數字音頻技術在電子音樂作曲中的應用

余金橋

摘 要：如今，數字音頻技術幾乎涵蓋了現代多媒體藝術領域的每一個方面，而電子音樂作曲作為一種在藝術音樂作曲領域同現代計算機技術結合最直觀、最緊密的音樂類型，將其與數字音頻技術結合更是為音樂的發展提供了更多的可能性。在本文中筆者將從數字音頻技術簡介、數字音頻技術的優越性、電子音樂作曲中數字音頻技術的具體應用情景三方面加以分析與研究。

關鍵詞：數字音頻技術;電子音樂;電子合成器

1 數字音頻技術簡介

數字音頻技術是一種使用二進制代碼保存與編輯聲音信號的技術，它是以各種各樣的數字媒體技術為依靠所形成的一個新的聲音處理的手段。其中，最普遍的數字化手段為脈沖編碼調制（Pulse Code Modulation），由英國科學家Alec Reeves于1937年發明，它大體可分三個環節，采樣環節、量化環節、編碼環節：

（1）采樣環節：以間隔某一特定時間的方式收集音頻信號的環節，它包括采樣周期T;采樣頻率fs。兩者為倒數關系，關系式為fs=1/T。也就是說，若采樣頻率越高，聲音保真度越高，數據量越大。

（2）量化環節：在動態范圍內將模擬信號的幅度分成若干等間隔的層次，根據舍入原理，將采樣輸出的信號電平分類為最近值。它的層次越多，比特數越大，定量和定量精度越高，誤差越小，動態范圍越大，信噪比越高，但是往往數據量也會越大。

（3）編碼環節：編碼環節將前兩步得到的值換算為二進制編碼。在數字音頻領域通常使用16位來表示量，即量化的數字n=16。

2 數字音頻技術的優越性

與數字音頻相對應的概念是模擬音頻，相比模擬音頻而言，數字音頻具有存儲方便、存儲成本低廉等特點。而對電子音樂作曲而言，它還具有以下兩種特有的優勢：編輯處理方便且無失真、極大擴展的創作者樂思：

（1）編輯處理方便且無失真：數字音頻編輯的一個重要體現點就是多軌錄音，而多軌錄音技術依賴數字音頻技術得以實現，它就是利用多聲道錄音軟件在不同的軌道中記錄不同的音頻信號，然后通過后期編輯制作程序輸出完整的音頻。記錄的波形文件可以進行多次編輯。通過多軌錄音，我們可以分別采集人、樂器和鳥的聲音并將它們記錄在系統中進行各種編輯。此外，數字音頻技術還可以降低音頻數據在處理后的失真率，并且可以提高其聲音的質量。

（2）極大擴展創作者的樂思：對于電子音樂作曲而言，與數字音頻技術相輔相成的技術是“虛擬工作室技術”（VST），VST為Steinberg公司發明的一個集成軟件音頻合成器、音頻編輯插件、音頻編輯記錄系統于一身的軟件接口技術。它使用數字音頻處理軟件，目的是模擬傳統的音頻工作室硬件。目前，有大量的商業和免費插件以及許多Steinberg許可的音頻軟件使用VST技術開發。VST依賴數字音頻技術存在，通過兩種技術的結合，我們可以在計算機上完成很多傳統樂器或硬件電子合成器所做不到的特殊效果。

3 電子音樂作曲中數字音頻技術的具體應用情景

電子音樂通常指利用聲音合成器和電子合成、音頻采樣技術而制作的音樂。第一部電子樂器是Leon Theremin于20世紀20年代創造，被稱為Etherophone（以太發聲器），后來重命名為特雷門琴。今日的電子音樂大體可分實驗藝術電子音樂與流行形式的電子音樂。本文所討論的電子音樂作曲是指在實驗藝術電子音樂范圍內的電子音樂作曲。筆者在研究電子音樂作曲的過程中，認為以下三點應用措施最為重要：ASIO技術應用、VST技術應用、IR技術應用：

（1）ASIO技術應用：ASIO（Audio Stream Input Output），即高級音頻流輸入與輸出接口技術，是一種重要的數字音頻API標準。ASIO個人電腦聲卡專業驅動程序由Steinberg公司開發，是為改進以前操作系統的驅動程序不能用于多通道傳輸而提出的解決方案。例如，使用其他驅動的延遲時間是750ms，那么當替換成ASIO驅動時，延遲可以減小到小于10ms。因此，對于電子音樂作曲而言，使用ASIO技術在進行錄音作業與音樂制作的過程中就可達到幾乎實時處理的效果，極大地提高創作者的效率，不必再為高延遲付出寶貴的時間與精力。

（2）VST技術應用：VST（Virtual Studio Technology），中文名為虛擬工作室技術，是Steinberg公司推出的一項軟件接口技術，主要用于計算機音樂制作領域，以插件的形式供數字音頻處理相關軟件來使用。使用VST插件，用戶可以對音頻信號進行處理，也可以使用VSTi樂器（VST instruments）來創作音樂。創作者亦可以使用特定的軟件開發工具自主開發各種類型的VST插件，對于電子音樂作曲而言，使用VST技術開發的數字音頻插件創作者就可以很方便地在電腦上對電子音樂進行電平、壓限、相位等參數的操作與修改。使用VST樂器，創作者亦可以直接在電腦上完成不同樂器的切換、編輯和修改，而不必購買大量的傳統樂器與硬件合成器。

（3）IR技術應用：IR即脈沖響應技術（Impulse Response），目前國內在數字音頻領域討論IR技術的文獻并不多。在數學上，脈沖可以是一個狄拉克δ函數的連續時間系統或克羅內克δ函數的離散時間系統。在傅立葉分析理論中，脈沖包括了所有可能激發頻率的相等部分，脈沖與脈沖響應相比越短，結果越接近真實的理論上的脈沖響應。在數字音頻領域，脈沖響應使得我們能夠捕獲特定地點的聲學特性，如某一特定音樂廳，然后就可以在卷積混響應用中利用這些脈沖響應，以使特定位置的聲學特性能夠應用于目標音頻。以此類推我們還可以將這一技術應用于音箱模擬、話筒模擬等諸多方面，使創作者可以通過特定的IR技術設備和IR文件獲得大量經典的環境聲、音箱聲、話筒聲等，在傳統的模擬音頻技術中，這一點是無法想象的。

參考文獻：

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