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電子琴與電子音樂:(一)電子音樂的過往

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ID:283954 發表于 2022-12-22 18:55 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
(一)電子音樂的過往 作者:蔡培強 10:53pm 09/05/2022

    樂器,就是一種經過人類加工,并在外力作用下發生震動而發出聲音的器具,這樣的定義準確吧?而電子樂器也是基于這個原理,就是用一個振蕩器線路,通過改變線路中電阻的阻值,配合電容形成不同的充放電周期,因而產生特定頻率的交流電去推動揚聲器的紙盆,發出聽得見的聲音。

    在我開始制作電子琴的七十年代,晶體管已經普及,用兩個晶體管組成多諧振蕩器很容易造出簡單的電子琴,后來數字IC普及了,用門電路組成的振蕩器也很容易做,最吸引人的是,把產生的方波用二進位電路除二,就能產生低八度的音符,所以用一個CD4020B類的IC就產生10個八度的全音域音符,再用濾波器把方波過濾成各種波形,就能模擬各種樂器的音色。

    上述這些制造電子琴的方法都只是業余電子愛好者玩玩而已,而廠家做的就比較復雜,比如必須能夠同時發出幾個音符等,八十年代初已經可以買到YAMAHA的落地式電子鋼琴ELECTONE(圖1),我也買了一臺用重復錄音的方式錄了幾首歌,由于那臺琴沒有轉調功能,我得拆開琴蓋,將控制板中RC振蕩器的電阻改成可調電阻用來實現轉調,后來CASIO推出手提電子琴,我用CMOS模擬開關(CD4066)去控制CASIOTONE(圖2)的琴鍵來實現“自動彈奏”,并為此制作了一個EPROM燒錄器(圖3)來寫入歌曲的音符,自動彈奏了幾段旋律,由于我那時還沒有學CPU,就去找表演藝術學院的院友幫忙,他那時在珠光大廈搞電腦,那時是1981年。

    這個“用電腦自動彈奏”的設想直到1989年才由他實現,那就是聲霸卡,初期的聲霸卡叫CMS卡,采用的是YAMAHA芯片,聲音是振蕩器加調制器產生,用IBM電腦控制YAMAHA芯片自動演奏音符,雖然音色不佳,作為游戲發聲之用已經足夠,因此風行一時。

    后期的聲霸卡音色大大改進,那是因為用了另一種發聲原理:音波表(WAVETABLE)發聲法,對真樂器的聲波進行ADC(模數轉換器)采樣記憶,播放時用DAC(數模轉換器)還原聲波,并進行渲染,這樣產生的音色與真樂器很像,這項技術是從收購美國的一家音源公司EMU而來,該技術擁有專利,如今這項技術已經公開讓人使用,稱為SOUNDFONT, 網上可以找到文件尾輟為SF2的軟音源就是基于這項技術的應用,其他公司在同一時期也發展出類似的音波表發聲技術,用于各自生產的電子琴(有聲音的),或者做成獨立的音源(SOUND MODULE),用MIDI CONTROLLER(沒有聲音的電子琴)以MIDI訊號控制發聲。

    音波表發聲法只是解決了電子樂器音色“像不像”的問題,而樂器演奏技巧的模仿又是個問題,初期的電子樂器是以鋼琴鍵盤,也就是常見的電子琴的形式出現,為了加強演奏的表現力,廠家在這方面用盡心思,比如在電子琴左手邊做了兩個滑輪,能產生滑音,顫音的效果,又發展出有力度感應的鍵盤,近期還有紅外線感應聲音控制器等等,無非就是為了增強電子琴演奏的效果。

    電子琴雖然發展很多年了,功能也很多,作為個人學習音樂的工具,兒童玩樂的玩具都很成功,市場也很大,但單一電子琴演奏出來的音樂是無法達到可以欣賞的水平的,雖然可以加上自動伴奏和敲擊樂,但都是死板而沒有生氣的,就以敲擊樂為例,前一個敲擊聲和后一個敲擊聲是完全一樣的,而現場樂隊敲擊手的演奏的就完全不一樣,變化多端,因此聽電子琴的音樂很快就會感到厭煩,因為音樂的美感就來自“變化”,音高的變化,節奏的變化,音色的變化等等。

    要讓電子樂器演奏出值得欣賞的音樂,只有利用電腦“自動演奏”,這需要用編曲軟件比如CAKEWALK來實現,通過適當音源的選定,以交響樂隊編制為依據的多軌結構,配搭各種音色的樂器,對每個音符的調整,加上和弦的應用,可以表達出各種意境,營造各種氣氛,很多音樂人已經這么做了很多年,我也用這個方法編了200首各類風格的歌曲伴奏與音樂,作品已經出版了CD,有一部分也順利移植為交響樂譜,在舞臺上以真正的交響樂隊演奏出來。

    高仿真音源的研制成功和電腦MIDI編曲的普及,給音樂創作帶來方便,培養了許多作曲人才,豐富了人們的閑暇生活,許多原本很難發表的作品也能獲得演繹的機會,做成的歌曲伴奏(俗稱罐頭音樂)被大量應用在卡拉OK,舞廳,音樂廳,劇場,影視作品等。

    用電腦編曲能生產出效果不錯的音樂,但卻無法進行現場演奏,只能播放錄音,而音樂本身是表演藝術,必須以表演的方式讓表演者能夠揮發情感,實時控制樂器加以表達,才能發揮音樂最大的效果,這就是為什么在這資訊發達,影視作品很容易獲得的今天,人們還會趕去音樂廳聽一場音樂會,因為那是一場表演,這就是表演藝術天生的魅力。。。待續

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ID:301191 發表于 2022-12-23 17:41 | 只看該作者
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ID:283954 發表于 2022-12-23 17:43 | 只看該作者
電子音樂的現狀 作者:蔡培強 7:06pm 11/05/2022

    進入了二十一世紀,電腦科技日新月異,手機網絡發展迅猛,但電子音樂似乎還在原地踏步。

    硬體音源(SOUND MODULE)的發展在2002年已經止步,之后就再也沒有什么革命性的突破,那間被創新科技收購的美國EMU公司過后也沒有什么發展,現在能夠買到比較高級的硬音源都是舊貨,只有羅蘭公司將過去在音源研發上的成果打包成一個叫INTEGRA-7的新產品,售價兩千美金,什么都包含在內,還有一些廉價的音源,聲音都屬于玩具的檔次,而專業音樂人使用的都是軟音源,但對電腦的性能要求很高。

    芯片方面,YAMAHA的YM2618系列芯片還有業余愛好者在玩,公開市場上能找到的音源芯片有三顆,一是法國DREAM公司的SAM2695,VLSI的VS1053A,還有CIRRUS LOGIC的CS9236,能稱的上是音源芯片的,必須擁有16個頻道,能夠同時發出32個以上的音,128種樂器,以上三種芯片我都做過樣本,測試結果SAM2695還好,VS1053A音色很差,CS9236音色還可以,但耗電很大,而且都是舊貨,另外還有一顆芯片,內建80386CPU,沒有資料,也不外賣,無法測試。

        樂器方面,鋼琴鍵盤式的電子琴越來越便宜,為了方便攜帶除外演奏,開發出可以卷起來的矽膠電子鋼琴,可拼接的電子鋼琴,可折疊的電子鋼琴,還有模擬手風琴式的肩背電子鋼琴,這些都是獨奏樂器,追求一人能手腳并用,加上自動敲擊樂,自動伴奏和弦,能在同一時間發出最多的聲音。近年來也出現模仿管樂器演奏方式的電吹管,模仿口琴吹奏方式的電子口琴,都是基于一種能夠檢測氣壓的微電子機械系統MEMS元件的發明。

        還有另一項新技術“藍牙”也被應用在電子琴上,2017年YAMAHA推出MD-BT01藍牙MIDI連接器,能把擁有傳統MIDI接口的電子琴連接到蘋果的IPAD,IPHONE,擴大了電子琴的應用范圍,獲得成功。

    各種新技術不斷出現,但我所期待的電子琴交響樂隊并沒有出現,我不時在網上搜尋,看到2009年在瑞典烏普薩拉市舉辦的電子琴展銷會上有一場電子琴樂隊演奏,以為發現新大陸了,結果看到的是:樂手們帶著自己的琴一起表演,發出的都是電子振蕩器的怪聲,沒有音樂。

    2020年在網上搜尋,第一次發現有與我想像中非常接近的電子琴交響樂隊,那是黃河邊上一間藝術學校組成的樂隊,用多臺CASIO電子琴根據總譜演奏了“拉德斯基進行曲”,參加過比賽獲獎,那是2004-2005年間的事,那段時間我也在新加坡的一間鋼琴學校玩電子琴四人樂隊。可見當事物發展到一個階段,大家都會出現同一個想法,只是地理間隔太遠,無法碰撞。

    從2004年到今天,又過了十八年,這段時間我曾在新加坡搞了幾次電子琴樂隊現場伴奏,歌隊演唱的實驗,試驗器材,累積經驗,為開發電子樂隊新器材奠定基礎。

    以下就是我通過試驗解決關鍵難題,以及開發用于組織電子琴交響樂隊的器材。

    1。無線傳輸:
    MIDI控制器與音源是通過五針的DIN插頭連接的,所以當有很多臺琴要一起演奏時,就有很多電線要連接,也許你會問,為什么不用有聲音的電子琴呢?這一點我會在后面加以解釋,藍牙技術已經很成熟,由于工控的需要,藍牙模塊都具有能夠“透傳”的功能,即一個模塊是主機,另一個是從機,連接后可以互傳信息,在這里就是MIDI信號了,實現這一功能就必須開發出“MIDI發送器”和“MIDI接收器”兩個設備:

       (A):MIDI發送器:用單片機控制,接收來自MIDI控制器的信號,MIDI輸出口有兩種,除了傳統5針DIN插座,還有USB設備接口,單片機必須提供USB主機功能才可以收到電子琴的MIDI信號,由于MIDI信號的波特率是31250BPS,通用藍牙模塊的串口沒有這個波特率,所以必須用單片機進行轉換再傳給藍牙,單片機也負責將藍牙模塊初始化。此外單片機程序還可以提供八度移動,轉調,多樂器重奏,鍵盤一分為二(分裂鍵盤)等功能。

     (B):MIDI接收器:用單片機控制,接收來自藍牙串口的信號,通過DIN插座輸出,由于MIDI信號中音符發聲(NOTEON)與音符停聲(NOTEOFF)是兩個分開發送的,如果某音符的NOTEON發出后沒有接到該音符的NOTEOFF的信號,就會一直響下去,平常在家自己玩就無所謂,關機再來就可,但在演奏會現場,那就是嚴重事故,所以我也開發了叫AUTONOTEOFF,單片機會記住每個發送給音源的音符,特定時間沒有接到發送器送
來的NOTEOFF信號,就會自動發送給音源,停止該音符的發聲,MIDI接收器可用來連接專業的硬音源,或者通過USB接口與電腦連接,使用電腦上資源豐富的軟音源演奏。

    無線傳輸還必須驗證多個藍牙模塊在一個狹小空間里同時傳輸時,會不會互相干擾?表現出來就是彈錯音,所以必須制作出多臺發送機與接收機做實驗,另外就是傳輸速率與距離,早期我開始試驗時用的是藍牙2.0版本,距離不到三米,稍微有阻擋就“失聯”,同時按下多幾個琴鍵(和弦),有些音就聽不到,如今發展到5.0,所有難題都消失了。

    2。MIDI鍵盤:電子琴都是帶有喇叭的,內部有自己的音源芯片,普通的價格都很便宜,因此音色也不可能好,也有很專業的琴,音色雖好價格也昂貴,但都有同樣缺點:耗電大,很笨量,搬運困難,而且要用市電供電,多幾臺電線插頭就布滿地面。所以,開發一個輕便,低耗電,無線連接的MIDI鍵盤是實現電子琴交響樂隊的關鍵,近年來市場出現大量的所謂便攜式“電子鋼琴”,以滿足人們帶著琴出外表演的需要,但制造商始終拋不掉必須有喇叭,很多種樂器,要有自動敲擊樂的傳統觀念,其結果就是:雖然是輕便可以攜帶,但聲音小,音質差,結果還是低檔的電子琴,但是如果不這樣造琴就賣不出去了。由于琴鍵必須是工廠大規模投資才能造出來,而控制器可以自己設計小批量制造,我采用折中的辦法,從市場選擇了兩款便攜式鋼琴,將其中的控制器,按鈕,喇叭全部去掉,只保留琴鍵和琴鍵下方的矽膠開關,另外用單片機設計掃描和處理的控制板,造出適用的MIDI鍵盤,如果技術成熟,就可以交給廠家生產。
   
   在大量品牌中,我選定了幾款來改裝。由于是自己設計的控制器,就可以加入新的技術,主要有以下幾項:

    (A)把所有在開發MIDI傳送器時的成果引進來,內建藍牙模塊,可預先設定樂器及其參數,并保存在單片機的閃存中,這樣每一次開機就不必重新設定。

    (B)采用觸摸開關代替矽膠按鍵,無需用力按壓就能變換樂器,這在演奏中非常重要,將觸摸點安排在左手特定位置,讓手指在控制其他感應器時也能快速變換樂器而不會影響控制,這設計主要是用來演奏弦樂器,比如小提琴就有至少五種演奏技巧,即:慢拉弓,快拉弓,強拉弓,顫弓和彈撥,這些技巧都分布在音源中不同的PATCH,必須靠變換樂器號碼才能演奏出來。

    (C)紅外線音量控制器,應用紅外線二機管發射38KHz光波,當手指與發射管前方的距離變動時,反射回來的光波的強度變化就能被紅外線接收管檢測到,由單片機的ADC(數模轉換器)處理后就可控制音符的音量,如果手指進行規律的顫動,就能產生顫音的演奏效果。

    (D)電阻屏滑音控制器,這技術在許多高級MIDI控制器上已經獲得應用代替古老的滑音輪,根據手指按壓在電阻屏X-Y軸上的位置,經單片機處理后發出彎音訊號,連續滑動則產生滑音的演奏效果,把滑音控制器(4),紅外線音量控制器(3)和觸摸開關(2)三種結合一起使用,就用讓右手彈奏音符,左手作出音樂表情,完成音樂的表達。

    (E)吹管樂傳感器:將MEMS壓力傳感器安裝在封閉的管中,用吹嘴往管內吹氣,所產生的氣壓強度被檢測后,送到單片機處理,產生相應的MIDI信號,這樣就能比較自然地模擬吹管樂樂手的演奏技巧,演奏時類似口風琴的樣子,右手彈奏音符,左手持吹管吹氣。

    以上所以功能都能構建在同一臺琴上,平時像普通電子鋼琴一樣雙手彈奏,參加合奏時又可以變成獨奏樂器精細演奏。

    3.MIDI音源:
    音源可以說是電子音樂的核心部件,也是難度最高的技術,在MIDI出現之前,用幾個電子元件就能造出振蕩器發出聲音,不必任何數碼控制,后來YAMAHA造出YM系列的FM調制的振蕩芯片,只要給幾個字節的控制信號,就能讓芯片發出聲音,而音色波形是振蕩器內定的,不必控制,這就是為什么當年盡管電腦的速度這么慢,聲霸卡也能發出聲音,取得成功。同一時期各廠家也在制造獨立于電腦以外的數碼音源,用的處理器是專用的,特制的,與電腦的連接是MIDI接口,傳輸速率也不高,普通電腦也能勝任,后來電腦的速度飛速發展,已經能夠直接處理音波表,就出現了軟音源,連獨立的硬音源也被淘汰了。

    軟音源雖然音色豐富,但必須依附于一臺高性能電腦,若要用作樂隊表演,則必須把電腦搬上臺,一把樂器就需要一臺電腦,這顯然是不實際的,所以必須用硬音源,音色好的硬音源已經很少生產,多數是二手貨,因此我初步的想法是用一臺高級的硬音源,同時被多把樂器使用,并為此開發了多頻道的藍牙接收合并器(WIRELESS MIDI MERGER),可以讓5個鍵盤同時使用一臺高級音源,技術上證明可行,但在實際使用時卻發現致命缺陷,音源所發出的混合了各個頻道的聲音,很難被樂手辨別出自己彈奏的聲音,這影響了演奏的表現,而市上并沒有能夠把不同頻道的聲音個別送到獨立輸出口的音源,因此無法解決這一難題。

    問題最終還是依靠自己制造音源解決了,近來已經有國外的MIDI音樂愛好者利用高性能的32位單片機做自己的音源,由于軟件是自己寫的,可以非常精細控制聲音的包絡線(ADSL)以模擬演奏技巧。

    目前已經能夠為每一把樂器配搭一臺專用的優質音源,聲音在樂手的旁邊發出,樂手能夠聽到自己演奏的聲音并加以控制,提高演奏水平。

    隨著各項技術難題得以解決,接下來就是如何實現電子琴交響樂隊的組建,提高和普及化了。待續


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地板
ID:73992 發表于 2022-12-25 23:20 來自觸屏版 | 只看該作者
想玩玩ym2618的,能發芯片操作手冊嗎
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5#
ID:283954 發表于 2023-10-27 15:58 | 只看該作者
lyonkon 發表于 2022-12-25 23:20
想玩玩ym2618的,能發芯片操作手冊嗎

我找了半天也沒有發現YM2618,只有YM2612,原來是打錯號碼了,謝謝指正。
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