Кодирование и обработка аудиоинформации. Какие стандарты используются в компьютерной музыке?

MIDI (англ. Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов) — стандарт цифровой звукозаписи на формат обмена данными между электронными музыкальными инструментами.

Интерфейс позволяет единообразно кодировать в цифровой форме такие данные как нажатие клавиш, настройку громкости и других акустических параметров, выбор тембра, темпа, тональности и др., с точной привязкой во времени. В системе кодировок присутствует множество свободных команд, которые производители, программисты и пользователи могут использовать по своему усмотрению. Поэтому интерфейс MIDI позволяет, помимо исполнения музыки, синхронизировать управление другим оборудованием, например, осветительным, пиротехническим и т.п.

Методы синтеза звука:

Аддитивный. Любое периодическое колебание представляется в виде суммы чистых тонов. Для этого нужен набор из нескольких синусоидальных генераторов с независимым управлением, выходные сигналы которых суммируются для получения результирующего сигнала. На этом методе основан принцип создания звука в духовом органе. Позволяет получить любой периодический звук. Процесс синтеза хорошо предсказуем. Но для звуков сложной структуры могут потребоваться сотни генераторов, что достаточно сложно и дорого реализовать.

Разностный. Генерация звукового сигнала с богатым спектром с последующей фильтрацией — по этому принципу работает речевой аппарат человека. Простая реализация и довольно широкий диапазон синтезируемых звуков. На этом методе построено множество студийных и концертных синтезаторов. Но для синтеза звуков со сложным спектром требуется большое количество управляемых фильтров, которые достаточно сложны и дороги.

Частотно-модуляционный (ФМ). В основу положена взаимная модуляция по частоте между несколькими синусоидальными генераторами. Практически бесконечное множество возможных звуков. Широкое распространение в студийной и концертной практике. Но большая часть звуков представляет собой шумоподобные колебания, и достаточно лишь слегка изменить настройку одного из генераторов, чтобы чистый тембр превратился в шум. Однако метод дает широкие возможности по синтезу разного рода ударных звуков, а также — различных звуковых эффектов, недостижимых в других методах разумной сложности.

Сэмплерный. Записывается реальное звучание (сэмпл), которое затем в нужный момент воспроизводится. Для получения звуков разной высоты воспроизведение ускоряется или замедляется; при неизменной скорости выборки применяется расчет промежуточных значений отсчетов (интерполяция). Чтобы тембр звука при сдвиге высоты не менялся слишком сильно, используется несколько записей звучания через определенные интервалы. Сколь угодно точное подобие звучания реального инструмента, большие объемы памяти, потеря естественности при применении эффектов.

Таблично-волновой. Разновидность сэмплерного метода, записывается не все звучание целиком, а его отдельные фазы — атака, начальное затухание, средняя фаза и концевое затухание, что позволяет резко снизить объем памяти, требуемый для хранения сэмплов. Эти фазы записываются на различных частотах и при различных условиях, в результате чего получается семейство звучаний одного инструмента. Сложность сопряжения различных фаз друг с другом.

Физического моделирования. Состоит в моделировании физических процессов, определяющих звучание реального инструмента на основе его заданных параметров (для скрипки — порода дерева, состав лака, геометрические размеры, материал струн и смычка). Сложность, редкость, перспективность.