“那么MIDI协议都包括什么呢？”哟呵，晓波再给小妹点个赞。
    这个协议支持最多128个音符，最多16个通道（channel）和128个音色（program）。老王连忙说：“打住，这太概括了，还是具体说说，这样我们才便于理解MIDI的本质，以后才能更快捷的上手MIDI制作。”去去去，老王，你总是打岔。
    我们前面知道了，MIDI传输的不是声音信号，是数字信号，那么他们都传输的什么内容呢？电子乐器之间通过MIDI接口传输的信号是告诉设备如何工作的被称为事件信息的数字信号。其最基础的配置就是一台键盘和一台音源。当你在键盘上按下一个琴键的时候，它就发出一个带有相应音高的事件信息告诉音源该播放这个音高的音符。当你放手让琴键抬起之后，它又发出信息让音源停止播放音符。当然MIDI协议允许你控制不止一个音符，而且每次发出的一个信息也会有变化，不管是音符打开还是音符关闭、力度、触后、弯音、声像、调制、音量等等都是可被MIDI控制的功能。关于MIDI控制信息方面的常识，我们下次专门会说。
    16个信号通道可控制最多16个独立的设备，也可以让多个设备响应同一个通道。关于这个，我们也放到以后再说。
    MIDI协议规定了一份标准MIDI乐器音色排序表，收录了常用的16类乐器，每类各8种音色，一共有128种音色。另外还收录了一组打击乐音色，且规定了每件打击乐器在键盘上的键位，并把第10通道做为打击乐专用的通道。这就是标准MIDI（General MIDI）音色排序表。简称GM音色表。亲们可以点此在打开的帖子的楼主楼层查看这128种音色的编号和打击乐对应的键位。
    MIDI信号还内置有时钟，可定义音轨的速度和设备之间同步的速率。后面我们还会提到的。
    实际上它还有一个很复杂的SysEx（System Exclusive）系统独占信息，其设计初衷是为了让制造商定义自己设备可被MIDI控制的独特功能。为了控制SysEx功能，每个制造商被分配一个独有的ID码。设备是无法响应不正确的SysEx信息代码的，如果能识别的话它们就会一直受到控制。SysEx信息最常用于读取自定义音色，使用SysEx Dump（系统信息倾倒）功能可利用音序器写入系统独占信息。
      MIDI发布之初最重要的特性就是它非常高效，它只使用很少的数据流量就传输了大量信息，在80年代初期的条件限制下，要确保可以重现出准确的音乐节奏是很重要的。也就是说，它实际上是电脑性能低下时期的产物！对于当时来说，他的意义是显而易见的：比如那时电脑的性能很差，一个游戏里如果放置声音文件来发音的话，那软件的体积就会非常庞大。但是，如果每台电脑里都装着完全一样的128种音色，那么游戏中只需要有一个“乐谱”就可以了。这个“乐谱”无论在哪台电脑上都能被读取，发出同样的声音来。这个“乐谱”就是MIDI文件。常见的扩展名为mid，以前还出现过RMI这个扩展名。
    MIDI文件是一份乐谱，当播放MIDI文件的时候，你电脑中的128种音色就会忠实地按照这个乐谱演奏出音乐来。所以MIDI文件的体积非常小。
    MIDI文件有三种格式：MIDI0、MIDI1和MIDI2。MIDI0文件包含一条唯一的多通道音轨，MIDI1文件包含一个或更多同时的音轨，MIDI2文件包含一个或更多独立的音轨，相继进行播放。我们最常用的就是MIDI1了，因为用MIDI编辑软件打开这种格式的MIDI文件后，每个通道的MIDI信息都在不同的轨道里，可以很方便的对各个轨道进行编辑。关于这方面的内容，我就不深入的探讨了，不然那老王又要抱怨晓波啰嗦了。
    现在你明白了吗？“MIDI”并不是特指哪一种设备或机器，而是电脑音乐设备之间的一种规范和协议，是数字乐器之间的语言，是电脑和电子乐器能“看懂”的乐谱。
    MIDI信号进入音源，音源就忠实地按照曲谱发音。但不同品牌、不同价格的音源发出的声音相差很大，回放出来的效果也会不同。例如同样一首管弦乐队伴奏风格的MIDI文件，用那种一流采样的专业音源来播放，发出的声音气势磅礴、音质纯正。如果改用电脑中的板载声卡来播放（声卡中都存储有标准GM音源），结果就变了：声音又干又假，打击乐象拍桌子、敲锅底。所以MIDI音乐最终的音质与音源质量有很大的关系。
    MIDI协议也不是那么完美的，常见的批评就是时钟问题。
    尽管MIDI在80年代初很是高效，但在扩展后还是出现了不可避免的问题。时基偏移问题（时钟不准）始终伴随着MIDI，导致录音和回放出现明显的错位。也许我们更容易感觉到的则是延迟问题，比如通过MIDI触发一个功能（比如声音）之后的延迟。MIDI发送的信息越多，延迟就越大。尽管延迟可能只有几毫秒，但足以被听者所感觉到。
    现在新的MIDI设备已经不只提供5针的DIN MIDI接口了，还配备A型或B型的USB接口，允许直接连接到亲们电脑上的USB上，甚至有些小巧的MIDI键盘只配备了USB接口，不过USB也无法解决时钟问题。尽管通过USB可以传输更多的数据，但延迟实际上要比使用DIN接口的MIDI接口传输还要大，而且在使用USB的时候，时基偏移问题比使用MIDI接口还严重，导致无法预测的不准确的时钟。
    老幽问：“MIDI既然不完美，那有没有什么其他的来超越MIDI或者代替MIDI呢？”
    在过去的三十多年里，MIDI已经成为最重要的音乐开发技术，但它还是一些硬伤。在上个世纪90年代中期被开发者所严重期待的Zeta Instrument Processor接口一直就没有被制造商用以商用，而同一个开发团队帮助开发的OpenSound Control（OSC）协议只被NI的Reaktor、Max/MSP、SuperCollider这些开发环境所使用。
    实际上OSC相对MIDI来说有着更大的带宽，也克服了很多时钟问题，最关键的是其使用内置时钟信息来传输信息，比MIDI设备实时传输的事件信息还快，所以可以确保每次接收到的信息的时间都是准确的。
    老王说：“既然如此，那为什么迟迟未流行呢？”嗯，老王，你有所不知，现代化乐器要使用一个新的通用协议开发的巨大鸿沟在于设备之间的不同点太多。现在不同设备有着太多的合成方式、编程系统、用户控制的级别和声音处理的方式，要找到一个可以通用控制的方法几乎是不可能的。然而由于电脑处理和接口技术从上世纪80年代初就已经飞速发展，也许不会有新的标准代替MIDI，MIDI也不会有什么重大的升级，而需要硬件制造商和软件开发者用自己强大的基于数字音乐工作站软件的控制系统通过USB、雷电、有线网络甚至是无线网络来进行控制。
    当MIDI传入中国的时候，当时人们常把MIDI音译为“迷笛”，并习惯于在口头上泛指制作电脑音乐的各种设备。使很多人都误认为，制作电脑音乐的一堆设备就叫“迷笛”。呵呵，其实这是个错误啦。记得我第一次听说MIDI的时候是在小学时代。当时就听大人议论，说现在有一种很厉害的乐器叫“迷笛”。我就问“迷笛是什么啊”，大人们告诉我，迷笛就是一种很牛的电子琴。里头什么音色都有。哈哈……现在想想还真好笑呢。但是，将错就错，大家现在都很习惯的将“电脑音乐”的概念称作“迷笛”了。一提“迷笛”，大家就都知道，是在说电脑音乐。这个名字也很好听么！
    虽然MIDI信号现在做为电子音乐设备之间的信息纽带，一直在使用着。但是，那128种音色却实在是太少了。它们的表现力也太有限了，现在已经没有实际意义了。无论是现在的软音源还是过去的老硬音源，都是有着成百上千的音色。还有很多专门的音源，比如有的是专门做鼓的，有的是专门做吉他的，有的是专门做民乐的，有的是专门做钢琴的……。对于这些针对某样乐器制作的音源来说，这个音色排列表就更没有意义了。现在我们听到的几乎所有音乐，也都不是使用那老掉牙的128种音色来制作的了。所有的电脑游戏也都不再使用MIDI来发音，而是使用MP3文件或者是WAV文件来发音了。老掉牙的MIDI，作用已经越来越少，甚至仅仅成为了琴和电脑之间的连接手段，而不再是必须的制作标准。
    老王问：“在专业的电脑音乐制作中，不用标准GM的128种音色。那现在究竟都是用什么来制作音乐了？制作音乐的最高境界是什么？”哦，记得张亚东说过这么一句话：“我用Audio来做音乐。”确实如此，在现在的音乐制作中，音频的作用越来越大，占的比例也越来越大！这些，正是我们以后要重点聊的内容。
    话虽如此，但我认为，学做音乐，MIDI基本常识是必须要了解的。老王嘀咕道：“哼，晓波，你唠叨的这些内容，在百度百科的MIDI词条也有说哦。”哦，嗯，晓波的确也参考了一些百度百科的内容，这没什么不敢承认的，晓波也不是啥都董，偶尔也是要查查资料的，哈哈。对于我们这样的无产阶级来说，现在有如此多的免费且效果极佳的软音源供我们使用，就不用为一首歌曲的伴奏制作而花费重金邀请一批乐手来录制伴奏的每个声部了。经济又实惠，何乐而不为呢？！
    或许我们这次吹的这些和制作音乐并没有什么太大关系，但我觉得初学者还是应该多了解一些这方面的常识。
    提前预告一下哈，我们下次要聊的是MIDI控制信息，是很重要的哈，亲们不要缺席哟。
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