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2008/05/31

Digital Audio System


為了方便跟朋友解釋現代音樂工作環境的架構,幾個月前我就花了一點時間畫了一張簡單的架構圖。後來又花了一點時間進一步整理了相關資料,最後彙整出這張數位音樂系統 (Digital Audio Workstation) 的架構圖。

圖中提到很多軟硬體、訊號流…等概念,可以簡單說明現在市面上流行的產品,像 Reason、Sonar、Nuendo、Cubase … 等在這張圖上的角色﹔同時也可以了解現代音樂製作的大概流程。想要架構自己音樂工作環境的朋友,也可以以此圖為基本概念,然後規劃實際的軟硬體架構。


以下解釋圖中每一個部分的名詞,第一部分為訊號流,也就是左下角籃底的部分:
  • MIDI:Musical Instrument Digital Interface,數位音樂樂器的溝通介面。是音樂科技產品的工業標準。可以指的是:硬體介面 (MIDI Interface)、檔案規格 (Standard MIDI Files, SMF)、訊號格式 (MIDI Message)、音源規格標準 (Communicate Spec., ex: GM, XG, GS, GM2 … etc) ... 等

  • MIDI Message:MIDI訊號。只是紀錄音符的相關資料,不包含原始聲音。MIDI Message最基本的訊號有:


    • Note number (音符 0~127)
    • Velocity (力度 0~127)
    • Note Off (音符結束時間)
    • Note On (音符開始)
    • Control Change (控制表情參數)
    • Program Change (音色控制碼)
    • Pitch Bend Change (滑音)


  • Digital Audio,數位聲音訊號:將聲波轉化成數字,將這些數字進一步解碼之後,變成只以0 與 1 所表示的一串訊號,立於電腦處理以及儲存。在實際的訊號傳輸過程中,就是以高電位來代表 "1",以低電位代表 "0"。數位聲音訊號只會存在於數位系統之中,要 ”聽” 到這樣訊號的聲音,必須經過 Audio Interface (音效介面) 作數位類比轉換 (D/A),方能真正呈現給我們的耳朵聆聽。

  • Analog Audio,類比聲音紀錄訊息:是將聲波化成實際的電壓變化,由訊號導線傳送或儲存在磁帶裝置。如果用示波器去實際偵測類比訊號傳輸中的電壓變化,則會在示波器上看到類似聲波的圖形顯示。


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第二部分為系統名詞說明:
  • 黃底:軟體 (低成本,品質不錯,汰換更新速度快)

  • 灰底:硬體 (成本高,較傳統,有所謂的 Vintage 味,較有蒐藏價值)

  • 黃灰相間:軟硬體均有 (看預算 ... )

  • DAW (Digital Audio Workstation):分成軟硬體兩個部分
    • 軟體:指的是能夠處理錄音、修改聲音、播放、混音和處理 MIDI的音樂軟體工作環境。特別是針對 Audio 的處理器、數位非線性剪輯、編輯等運算處裡功能。目前比較著名的 DAW 有 Cubase、Nuendo、SONAR、Logic、Digital Performer、ProTools ... 等。

    • 硬體:指的是能夠與軟體 DAW 溝通的機器,像是可以直接透過硬體 DAW 操作 Playback、Stop、Record ... 等功能。目前比較新的控制器 (MIDI Controller) 都支援直接操作 DAW 軟體。

  • Controller (控制器):可以直接送 MIDI Message 和控制參數給 DAW 的機器統稱控制器。最常見的就是鍵盤,其他還有數位打擊版、電子鼓、吉他合成器、吹管控制器等。

  • A/D:Analog to Digital。將類比訊號轉換成數位訊號的過程,此過程必須經過取樣 (Sampling) 的動作。ADC (Audio to Digital Converter) 就是類比數位轉換器。

  • D/A:Digital to Analog。將數位訊號轉換成類比訊號的過程,此過程必須將數位資料還原成類比電壓訊號。DAC 就是數位類比轉換器。ADC、DAC 也是錄音介面 (Audio Recording Interface)、高階合成器等級的關鍵之一。同時也是各個廠商的關鍵技術之一。

  • Audio Recording Interface (錄音介面):台灣叫錄音卡、或者錄音介面。簡單說就是比較高級的音效卡 (Pro Sound Card,國外稱呼,參見拙作 "Pro 的!" 一文)。基本上跟電腦的音效卡架構差不多,主要都是作 A/D、D/A 的轉換處理。只是錄音介面的 A/D、D/A 等級比較高,也會有比較多的Channel可以同步運作 (多軌錄音),同時也會提供多種音響用的街頭標準,像是類比訊號的 XLR (加農砲、麥克風接頭) 街頭、RCA (梅花接頭)、1/4吋(6.3mm) 接頭;數位訊號的 S/P DIF 接頭。

  • Sequencer,編曲機。指可以編輯 MIDI 資料的工作環境。軟硬體均有,硬體早期像是 Roland MC 系列 、 Yamaha QX 系列等。軟體像是 Cubase、Nuendo、SONAR、Logic、Digital Performer、ProTools 等都包含這個部份。

  • Audio Processor:指 DAW 的數位聲音訊號處理器,這也是 DAW 等級好壞的指標,如同錄音界面的 DAC 和 ADC 一樣。

  • Mixer/Console (軟體):混音器/控制台。也就是錄音室裡各個音軌的控制環境,是早期錄音是最貴的硬體設備。現在已經有軟體可以取代。

  • Mixer/Amp (功率放大):外部類比訊號混音器和功率放大器 (後級)

  • Monitor:監聽系統。主要目的就是要呈現原汁原味、沒有經過渲染的聲音,提供音樂製作時所需要的品質正確性。

  • 外部類比訊號:樂器經由麥克風收音的訊號、或者直接 Line-in 的訊號。

  • 外部數位訊號:一般指的是經由 S/P DIF 送給錄音界面處理的數位訊號,他不會經過 ADC 或 DAC 等轉換器。

  • Digital Effects:數位效果器。如 EQ (equalization等化器)、Reverb (殘響) 、Chorus (和聲效果)、Filter (濾波器)、Delay (延遲)、Compressor (壓縮器)、Overdrive (過載) … 等。

  • Score,樂譜輸出環境。大多數的 DAW 並不是以此為主要功能。樂譜有另外專門的軟體,如 Sibelius、PowerTrack (For Guitar)、Overturn (五線譜)、Guitar Pro (吉他) …等。相關概念請參閱『樂譜排版 (Music Score System) 與音樂製作 (Music Producer System)』 一文的介紹。

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看了一堆名詞,簡單說明一些實際的例子,目前市面上常見的軟硬體在上圖中的角色:
  • Reason 的角色:主要是當成 Sound Module (黃灰色部份)、簡易的 Music Workstation (Sequencer 很陽春、沒有很強大的 Mixer/Console 環境、沒有 Audio Processing 環境)

  • Nuendo/Cubase、Sonar 的角色:完整的 DAW 環境 (黃色部份),包含很強大的 Sequencer、Mixer/Console、Audio Processing、VST、VSTi plug-in (虛擬樂器) 介面支援 (不是包含有那些, 雖然有一些產品會送一些音源)、樂譜輸出。只要再搭配灰色的部分,就可以架構基本的音樂工作環境了。

  • 鍵盤樂器 (Keyboard、Synthesizer):目前的工作站等級的 KB,除了樂譜排版,大部分都會包含圖中所有的單元。只是依照不同的等級、產品定位 (使用需求) 、行銷策略,會針對不同單元做比重的調整,因此會看到產品線上會有不同型號的產品。相關概念可以參閱 鍵盤分類介紹 (一) 、鍵盤分類介紹 (二) 的說明。 (updated: 20091214)

  • 吉他效果器 (Guitar Effect Processor):吉他使用的重點在於 Digital Effect 這個部份,不會包含 Sound Module 的部份,一般也不會 Sequencer 和 Score。但是因為需要用來做參數控制,所以還是會具備 MIDI Message 部分。這邊的 MIDI 訊號意思不是說可以把吉他彈奏的音符轉換成我們認知的音符高低 (五線譜),而是用來控制效果器的各個參數使用。所以現在很多效果器都可以透過 USB ,然後在電腦上調音色、備份設定等功能 (updated: 20091214)

大概先介紹到這邊,接下來介紹的是當實際工作時,圖中每一個部分的訊號流向,以及他們是如何工作的。


延伸閱讀(站內):
  1. 數位器材、音樂製作專有名詞對照表
  2. 聊聊 MIDI Guitar
  3. 鍵盤音色概述
  4. 鍵盤介紹 (一)
  5. 鍵盤分類 (二)
  6. 如何用鍵盤編曲 FAQ
  7. 過帶注意事項
  8. Breath Controller 吹管控制器
  9. 樂譜排版 (Music Score System) 與音樂製作 (Music Producer System)

參考資料 :
  1. Vintage Synth Explorer - Sequencer Controller
更新記錄:
  1. 20091214: 重新排版、加入新的實例說明

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