数字化的声音和音乐

搜新网·吴朝相
2000年 第31期 

#1    一、数字和声音
#1　　1.什么是数字声音
　　磁带播放出来的声音和计算机上播放出来的声音有什么不同？磁带是用电平的强弱变化来记录声音的强弱高低，播放的时候再根据这个电声规律还原成原来的声音（^31020201a^1所示），而要在计算机上播放出声音，则需要先将声音转化为模拟的电平信号，再转换为一组相关的二进制数据保存，而播放的时候就把这些数据转换为模拟的电平信号再送到喇叭播出，数字声音和一般磁带、广播、电视中的声音就存储播放方式而言有着本质区别。
#1　　2.数字声音的特点
　　●存储方便，存储手段多样
　　●声音数据可以进行压缩，传输、存储成本低廉
　　●存储和传输的过程中没有声音的失真
　　●进行声音的编辑和处理非常方便
#1　　3.数字声音的应用
　　不要以为我们只有在电脑中才利用到数字声音，在日常生活中，很多的声音和音乐都是数字化的。比如常见的VCD中的伴音、CD音乐、IP电话、卫星电话、数字卫星电视等等。至于在专业领域，数字声音和数字音乐已经取得了绝对的支配地位（^31020201d^表1）。
#1　　4.数字声音在个人电脑中的实现过程
　　在以前，个人电脑是不能处理声音的，后来新加坡的创新公司发明了声霸卡Sound Blaster（现在一般都称为声卡，是一种处理数字声音的电路板，可以插在个人电脑的机箱中），从此把我们带入了数字音乐的世界。我们可以利用声卡，把模拟的电平声音信号转换为电脑可以识别的数字，经过电脑的处理后，再把这些数字用文件的形式保存在电脑的磁盘中。当需要播放数字信号的时候，由声卡把这些数字信号转换成模拟信号，这些模拟信号经过放大后，驱动音箱里面的扬声器来产生声波，我们就可以听到前面录制的声音了。
#1　　5.选购数字声音的设备
　　我们不难看出，想要在计算机上获得良好的数字声音，其重点就在声卡和音箱了。这里介绍一般家庭用户应该选配声卡和音箱时应该遵循的原则。
　　现在市面上可以买到的声卡由几十元到上千元都有（专业声卡还有几十万的），相差很大。如果你想欣赏音乐，获得好的音乐效果，建议大家不要贪便宜而选购那些几十元的低价声卡，条件稍好的，可以使用那些200元左右的声卡，譬如：S90、YAMAHA 724等。当然，用SB Live等800～1000元左右的那些创新贵族声卡就更好。
　　在选购声卡的时候还要注意以下几点：首先注意你的声卡是否提供全双工操作（就是在录音的过程中可以放音，现在一般的声卡都是全双工），其次注意对MIDI的支持如何？带不带音色库？驱动程序的对声卡性能的影响很大，所以要选择那些提供优秀驱动程序而且定期升级的生产厂家的产品。
　　音箱方面，如果不是音响发烧友，买那些200元至300元左右的2.1低音炮组合的就很好了，如果你要欣赏音乐，就不要选那些几十元的小音箱。
#1　　6.数字声音的术语
　　采样率：简单地说就是通过波形采样的方法记录一秒钟长度的声音，需要多少个数据。44KHz采样率的声音就是要花费44000个数据来描述1秒种的声音波形。原则上采样率越高，声音的质量越好。注意，1K表示1000。
　　量化级：简单地说就是描述声音波形的数据是多少位的二进制数据，通常用Bit做单位，如16Bit、24Bit。16Bit量化级记录声音的数据是用16位的二进制数，因此，量化级也是数字声音质量的重要指标。我们形容数字声音的质量，通常就描述为24Bit（量化级）、48KHz采样，比如标准CD音乐的质量就是16Bit、44.1KHz采样。
　　压缩率：通常指音乐文件压缩前和压缩后大小的比值，用来简单描述数字声音的压缩效率。比特率：是另一种数字音乐压缩效率的参考性指标，表示记录音频数据每秒钟所需要的平均比特值（比特是电脑中最小的数据单位，指一个0或者1的数），通常我们使用Kbps（通俗地讲就是每秒种1000比特）作为单位。CD中的数字音乐比特率为1411.2Kbps（也就是记录1秒钟的CD音乐，需要1411.2＊1000比特的数据），近乎于CD音质的MP3数字音乐需要的比特率大约是112Kbps～128Kbps。
#1    二、数字音乐格式
　　前面介绍过声音是可以用数字编码记录下来，但声音的数字编码方式是非常多的，不同的编码方式就有不同的数字音乐文件格式。由于音乐文件不经过压缩处理的话，其体积是非常巨大的，譬如一首长度为4分钟的CD音乐，声音质量为16Bit、44.1KHz，不压缩的话，大小是40多兆，但如果把它压缩成流行的MP3格式的话，它就只有4兆左右了。所以，我们这次介绍的音乐格式将以压缩格式为主。
#1　　1.WAV格式（主要播放器为媒体播放器）
　　WAV声音格式文件也叫波形（WAVE）声音文件（图1），是微软公司发展出来的格式，也是音乐格式的老祖宗，在Windows用户中相当流行。WAV格式是直接保存的对声音波形的采样数据，数据是不经过压缩的，所以音质是最好的，体积也是最大的。但大多数压缩格式的声音都是在WAV格式的基础上经过数据的重新编码来实现的，这些压缩格式的声音信号在压缩前和回放成声音都要使用WAV格式——只不过我们感觉不到罢了。
#1　　2.MIDI格式（主要播放器为媒体播放器）
　　MIDI是乐器数字化接口（Musical Instrument Digital Interface）的缩写。通俗地说MIDI并不是一个真正的数字化声音，而是一堆演奏符号，记录的是在什么时间用什么音色发多长的音（相当于一种电脑五线谱），当我们播放MIDI音乐的时候，其实就是命令电脑将乐谱演奏出来，而演奏过程就是电脑将各种预先设计的声音元素（称为波表）按乐谱合成为一首音乐。MIDI音乐的好坏是与波表（声音元素表，也叫音色库）和合成的硬件（就是声卡中的合成芯片）相关联的。MIDI文件体积相当小，所以很适合在网络上传播，在游戏中也多有使用。关于MIDI音乐的详细介绍可以参见2000年《电脑报》第25、26、27期的23版文章。
#1　　3.MOD格式（主要播放器为媒体播放器）
　　MOD这种音乐格式在欧美国家相当流行，它与MIDI相似，但不同的是它将声音元素（音色）也包含进去了。这种音乐格式非常适合体现个人的作曲风格与音乐意境，是制作轻音乐、摇滚乐的最佳选择。在Windows中，就带了不少的MIDI音乐和MOD音乐文件。
#1　　4.MP3格式（主要播放器为WinAmp）
　　MP3是将WAV声音数据进行特殊的数据压缩后产生的一种声音文件格式。MP3技术起源于MPEG，我们常说的VCD就是用MPEG技术压缩的数字影像光碟，MP3技术就是MPEG技术中的一部分，原是专门来压缩影像中的伴音技术。MP3的优点是体积小（一张光碟中可以储存上百首歌曲）、有较好的声音质量、传输方便、制作和播放简单、无使用专利权问题。由于具有以上的特点，使得MP3短期内在Internet网上迅速普及，现在大量的电脑音乐都是以MP3的形式出现的。不久前还出现MP3随身听，有些VCD机也可以播放专门的MP3光碟，甚至还有MP3录音机等。
#1　　5.MP4（自动播放）
　　所谓的MP4并不是MP3的一个进化版本，由于MP3格式的音乐无法提供版权保护，所以，美国网络技术公司（GMO）开发、美国唱片行业联合会倡导公布了MP4这种新的音乐格式，它采用MPEG－2中的音频压缩技术，压缩比是（1:15），比MP3的（1:12）略高。MP4内嵌了用于播放这种格式的播放器，使每一首MP4音乐文件可以直接播放。当然，最重要的还是它的文件中特别加进了用来保护版权的编码技术，只有特许用户才可以播放。注意，MP4还不是一个标准的音乐文件格式，也有其他公司也将自己开发的音乐格式命名为MP4（比如还出现过国产的MP4音乐格式）。
#1　　6.VQF（主要播放器为YAMAHA SoundVQ Player）
　　它是由NTT（日本电信电话公司）使用“TwinVQ”技术开发的音频压缩格式，由于采用了与MP3截然不同的音频压缩技术，所以它的音频压缩比比标准的MP3音频压缩比高出近一倍，可以达到1:18左右，而声音质量接近CD（16位44.1KHz立体声）。VQF最大的特点就是可以用低于MP3的比特率（Bitrate）获得和MP3一样的声音质量。因此VQF格式的音乐在网上也逐渐流行起来。但相关VQF制作、播放软件少，对电脑的性能要求高，宣传上也做得不够。有兴趣的朋友可以参见2000年《电脑报》28期23版的文章。
#1    7.WMA（主要播放器为媒体播放器）
    它的全称是Windows Media Audio，是微软新发表的一种音频压缩格式，体积比MP3小，支持Stream流技术（就是在网络上可以一边下载一边收听）。WMA的特点就是当一首歌曲压缩到很小的时候，还能够保持很高的音质，因此有人说WMA取代MP3是迟早的事情（^31020201e^表2）。
#1　　8.RA（主要播放器为RealPlayer）
　　全称是Real Audio，目前在网络上非常流行，很多音乐网站和网络广播都使用RA格式，支持流技术（Stream）是RA的最大特点，压缩率和音质方面都非常一般，由于新出的WMA也已经支持流技术，而且音质比它要好，RA前景不容乐观。
#1    三、数字音乐的播放
　　各种格式的数字化音乐，要还原为声音在音箱里面重放出来，就需要专门播放软件（常称为播放器）来完成这个工作，不同的音乐格式需要不同的播放软件来播放，但也有很多播放软件是可以播放多种格式的。
#1　　1.媒体播放器是最实用的播放器
　　WAV和MIDI等音乐格式都可以用Windows98自带的媒体播放器（Windows Media Player）来播放，但如果想播放其它更多的音乐格式或者想使用更多的播放功能就要用其它软件了。不过现在最新的媒体播放器7.0，可以播放多种格式的音乐，包括MIDI、WAV、CD、WMA、MP3等，甚至还可以播放VCD。关于媒体播放器的使用，可以参考《电脑报》20期第12版文章《完善的魅力——媒体播放器7.0》。
#1　　2.WinAmp是现阶段最流行的播放器
　　WinAmp以前是一个专门播放MP3的工具，经过不断的改进，现在支持的音乐格式已经相当齐全了，基本上普通用户能接触到的音乐格式它都可以“通吃”。安装好WinAmp它也会把它认识的音乐格式文件的图标改成自己的“闪电图标”（^31020201b^2），你直接双击文件就可以调用WinAmp来播放了，非常简单。
　　在WinAmp的界面中按一下图2中所示的“打开文件”的按钮，就会出现一个标准的Windows浏览窗口，选择你需要播放的音乐文件所在的文件夹，选中一个文件后（按着键盘的CTRL键，可以多选几个文件），回到主界面，按一下图2中的“开始播放”的按钮就可以开始欣赏音乐了，现在你还可以通过下面的均衡器来调整高低音的分量。
#1    四、数字音乐转换和制作
　　制作数字音乐常常是指的是制作MIDI音乐，目前我们的《软件世界》23版正在连载如何制作MIDI音乐。这里简单介绍一下如何把CD音乐制作成MP3和WMA：
　　首先把CD上的音乐用WAV格式复制保存下来，这也是我们经常说的抓音轨，然后压缩成MP3文件或者WMA，今天推荐给大家的软件是XING公司的AudioCatalyst，它能自动完成上面两个动作，你只需要选择了要处理的音轨（第几首歌），按下“Grab!”按钮，它就可以直接生成MP3文件了，非常方便。详细的介绍可以参考2000年《电脑报》第3期第10版的《自己动手制作MP3音乐》系列文章。
　　而要将CD音乐压缩成WMA，可以用微软新出的媒体播放器7.0直接把CD转为WMA文件，在这个软件的下拉菜单中选择“Option”后，在“CD Audio”标签页里面就可以看见一些设置了，选好压缩比特率后，按下“Copy Music”就开始压缩了，完了可以在你C盘的My Documents文件夹My Music中找到相应的WMA文件。另外，用WinAmp2.50版本也可把能被WinAmp播放的音频文件转换成WMA格式。（^31020201c^）
#1    五、数字音乐的编辑
　　如果你想对音乐文件进行编辑的话，那么用Cool EDIT 2000应该可以满足你大部分的需要了，这个软件支持的音乐格式非常丰富，难得的是支持MP3格式，也就是说你可以直接用这个软件打开你的MP3文件来进行剪接、加回音等处理。
　　另外一个比较好的编辑软件是Gold Wave，它也同样支持MP3的直接编辑，功能也相当齐全。由于音乐的编辑涉及很多方面的技巧，在这里不一一介绍了，不过一些如剪辑、拷贝等简单操作，大家看着图标实验几次，很快就会知道如何应用了。（^31020201f^表3）