单片机实现MIDI音乐知识介绍

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2024年6月28日发(作者：)

单片机实现MIDI音乐相关知识介绍

1. 乐音基础知识

2. midi知识

3. 乐理知识

4. 乐器分类和波形

乐音基础知识：

从听觉角度来讲,声音主要由四种属性——高低、长短、强弱、色彩〔即常说的音色〕.其中：

1. 音的高低是由发音源在一定时间内的振动次数〔频率〕来决定的.振动次数 越多,

频率越高,音也就越高.反之则低；

2. 音的长短是由发音源振动时所持续的时间来决定的.持续的时间越长,音越长,反之

则短；

3. 音的强弱取决于由发音源的振动幅度〔振幅〕,幅度越大,音越强,幅度小音就弱；

4. 而发音源的材质、形状与泛音数的多少则决定了音色.

声音的以上这四种属性,在音乐的表现中都是非常重要的,其中又以" 高低"和"长

短"最为重要.比如一首歌曲,本来是由人声演唱的,但是如果我们把它改编为器乐

曲、并且减小音量,虽然改变了音的长短和音色,但是仍然可以很容易地分辨出它的

旋律.但是,如果我们把这首乐曲中每个声音的长短、高低随意的改变 ,其原来的旋

律马上会受到严重的破坏——面目全非呀！由此可见,无论是创作、演奏、歌唱的

时候都应该对声音的高低〔音高〕和长短〔即后面 要谈到的"时值"、"节奏"〕加

以特别的注意.

由于物体在振动的时候并不是总是规则的,所以声音又有"乐音"和"噪音 "之分.

规则振动发出的是乐音,反之则称为噪音.在音乐中,用的最多的是乐音,但是这并不

代表噪音就不属于音乐的组成部分,乐队中的大部分节奏打击乐 器所发出的声音

就属于噪音,但它同样具有非常丰富的音乐表现力,甚至成为了现代通俗音乐中不可

缺少的部分.

最后,还需要再提到的一点是——我们平时听到的某一个音都不只是一个单独的

纯正的音在响,而是许多个声音的结合,我们称之为"复合音".这是因为物体在振动

的时候不仅整体在振动,而且各个部分也在振动.以吉他为例,在我们拨响一根琴弦

地的同时,这根琴弦的1/2、1/3、1/4……各个部分也都在分别振动.这种由琴弦〔发

音源〕整体振动产生的声音称为"基音",是最容易被人耳听到的音.其它部分振动产

生的音,称为"泛音"在与基音同时发声的时候是不容易被听到的,除非我们刻意地抑

制基音,突出泛音

MIDI知识：

了解midi这部分实际是对和弦音樂程式在EM78806 C上的谱子部分了解.

可以进行这样的想象：如果我们听到一首音乐是一个人独奏吉它发出来的,MIDI则相当

于该独奏曲的乐谱.虽然乐谱本身不能产生出任何实际的声音来,但是乐谱确定了音乐演奏得

有多快,拨哪个音符,以与应该用多大的力度弹奏吉它.MIDI技术的一大优点是它送到和存储

在你电脑里的数据量相当小就MIDI信号<或数据>本身而言,不过只是一堆数据而已,没有任

何的声音.是Music Instrument Digital Interface的缩写,意思是：音乐设备的数字化界面<或连

接>.我们可以把一大堆乐器的音色先录下来,然后每个音色给它一个编号.比如Acoustic Piano

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编号为00.接着再给所有的音高也用一串编号表示<因为我们通常用的是12平均律>,比如C3

音我们编号为00.剩下就是音符的时值问题,我们可以把8分音符编号为60.好, 现在如果要一

个原声钢琴8分音符的C3音,就可以用一串数字"00 00 60"来表示.

乐理知识：

聲音三要素:

<一>:音高..聲波頻率的高低

<二>:音量..聲波振幅的高低

<三>:音色..基音和泛音所組合的頻率成分

樂曲組成要素:

<一>:Tempo: beat per minute〔拍子〕

每分鐘的拍數<其中beat為樂譜中表示音符長度的單位>

一般可見beat長度-1/16, 1/8, 1/4, 1/3, 1/2, 1, 2, 4

<二>:Pitch Scale〔音阶〕

*每個八度有12個半音<12平均率>

-C ,C# ,D ,D# ,E ,F ,F# ,G ,G# ,A ,A# , B

*每個八度音高差兩倍

-A3: 220Hz, A4: 440Hz, A5: 880Hz

*每個半音之間音高相差12√2

下面描写了2-7个频段中个音符的频率

C

C#

D

D#

E

F

F#

G

G#

A

A#

B

2

32.70

34.65

36.71

38.89

41.20

43.65

46.25

49.00

51.91

55.00

58.27

61.74

3

65.41

69.30

73.42

77.78

82.41

87.31

92.50

98.00

103.83

110.00

116.54

123.47

4

130.81

138.59

146.83

155.56

164.81

174.61

185.00

196.00

207.65

220.00

233.08

246.94

5

261.63

277.18

293.66

311.13

329.63

349.23

369.99

392.00

415.30

440.00

466.16

493.88

6

523.25

554.37

587.33

622.25

659.26

698.46

739.99

783.99

830.61

880.00

932.33

987.77

7

1046.50

1108.73

1174.66

1244.51

1318.51

1396.91

1479.98

1567.98

1661.22

1760.00

1864.66

1975.53

乐音的四要素

乐音四要素是：音强、音高、音色和波形包络.现将它们的含义分述如下：

1．音强

音强就是人们在听闻时感到的响度,也就是我们通常说的声音的强弱或大、小,重,

轻.它是人耳对声音稳弱的主观评价尺度之一.其客观评价尺度——也即物理量的测量,

是声波的振幅.

声频范围也就是人们可以听到的声振动频率范国,为20赫到20千赫.20赫以下称为

次声,20千赫以上称为超声.在声频频率范围内,人耳对中频段1～3千赫的声音最为灵敏,

对高、低频段的声音,特别是低频段的声音则比较迟钝.人耳还有一种特征,对很强的声音,

感觉其响度与频率的关系不大,或者说同振幅的各频率的声音,听起来响度差不多．但对

低声级信号〔即很轻的声音〕,感觉到它的响度与频率关系甚大：对于同样振幅的声音,

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低、高频段的声音听起来响度比中频段的轻.

2．音高

音高或称音调,是人耳对声音调子高低的主观评价尺度.它的客观评价尺度是声波的频率.

和音强与振幅的关系不一样,音高与频率基本上是一致的.当两个声音信号的频率相差一

倍时,也即f2=2f1时,则称f2比f1高一个倍频程.音乐中的1〔do〕与i,正好相差一个倍

频程,在音乐学中也称相差一个八度音.在一个八度音内,有12个半音.以1—i八音区为例,

12个半音是：1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4,＃—5、5一＃5、＃5—6、

6—＃6、＃6—7、7—i.请注意,这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的.

各种不同的乐器,当演奏同样的频率的音符时,人们感觉它们的音高相同,这里指的演奏

的声音具有同样的基频.但乐器每发一个音,这个音除了具有基频fo,以外,还有与fo成正

整数倍关系的谐波.前面说过,每个音的音高感觉由fo决定,而每种乐器的不同各次谐波

成分,则决定乐器特有的音色

3音色

人们除对响度、音高有明显的都别力外,还能准确地判断声音的"色调".单簧管、圆号虽

然演奏同一音高〔基频〕的音符,但人们能够明确分辨出哪个是单管管,哪个是圆号,而不

会混淆.这是由于它们的音色、波形包络不同.音色决定于乐音的泛音〔谐波〕频谱,也可

以说是乐音的波形所确定的.因为乐音的波形〔可由电子示波器上看到〕绝大多数都不

是简单的正弦波,而是一种复杂的波.分析表明这种复杂的波形,可以分解为一系列的正

弦波,这些正弦波中有基频f0,还有与f0成整数倍关系的谐波：f1、f2、f3、f4,它们的振

幅有特定的比例.这种比例,赋予每种乐器以特有的"色彩"一—音色.如果没有谐波成分,

单纯的基音正弦信号是毫无音乐感的.因此,乐器乐音的频率范围,决非只是基频的频率

范围,应把乐器乐音的各次谐波都包括在内,甚至很高次数的泛音,对乐器音色影响仍很

大.

4．波形包络

乐音的波形包络指乐音演奏〔弹、吹、拉,拨〕每一音符时,单个乐音振幅起始和结束的

瞬态,也就是波形的包络.有些乐器,在弹、吹、拉、拨的开始一瞬间,振幅马上达到最大值,

然后振幅逐步衰减,有的乐器则相反,在开始的瞬间振奋较小,然后逐渐加大,再逐渐衰减.

这些波形包络变化也影响乐器的音色.

樂器与波形:

一、 樂器分類:

一般樂器大致可以分成三類

1. 銅管樂器:

如 小號,法國號,長號,上低音號與低音號等

2. 木管樂器

如 長笛,豎笛,薩克斯風等

3. 打擊樂器<分有調打擊樂器跟無調打擊樂器>

無調打擊樂器<音高不變的>:

如 大鼓,小鼓,鈸,三角鐵,響板等

有調打擊樂器<音高富於變化>:

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如 定音鼓,木琴,鐵琴等

二、 波形：

钢琴

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