45707 (Управление звуковой картой компьютера), страница 3

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

Формат аудио-файла, представляющий произвольный звук как он есть - в виде цифрового представления исходного звукового колебания или звуковой волны (wave), отчего в ряде случаев технология создания таких файлов, именуется wave-технологией. Позволяет работать со звуками любого вида, любой формы и длительности.

Рис.2. Графическое представление WAV-файла

Где: А – амплитуда звуковой волны,

Т – время ее распространения.

Графическое представление WAV-файла очень удобно и часто используется в звуковых редакторах и программах-секвенсорах для работы с ними и последующего преобразования (об этом речь пойдет в следующей главе). Данный формат был разработан компанией Microsoft и немудрено, что все стандартные звуки Windows имеют расширение WAV. Характерно еще и то, что эти файлы являются, как бы "промежуточными результатом", работы программ-"грабберов" и пихоакустических процессоров, для оцифровки треков СD и дальнейшего их сжатия. Но из-за того, что несжатые "полнометражные" музыкальные композиции в формате WAV имеют огромные размеры (30-50 МБ), они практически не используются. Их вытеснила музыка в MP3.

3. MP3

MP3 - сокращение от MPEG Layer3. Это один из цифровых форматов хранения аудио, разработанный Fraunhofer IIS и THOMPSON (1992г.), позднее утвержденный как часть стандартов сжатого видео и аудио MPEG1 и MPEG2. Данная схема является самой сложной из семейства MPEG Layer 1/2/3. Она требует больших затрат машинного времени для кодирования по сравнению с остальными и обеспечивает более высокое качество кодирования. Используется главным образом для передачи аудио в реальном времени по сетевым каналам и для кодирования CD Audio.

Компрессия достигается при активном использовании известных особенностей человеческого слуха в плане восприятия аудиоинформации, что позволяет экономить на наименее значимых с точки зрения человеческого слуха деталях звучания. На проведенных тестах специально нанятые опытные прослушиватели не смогли различить звучание оригинального трека на CD и закодированного с коэффициентом сжатия 6:1.

Описание процесса кодирования

Подготовка к кодированию. Фреймовая структура

Перед кодированием исходный сигнал разбивается на участки, называемые фреймами, каждый из которых кодируется отдельно и помещается к конечном файле независимо от других. Последовательность воспроизведения определяется порядком расположения фреймов. Каждый фрейм может кодироваться с разными параметрами. Информация о них содержится в заголовке фрейма.

Начало кодирования

Кодирование начинается с того, что исходный сигнал с помощью фильтров разделяется на несколько, представляющих отдельные частотные диапазоны.

Работа психоакустической модели. Часть первая

Для каждого диапазона определяется величина маскирующего эффекта, создаваемого сигналом соседних диапазонов и сигналом предыдущего фрейма. Если она превышает мощность сигнала интересующего диапазона или мощность сигнала в нем оказывается ниже определенного опытным путем для данного диапазона порога слышимости, то данный диапазон не кодируется.

Работа психоакустической модели. Часть вторая

Для оставшихся данных для каждого диапазона определяется, сколькими битами на сэмпл мы можем пожертвовать, чтобы потери от дополнительного квантования были ниже величины маскирующего эффекта, соответственно чему и производится пожертвование. При этом учитывается, что потеря одного бита ведет к внесению шума квантования величиной порядка 6 dB.

Завершение кодирования

После завершения работы психоакустической модели формируется итоговый поток, который дополнительно кодируется по Хаффману, на этом кодирование завершается.

Замечание

На практике схема несколько сложнее, так как необходимо согласовываться с требованиями битрейта. В зависимости от кодера это приводит к разного рода релаксациям при повышении битрейта и ужесточению критериев при его понижении. Суть в том, что даже после обработки с помощью психоакустической модели оставшаяся аудиоинформация достаточно объемна, приходится идти на потери.

Дополнение

Кроме того, кодирование стереосигнала допустимо четырьмя различными методами:

Dual Channel

Каждый канал получает ровно половину потока и кодируется отдельно как моно сигнал. Рекомендуется на битрейтах от 256kbs ( субъективно ).

Stereo

Каждый канал кодируется отдельно, но когда кодер умудряется отбросить столько "лишнего" в одном канале, что код не заполняет полностью выделенный для данного канала объем, то кодер может использовать это место для кодирования другого канала. В документации говорится, что этим избегается кодирование "тишины" в одном канале, когда в другом есть сигнал.

Но документация, на мой взгляд, неясно объясняет, что именно происходит. Отсюда и рекомендация в предыдущем пункте.

Режим установлен по умолчанию в большинстве ISO-based кодеров, а также используется продукцией FhG IIS на битрейтах выше 192kbs. Применим и на более низких битрейтах порядка 128kbs-160kbs.

Joint Stereo ( MS Stereo )

Стереосигнал раскладывается на средний между каналами и разностный. При этом второй кодируется с меньшим битрейтом.