Глава 1.

Основы MIDI и цифрового звука

Если вы человек того же типа, что и автор, вы предпочтете немедленно начать изучение Sound Forge. Однако, если вам непонятны основные концепции и термины, связанные с компьютерной музыкой, вам будет трудно разобраться в этой книге. Поэтому для того, чтобы дать вам краткий обзор самых важных аспектов технологии компьютерной музыки, в этой главе сделано следующее:

дано определение языка MIDI и объяснены принципы его работы;
дано определение цифрового звука и объяснены принципы его работы;
объяснено различие интерфейса MIDI и цифрового звука.
Что такое MIDI?

MIDI (Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов) представляет собой специальный компьютерный язык, позволяющий электронным музыкальным инструментам (например, клавишным синтезаторам) "переговариваться" с компьютерами. Он работает приблизительно так: предположим, вы используете в качестве музыкального инструмента клавишный синтезатор. Каждая клавиша на синтезаторе имеет соответствующий электронный переключатель. Когда вы нажимаете клавишу, соответствующий ей переключатель активизируется и посылает сигнал компьютерной микросхеме внутри вашей клавиатуры. Далее микросхема посылает этот сигнал имеющемуся в вашей клавиатуре интерфейсу MIDI, который преобразует сигнал в сообщения MIDI и, в свою очередь, посылает эти сигналы интерфейсу MIDI на вашем компьютере.

Замечание
Интерфейс MIDI представляет собой устройство внутри вашего компьютера, позволяющее понимать ему язык MIDI. По существу, вы можете рассматривать его как некоего переводчика. Когда электронный музыкальный инструмент посылает сообщения MIDI компьютеру, интерфейс MIDI получает эти сообщения и преобразует их в понятные компьютеру сигналы.

Сообщения MIDI содержат информацию, сообщающую компьютеру, что была нажата клавиша (сообщение Note On); какая это была клавиша (имя ноты, представленное в виде числа) и как резко вы нажали клавишу (MIDI velocity). Например, если вы нажали на клавиатуре синтезатора клавишу Си первой октавы, компьютеру посылается сообщение Note On, означающее, что вы нажали какую-то клавишу. Затем посылается сообщение, содержащее число 60, которое говорит компьютеру о том, что была нажата клавиша Си первой октавы. Последнее посылаемое сообщение содержит число в диапазоне от 1 до 127 (1 означает очень легкое нажатие, а 127 — очень резкое), сообщающее компьютеру, как резко вы нажали клавишу.

Различные сообщения MIDI представляют все органы управления на клавиатуре. Кроме каждой клавиши, сообщения MIDI представляют колесо модуляции, колесо изменения тона и т. п. Ваш компьютер может запоминать сообщения MIDI, посланные ему в процессе вашей игры на клавиатуре. Можно запоминать и временные параметры исполнения (интервалы между нажатиями клавиш и длительность нажатия каждой клавиши). Потом компьютер может послать эти сообщения MIDI обратно клавиатуре с теми же временными параметрами, после чего у вас возникнет впечатление, что вы играете музыку, не касаясь клавиш. Основной алгоритм таков: вы играете музыкальный фрагмент на клавиатуре. Ваше исполнение сохраняется в памяти компьютера как набор инструкций. Далее компьютер посылает эти инструкции обратно клавиатуре, и вы слышите музыкальный фрагмент точно так, как исполнили его, включая все ошибки и нюансы.

Что такое цифровой звук

Цифровой звук (digital audio) является представлением звука в виде чисел. Запись звука как цифрового звука подобна записи звука на магнитофон. Предположим, к вашему компьютеру подключен микрофон. Когда раздается какой-либо звук (речь, пение, игра на музыкальных инструментах или просто какой-либо шум), микрофон "слышит" его и преобразует звук в электрический сигнал. Затем микрофон посылает сигнал звуковой карте на компьютере, которая преобразует сигнал в числа. Эти числа называются сэмплами (samples).

Замечание

Звуковая карта (sound card) представляет собой устройство, вставляемое в компьютер, которое позволяет компьютеру понимать электрические сигналы от любых звуковых устройств. Вы можете рассматривать звуковую карту как "переводчика". Когда звуковое устройство (например, микрофон, электронный музыкальный инструмент, проигрыватель компакт-дисков или другое устройство, способное выводить аудиосигнал) посылает сигналы на компьютер, звуковая карта принимает эти сигналы и преобразует их в числа, которые может понимать компьютер.

Сэмплы содержат информацию, сообщающую компьютеру, как записанный сигнал звучал в определенные моменты времени. Чем больше сэмплов использовано для представления сигнала, тем выше качество записанного сигнала. Например, чтобы создать звукозапись в цифровом виде, имеющую такое же качество, как запись на компакт-диске, компьютер должен получать 44 100 сэмплов в секунду. Число сэмплов, полученных в секунду, называется частотой сэмплирования (sampling rate).

Размер каждого отдельного сэмпла также влияет на качество записываемого звука. Этот размер называется разрядностью (bit depth). Чем больше разрядность, тем выше качество звука. Например, для создания цифровой звукозаписи с таким качеством, как запись на компакт-диске, каждый сэмпл должен иметь размер 16 битов.

Замечание
Для представления чисел в компьютерах используется двоичная форма. Разряд двоичного числа называется битом, каждый бит представляет собой одно из двух чисел: 1 или 0. С помощью комбинирования битов компьютеры могут отображать любые числа. Например, любое число от 0 до 255 представляется в виде восьмибитного числа. С помощью 16 битов можно представить числа в диапазоне от 0 до 65 535.

Ваш компьютер может сохранять все посланные ему сэмплы. Временные характеристики сэмпла также сохраняются. В последующем компьютер может посылать сэмплы обратно звуковой карте с такими же интервалами, так что вы услышите звук в точности таким же, как он был записан. Основная концепция выглядит так: звуковая карта записывает электрический сигнал от аудиоустройства (например, микрофона или проигрывателя компакт-дисков). Звуковая карта преобразует сигналы в наборы чисел, именуемые сэмплами, которые хранятся в компьютере. При воспроизведении сэмплы посылаются обратно звуковой карте, которая преобразует их в электрический сигнал. Сигнал посылается на звуковые колонки (или другое аудиоустройство), и вы слышите звук точно таким же, как вы его записали.

Так в чем же разница?

После прочтения описания MIDI и цифрового звука вы можете по-прежнему не понимать, в чем же заключается разница между ними. Ведь оба процесса записывают сигналы, посланные компьютеру, а потом воспроизводят их, не правда ли? А дело в том, что когда вы записываете данные MIDI, вы не записываете реальный звук. Вы записываете только инструкции для воспроизведения. Это похоже на то, как музыкант играет по нотам, где нотам соответствуют данные MIDI, а музыканту — компьютер. Музыкант (или компьютер) читает ноты (или данные MIDI), а затем сохраняет их в памяти. Затем музыкант играет мелодию на музыкальном инструменте. Что, если музыкант возьмет другой инструмент для исполнения? Игра останется той же, а звук изменится. То же самое происходит и с данными MIDI.

Клавишный синтезатор может издавать любые звуки, но воспроизведение тех же данных MIDI с помощью клавиатуры будет точно таким же.

Когда вы записываете цифровой звук, вы записываете реальный звук. Если вы записываете исполнение музыкального произведения как цифровой звук, вы не можете изменить звук в этом исполнении, как описывалось выше. Благодаря этим различиям MIDI и цифровой звук имеют свои достоинства и недостатки. Поскольку MIDI записывается в виде данных для воспроизведения, а не как реальный звук, у вас значительно больше свободы для манипулирования звуком, чем при работе с цифровым звуком. Например, вы с легкостью можете исправить ошибку, изменив высоту звука. Данные MIDI могут быть преобразованы в стандартную нотную запись, что невозможно сделать с цифровым звуком. С другой стороны, MIDI невозможно использовать для записи того, что требует реального звука, например звуковых эффектов или вокала. С помощью цифрового звука вы можете записывать любые звуки. И вы можете быть уверены, что воспроизведение всегда будет точно таким же, как и в момент записи. В случае MIDI у вас такой уверенности нет, поскольку, хотя данные MIDI остаются неизменными, устройство, используемое для воспроизведения, может быть изменено.

Мы надеемся, что это описание разъяснило вам разницу между MIDI и цифровым звуком. Вам потребуется знать еще несколько родственных терминов, но мы их поясним в разных местах книги в ходе рассказа. Пока что, после того, как вы поняли различие между MIDI и цифровым звуком, мы можем начать разговор о том, ради чего вы купили эту книгу — как использовать программу Sound Forge.

Рис. 2.1. Диалоговое окно About Sonic Foundry Sound Forge показывает номер текущей версии программы

Получите последнее обновление продукта

Хотя было бы приятно получать обновления продукта автоматически, большинство компаний (за исключением разве что Microsoft), не может позволить себе рассылать своим пользователям компакт-диски каждый раз, когда появляется новое обновление. Это одна из причин, по которым Интернет получил такую популярность. Иногда решением ваших проблем может оказаться загрузка обновления. На Web-сервере компании Sonic Foundry есть раздел, где вы можете найти свежие обновления всех продуктов компании. Для получения обновления выполните следующую последовательность действий:

1. Подключитесь к Интернету, запустите ваш Web-браузер и введите следующий адрес: http://www.sonicfoundry.com/download/ . Вы попадете на страницу Sonic Foundry Downloads, показанную на рис. 2.2.

Окно данных

Когда вы открываете аудиофайл в Sound Forge, его данные выводятся в окне данных (Data Window). Если открыто сразу несколько файлов, для каждого из них имеется свое окно данных. Когда вы работаете с аудиофайлом, вы можете видеть изображение звуковых волн, представляющее данные из этого файла, как видно на рис. 2.4.

Окно данных позволяет вам не только видеть данные аудиофайла, но и редактировать и обрабатывать их. Кроме того, вы можете добавлять эффекты. На протяжении всей книги, мы будем рассказывать вам об окне данных и работе с ним.

Рис. 2.4. Каждый аудиофайл, открытый в Sound Forge, выводится в своем окне данных

Меню

Почти ко всем функциям редактирования, обработки и добавления эффектов можно получить доступ через меню. Чаще всего вам придется пользоваться меню Special, Process, Effects и Tools (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Большая часть функций Sound Forge доступна через меню

Каждое меню содержит свою группу функций. Меню Special содержит большую часть функций навигации, записи и воспроизведения. Меню Process содержит функции обработки звука, например эквалайзер и управление амплитудой. В меню Effects, как очевидно из названия, находятся различные эффекты. Наконец, меню Tools предоставляет дополнительные возможности, которые нельзя отнести к вышеперечисленным категориям, например спектральный анализ (Spectrum Analysis). О возможностях обработки звука мы поговорим в главах 8, 9 и 10.

Спектральный анализ

Одной из мощнейших функций, имеющихся в Sound Forge, является спектральный анализ (Spectrum Analysis). Хотя функция спектрального анализа может показаться сложной, на самом деле использовать ее несложно. Имеет смысл потратить некоторое время на то, чтобы понять, как она работает. Коротко говоря, функция спектрального анализа позволяет вам исследовать ваши аудиоданные с помощью специальных диаграмм, которые выводят амплитуду и частоты, обнаруженные в данных. Это позволяет обрабатывать данные и реально "видеть" эффект обработки. Это весьма мощная функция, так что о ней мы поговорим в главе 10.

Различия между программами Sound Forge и Sound Forge XP Studio

Не каждому нужна вся мощь такого профессионального приложения для редактирования цифрового звука, как Sound Forge. Обычным пользователям, а тем более новичкам, для которых музыка — только хобби, достаточно будет другого продукта из того же семейства: Sound Forge XP Studio. По существу, Sound Forge XP Studio представляет собой просто урезанную версию программы Sound Forge. Она обладает той же основной функциональностью, но в ней отсутствуют некоторые продвинутые возможности.

Программа Sound Forge XP Studio предназначена для тех пользователей, которым редактирование звука необходимо на любительском или полупрофессиональном уровне. Основные возможности редактирования и обработки звука в ней достаточно мощные, но отсутствуют такие функции, как поддержка подключаемых модулей DirectX и предварительный просмотр обработки. Количество функций обработки в ней ограничено, например имеется только восемь эффектов (против семнадцати в Sound Forge) и есть только графическая эквализация (в отличие от графической, параметрической и параграфической в Sound Forge).

Здесь мы только коснулись некоторых функций Sound Forge XP Studio в сравнении с Sound Forge. Для подробного сравнения компания Sonic Foundry выпустила полный список функций, имеющихся в каждом из этих продуктов. Вы можете найти его на Web-сервере компании Sonic Foundry http://www.sonicfoundry.com .

Одной из мощнейших функций, имеющихся в Sound Forge, является спектральный анализ (Spectrum Analysis). Хотя функция спектрального анализа может показаться сложной, на самом деле использовать ее несложно. Имеет смысл потратить некоторое время на то, чтобы понять, как она работает. Коротко говоря, функция спектрального анализа позволяет вам исследовать ваши аудиоданные с помощью специальных диаграмм, которые выводят амплитуду и частоты, обнаруженные в данных. Это позволяет обрабатывать данные и реально "видеть" эффект обработки. Это весьма мощная функция, так что о ней мы поговорим в главе 10.

Настройка вашей системы для повышения производительности

Компания Sonic Foundry указывает в качестве минимальных требований для работы программы Sound Forge компьютер с процессором Pentium с частотой 90 МГц и по крайней мере 16 Мбайт оперативной памяти. Конечно, у вас должна быть также звуковая карта, которая поддерживается операционной системой Windows. Если ваш компьютер удовлетворяет этим требованиям, все, что вам потребуется — установить программу на компьютер. Если же вы хотите добиться максимальной производительности при работе с Sound Forge, вам нужно произвести некоторую настройку компьютера.

Процессор

Из процессора выжать очень много вам вряд ли удастся, если не заменить его на более новый и быстрый или вообще не купить новый компьютер. Чем новее и быстрее ваш центральный процессор, тем выше будет производительность компьютера и программы Sound Forge. По производительности процессоры идут в следующем порядке: Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, Pentium IV (на момент перевода книги). Можно также поставить процессор компании AMD, однако в этом случае есть некоторая вероятность несовместимости компьютера и звуковой карты. Некоторые звуковые карты не работают на таких процессорах, так что обратите на это внимание перед покупкой. Все сводится к тому, что программа Sound Forge обрабатывает звук значительно быстрее, чем самый мощный процессор, поэтому наличие быстрого процессора позволяет уменьшить период ожидания. Кроме того, в случае мощного процессора программа Sound Forge работает более ровно.

Если вы хотите проверить, как используется производительность вашего процессора при выполнении разных задач, в составе операционной системы Windows имеется программа System Monitor (Системный монитор). Чтобы использовать ее, выполните следующие шаги:

1. Если программа System Monitor не установлена, откройте Windows Control Panel (Панель управления). Сделайте двойной щелчок на значке Add/Remove Programs (Установка и удаление программ) и выберите вкладку Windows Setup (Установка Windows) в диалоговом окне Add/Remove Programs Properties (Свойства: Установка и удаление программ). Затем укажите в списке пункт Accessories (Служебные), щелкните на кнопке Details (Состав), выберите в появившемся списке элемент System Monitor (Системный монитор) и щелкните на кнопке ОК для закрытия диалогового окна. После этого операционная система Windows установит программу System Monitor.

2. Откройте System Monitor, щелкнув на кнопке Start (Пуск) и выбрав в меню Programs -> Accessories -> System Tools -> System Monitor

( Программы -> Стандартные -> Служебные -> Системный монитор) . Общий вид программы показан на рис. 2.7.

3. Выберите в меню этой программы Edit -> Add Item (Правка ->Добавить показатель). В появившемся диалоговом окне щелкните на элементе Кег nel (Ядро) списка Category (Категория). Затем щелкните на элементе Processor Usage (Использование процессора) в списке Item (Показатель) и нажмите на кнопку ОК.

4. В зависимости от текущих установок, вы увидите линейную диаграмму, гистограмму или числовое представление данных. Другое представление вы можете выбрать в меню View (Вид).

Рис. 2.7. Программа Cведения о системе позволяет оценить загрузку процессора

Теперь Cведения о системе будет непрерывно показывать изменения загрузки процессора