第二章 数字技术及其在流行音乐生产中的应用
数字技术到底是一个什么样的技术？它有着怎样的发展历史？探寻数字技术与流行音乐生产的关系，首先就要对数字技术的概念以及发生发展情况做一个梳理、概述。在本章，我们将站在历史发展的维度中来考察数字技术的来龙去脉，梳理其在流行音乐各个生产环节的应用状况。
2.1 数字技术的概念及其发展
在人们的日常生活中有很多需要表达的物理量，比如温度、鸡鸭的数量等，从这种计量变化的连续性与否可分为模拟量和数字量。比如速度的变化，它的数据是一种连续的变化形式，我们称之为模拟量；而诸如猪羊的头数、凳子的个数等，它是一个非连续性的、离散的数据状态，我们称之为数字量。
一个具体的物理量可以用模拟量和数字量两种形式来表示。比如时间的显示与记录，长久以来人们用钟表来显示生活中的时间尺度，短针显示当前的某个小时、分针记录着当前的分钟、秒针连续记录时间一点一点的流逝，这种连续的标度就是时间模拟形式的表示，如下图左所示：
后来，基于石英晶体的振荡频率而开发出的全新的时间显示形式，就是把时间直接用数字表示出来，如上图右所示，这就是数字形式的表示。
处理和传递数字信息，可以采用不同的方式，有流体的、机械的、电器的、电子的等等，因电子器件的重量轻、体积小、寿命长、成本低等优点，所以现在的数字信号处理系统通常为集成电子器件组成的数字电路。数字电路中使用的电压状态只有两种，“高/开”或者“低/关”,分别用“1”和“0”表示，因此数字系统的计算中，广泛采用二进制的算法，主要研究单个“0”或“1”与多个“0”或“1”的不同组合。由于二进制性质的稳定、噪音与干扰的影响小、以及不因元件数值改变而引起电路性能变化，因此由数字电路组成的数字处理系统渐渐取代传统模拟处理系统，成为当今世界各行各业技术发展的主流。综上所述，所谓的数字技术，就是“以研究处理和传递数字量形式信息的技术。”
更具体一点的解释就是，数字技术（Digital Technology），“它是指借助一定的设备将各种信息，包括图、文、声、像等，转化为电子计算机能识别的二进制数字‘0’和‘1’后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。由于在运算、存储等环节中要借助计算机对信息进行编码、压缩、解码等，因此也称为数码技术”②。这是百度百科中关于“数字技术”的释义，但定义中直接将数字处理系统等同于电子计算机却是不行的，一台电子计算机一定是一套数字处理系统，但并不是所有的数字处理系统都是计算机。因此，关于数字技术的概念我们可以这样去概括，它是借助一定的设备将各种图、文、声、像等信号转化为数字处理系统能识别的二进制数字后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。
数字技术的发展是以电子器件的发展为基础的，经历了由电子管，半导体分立器件到集成电路的过程。20 世纪初一直到 20 世纪中叶，在电路领域中主要使用的电子器件是真空管，也就是 1906 年由美国人 Lee De Forest 发明的电子管。后来由于固体微电子学研究取得了很大的进步，于是在 1947 年成功研发出第一支晶体三极管，这使电子技术发展到一个新的阶段。从 20 世纪 60 年代初期到 70 年代末，数字集成电路的问世到微处理器的推出，电子器件及其应用出现了崭新的局面，这也使数字集成电路的性能发生了质的飞跃。到 1988 年，集成电路进入甚大规模阶段，那时的集成工艺可在一平方厘米的硅片上集成 3500 万个元件。而现在当前的制造技术已经使得集成电路芯片内部的布线细微到亚微米和深亚微米的级别。电子技术的飞速发展为数字技术的普及提供了强有力的保障。
数字技术应用的典型代表是电子计算机，它是伴随着电子技术的发展而发展的，在某种意义上来说，电子计算机的发展代表着数字技术的发展历史。由计算机所代表的数字技术掀起了各行各业的操作革命，大到宇宙空间探索、小到揭示微观世界，从尖端科学技术到日常生活，几乎无所不包。
同样的，作为流行音乐生产领域，自然不可避免的因数字技术的革新而引起整个行业的变革，研究数字技术对流行音乐生产的影响也就是本文的核心内容了。
2.2 数字技术在流行音乐创作生产中的应用
考察数字技术在流行音乐生产中的应用情况，首先就要了解流行音乐生产的结构组成部分。音乐生产属于音乐社会学的范畴，故此我们可以通过音乐社会学的角度来解构流行音乐生产的组成。
什么是社会音乐生产？音乐社会学研究领域的权威学者曾遂今给出的定义是“一种创造、产生音乐的人的行为活动过程。”
流行音乐生产属于社会音乐生产的分支，凡是创造、生产流行音乐的人的行为活动，我们都可将其称为流行音乐生产。关于音乐生产的内部结构曾遂今在《音乐社会学概论--当代社会音乐生产体系运行研究》一书中指出，“社会音乐生产有机综合体由四方面不同类型、不同功能的音乐生产构成。这四种音乐生产是：音乐创作生产、音乐唱奏生产、音乐传播生产、音乐伺服生产。四种音乐生产活动在社会音乐生活中相互协调、相互制约、相互依赖，从而使人类的音乐生产活动从远古一直延续到今天。”
流行音乐生产从属于社会音乐生产，因此，当前国内这种主流的音乐生产结构模式同样适用于流行音乐生产。考察数字技术在流行音乐生产中的应用，实际上就要考察数字技术在这几个生产构成部分中的应用，我们首先从流行音乐的创作生产来入手。
创作生产是音乐生产的核心，是整个音乐生产活动的起始，只有创作生产出音乐产品后，才会有接下来的唱奏生产、音乐传播、音乐消费等其它生产活动。在数字技术介入到创作生产之前，音乐的创作纯属于意识形态的精神创作，用曾遂今的话来说就是“创造具有音乐艺术规律的、可供人们唱奏和传播的一种有序化、规范化、艺术化的非音响性音乐符号群体和具有永恒保留价值的‘音响蓝图'.”③千百年以来，几乎所有的作曲家都是基于这种非音响性音乐符号群体来进行各种声乐曲、器乐曲的创作，作曲是名副其实的“理论作曲”.
在音乐创作数字化革命以前，音乐创作的最终形式通常是乐谱，作曲家将自己的思想情感、对生活的感悟等都凝聚在乐谱之中，唱奏者用人声或乐器通过对乐谱信息的阅读与理解再将作曲家的表达意图传达出来。但在数字技术进入到音乐创作领域后，音乐创作的最终形式不再局限为乐谱形式了，而是可以直接制作成可聆听的音乐成品，并且在作曲家的创作生产中，通过数字技术的使用可以实现“即见即所得”的实践化作曲模式。我们将从历史发展的角度，来厘清音乐创作的数字化操作历程。
作曲家要实现创作的音响化，必须借助一个设备--音序器。音序器是英文“sequencer”的翻译，它是通过产生 MIDI 或者 CV 电压信号等手段来控制诸如合成器之类的电子乐器演奏的装置。能够被音序器操作编辑的数据有四种类型，即使用于 MIDI音序器的 MIDI 信息、使用于模拟音序器的 CV/Gate（电压/门限）信息、使用于数字音乐工作站的自动化控制信息、以及使用于音频音序器中的音频数据。根据控制信息的数字化形态，音序器可以分为模拟音序器和数字音序器；而根据其表现的外在形式又可以将其分为硬件音序器和软件音序器。音序器的发展遵循着从模拟到数字、从硬件到软件的进化模式。
音序器在流行音乐创作生产中有着很重要的作用，它就像是乐谱一样，只不过乐谱完成后是由演奏家进行音乐的演奏，而音序器的乐曲序列完成后交给合成器进行音乐的演奏。从这个角度出发，引领音乐创作生产操作变革的不是合成器，而是音序器。合成器和其它诸如小提琴之类的声学乐器并无差别，就是一件乐器，只不过音色种类比较多；而音序器不同，作曲家可以借助音序器完成乐曲构思，完成传统的音乐创作作品的乐谱形态，进而直接由合成器的演奏而听到最终的音乐音响，这是人类音乐创作生产活动发展史上具有里程碑意义的技术革新，宣告音乐生产活动由意念形态到音响形态的进化。
最早的音序器可以追溯到 19 世纪第一次工业革命后所发明的音乐盒（Music Box）、手摇风琴（Barrel Organ）等能自动演奏的乐器，抑或是厌倦了千百年来音乐创作的意象化形态、也或许是对于将音乐商品化的追求，这种将乐谱刻印在卷筒上，然后借由与其捆绑在一起的乐器发声的音乐演奏方式，具有早期萌芽状态的智能模式。
真正意义上的音序器是从模拟音序器的发明开始的，在 1946 年，美国电子音乐作曲家雷蒙德·斯科特（Raymond Scott）使用步进继电器、电磁阀、控制开关、16 个独立震荡器电路等装置来组成能够制造节奏的音序器，因音序设备多的铺满了其在纽约工作室的一面墙，以至于有人将这最早的音序器称为“声音墙（Wall of Sound）。”但这种早期音序器的缺点也很明显，就是噪音太大，后来的罗伯特·穆格在回忆中说道“整个房间都是咔-咔-咔的声音……”
虽然雷蒙德·斯科特设计的音序器操控性与实用性并不强，但他启迪了后来的电子音乐家们，他们开发出更为实用的步进音序器。步进音序器通常为 8 个或者 16 个分步，每一个分步以十六分音符为单位，由此可以构成一个小节的音乐长度。通过演奏样式的循环、以及与打击乐器的结合，步进音序器产生了比较广的应用，到现在还存在于各种鼓1模拟的步进音序器没有足够的音乐长度，更不能保存更多的演奏样式，因此，先进的数字音序器开始登上历史的舞台了。1971 年，EMS 公司开发出世界上第一款数字音序器，名为“EMS Sequencer 256 ”,提供 3 个音轨，256 个步进。1974 年 Oberheim 公司推出 DS-2 数字音序器，1977 年 Sequential Circuits 公司推出 Model 800.也就是在 1977年，日本罗兰公司推出了世界上基于微型计算机技术的音序器 MC-8 Microcomposer,这款被称为“计算机音乐作曲家”的数字音序器，用键盘输入数字代码，有 16KB 的内存，最大 5200 个音符数。数字音序器的发展成熟，开始广泛用于流行音乐的生产领域，如当时日本着名的电子音乐乐队 Yellow Magic Orchestra 在 1978 年创作乐曲《ThousandKnives》时就使用了罗兰公司的 MC-8 Microcomposer.
在另一方面，不以物理实体建构为基础的软件音序器从 20 世纪 50 年代随计算机技术的发展而开始开发，内容包括计算机音乐演奏（Computer-played）、计算机音乐作曲（Computer-composed）、计算机声音合成（computer sound generation）等。1951 年 6 月，世界上第一首由计算机演奏的音乐《波基上校（Colonel Bogey）》诞生了，这是一首由美国作曲家 Kenneth JohnAlford 于 1914 年创作的管弦协奏曲，而演奏这首乐曲的计算机是澳大利亚的第一台数字计算机--CSIRAC②。
1956 年，伊利诺伊大学厄巴纳·尚佩恩分校的教授 Lejaren Hiller 使用该校自主研发的计算机 ILLIAC 编写了最早的计算机音乐作曲程序，并用它与别人合作创作出第一首音乐作品--弦乐四重奏《Illiac 组曲》③。1957 年，贝尔实验室的马克斯·马修斯（MaxMathews）开发出世界上首台被广泛使用的可以合成数字音频波形的音乐作曲程序--MUSIC.一直到 20 世纪 70 年代微型计算机推出之前，计算机音乐都是大型计算机中心的重点研究项目。
1975 年，NED 公司推出名为“ABLE”的微型计算机作为达特茅斯大学 1973 年所开发数字频率合成器的一个专门数据处理单元，在此基础上，NED 开始了 Synclavier 系列合成器的开发。1977 年 9 月，终于推出第一个产品 Synclavier I,这是世界上最早的具有多轨音序功能的数字音乐工作站①，只可惜限于当时微型计算机的处理能力以及模拟制作技术的成熟，这种具有创新概念的数字音乐工作站并没有坚持开发下去。
1980 年，澳大利亚推出的计算机音乐乐器 Fairlight CMI 二代中集成了他们自己的音序器--Page R,Page R 整合了步进音序和采样回放技术，到 1987 年，这款引领软件音序器发展的音序器更名为“Tracker”,在整个 20 世纪 80-90 年代，由其制作的电脑游戏音乐、背景音乐等而走进大众的应用领域。
1983 年随着 MIDI 标准的推出，以及个人计算机技术的发展与成熟，以处理 MIDI数据为主流的软件音序器开始了取代硬件音序器的进程。虽然硬件音序器后来在发展中也采用了国际通用的 MIDI 标准，但操作的直观性与便捷性却远远比不上软件音序器。
比如，1983 年 Twelve Tone Systems 公司推出的首款基于 DOS 系统的 MIDI 音序软件Cakewalk Professional、1989 年 Steinberg 公司推出的运行于 Atari 计算机上的软件音序器Cubase、Avid 公司于同年推出的 Pro Tools 的前身版本--立体声录音编辑系统 SoundTools 等，在推出后的几年时间里就将硬件音序器打入了历史的车轮中。基于计算机的软件音序器+硬件音源+硬件效果器的音乐创作模式在相当长的一个时期里统治者流行音乐的创作生产领域。
纵观音序器的发展历史，数字技术的发展与应用，使得千百年以来形成的音乐创作传统被逐渐消解，音乐创作的方式得到根本性的改变。虽然传统乐谱形式的创作生产并未随着计算机辅助作曲的成熟而消亡，但拥有新型创作手段的流行音乐生产个体呈现出草根化的趋势，这不仅仅扩大了音乐生产与消费的面，也极大的促进了流行音乐生产的大众化。
2.3 数字技术在流行音乐唱奏生产中的应用
现代的流行音乐创作生产借助于计算机数字音乐工作站不但可以产出可供流传的乐谱文件，也可以制作出可供试听的音乐小样，但不管是哪种表达形式都需要歌手、乐手的唱奏生产才能制造出最终的音乐成品，这是因为计算机音乐制作的技术水平还没有达到能够取代歌手、乐手唱奏的程度。
音乐唱奏生产用曾遂今的话来说，“它是人们根据创作生产的’音响蓝图‘所规定出的艺术表现轨迹而从事的一种只凭人的嗓音或人对乐器的驾驭的演唱、演奏行为①。”那么，流行音乐的唱奏生产也符合音乐唱奏生产的一般规律，是指流行歌手或乐手根据流行歌曲的编曲为表达歌曲的内容与情感而进行的唱奏行为。
数字技术在流行音乐唱奏生产中的应用主要体现在两个方面，一是声音传达系统的数字化，二是演奏乐器的数字化。同样的，我们用历史发展的眼光来梳理数字技术在唱奏生产中的应用情况。
首先来考察声音传达系统中数字技术的应用情况。
流行音乐的生产是一种社会化的活动，其唱奏生产不能以此前古典音乐唱奏生产的标准来衡量，因流行音乐演奏乐器的独特性，以及原声乐器音量的不匹配性，比如鼓组的音量远远超过诸如吉他、人声等乐器，以至于流行音乐的唱奏生产特别依赖电子扩声设备，即必须有好的声音传达系统，才能赋予真正意义上的唱奏生产。
声音传达系统是由拾音设备、混音器、扬声设备等三大组件构成，拾音设备负责对歌/乐手的唱奏进行收音，并将物理属性的声音转化为电流信号；混音器负责对收录来的声音进行整理、处理、修饰、美化，并做出音量上的平衡以获得最佳的输出效果；扬声设备通过功率放大器、扬声器等设备将流行歌/乐手的唱奏传达出去，以供大众欣赏娱乐。
拾音设备主要就是指传声器，俗称话筒，按照英文“Microphone”的音译又称为麦克风，是一种能够将声音信号转换为电信号的能量转换器件。传声器通常由三个部分组成，传导声波的声学系统、感受声波振动的机械系统和转换输出电信号的电学系统。
传声器的种类有很多，但不管是动圈式麦克风、还是电容式麦克风、抑或是驻极体电容麦克风，在麦克风的发展领域中模拟技术一直都是主流，数字技术运用的不多。只有 到 现 在 , 随 着 手 机 、 平 板 等 移 动 终 端 设 备 的 发 展 , 一 种 使 用 微 机 电（MicroElectrical-Mechanical System）技术开发制造的微机电麦克风，因直接在麦克风中内置了数模转换器，所以可以直接输出数字信号。
混音器俗称调音台，它可接收多轨不同阻抗、不同电平的音频信号，并对这些信号进行放大和处理。然后按不同的音量对信号进行混合、重新分配或编组，产生一路或多路信号的输出，包括立体声输出、混合输出、编组输出、监听输出、录音输出以及各种辅助输出等，它是连接各种信号源设备和音频输出设备的中心。
早期的调音台是由电子管构成的，但工作时耗能高、发热量大、以及存在体积大以及稳定性较差的问题，因此在使用时会引起诸多的不便。后来，由于晶体管的发明及其在电子设备中的使用，调音台的使用性能得到进一步的改善，信号处理功能进一步提升，比如添加了噪音门、均衡处理器等。
到了 20 世纪 70 年代中期，5534 电路的使用使调音台发展到一个新的阶段。5534电路结构合理，被公认为是非常适合用于生产麦克风放大器的驱动。因此，它成为调音台普遍应用的模块，在使调音台体积变小的同时，也降低了造价。由于 5534 电路被广泛地应用，可以使更多的复合信号通道被合理地安排在同一个模块条中，这使调音台具有更好的灵活性以及更多的可能性。
模拟技术的发展已日臻完善的同时， 数字信号处理技术也开始在调音台中使用，到20 世纪 90 年代，出现了运用数字信号处理技术的全数字化调音台，它不仅能进行频率均衡和矩阵分配、而且能调整音量、设定参数，具有的功能包括存储、再生所有操作过程等。这些预示着数字系统的性价比将不断地被提升。与模拟调音台相比，数字调音台不仅体积更小、重量更轻，而且在混音和不间断回放操控方面更加的简单便捷，另外它还具有更强的处理和路由能力并可以进行编程。有了数字调音台不仅可以完美录制每一首歌曲，而且通过其编程能力还可以在歌曲的演奏过程中对其进行实时修改。经过近些年的优化、改造，如今数字调音台的音质得到了巨大的改善，现在大多数的数字调音台都已经装备了在音质效果上可与录音棚效果器媲美的 24-bit/96kHz 模数转换器，且还可连接高品质的模拟话放，以保证清晰的音频信号。
声音传达系统的扬声设备主要负责将拾取的并经过处理的混合声音信号通过电能与机械能的转化把声音播放出去，主要的构成设备是功率放大器和扬声器。在扬声设备中使用数字技术的主要是功率放大器，数字功放有两大类，按其发展的先后顺序分别为 D类放大器和 T 类放大器。
D 类放大器在结构原理上与模拟放大器差不多，不同之处在于它要将输入的模拟音频信号或数字信息转换成脉冲宽度/密度调制的脉冲信号，然后用这种脉冲信号去控制大功率开关器件的通/断。D 类放大器也称开关放大器，具有效率高、失真低、噪音小的优点。
T 类功率放大器采用 Tripath 公司发明的一种称作数码功率放大器处理器“DigitalPower Processing （DPP）”的数字功率技术，虽然它的输出电路和 D 类功率放大器是相同的，但使用通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过 DPP 数字处理后，用于控制功率晶体管的导通关闭，从而使音质达到高保真线性放大。当然，它的功率晶体管的切换频率不是固定的，无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内，而是散布在很宽的频带上，这使声音的细节在整个频带上都清晰可“闻”.此外，T 类功率放大器具有更宽的动态范围，更平坦的频率响应。
DDP 的出现，把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。
在考察了数字技术在声音传达系统中的应用后，我们再来看看演奏乐器的数字化状况。
乐器在几千年人类音乐的发展历程中都是呈物理状态的，依靠自然物体的振动与共鸣腔体的共振来产生乐音。乐器的数字化也只有在电子合成器的发明之后才有开发的可能性。
从 1955 年 RCA（Radio Corporation America,美国无线电公司）制作的世界上第一台电子音乐合成器MKI诞生到1971年罗伯特·穆格设计的在商业上取得巨大成功的便携式模拟合成器 Minimoog,在电子音乐发展的早期阶段，合成器都是采用模拟电路设计并进行音色合成的。
数字技术的率先使用要从1978年由戴夫·史密斯设计的多复音合成器Prophet5开始。
戴夫·史密斯在设计这一款合成器时，希望将当时流行的单音合成器进化到多复音合成器，为此，他采用数字控制技术，不但可以让每个按键弹出不同音色，而且每个音色的参数都可以独立调整。音色调整不再是单一校正，如若调整总控制平台的旋钮，参数同时还可以调整所有的音色。键盘不再只是控制单个音符，通过一个微处理器实时扫描所有按下的键，然后将信息转换为音高，分配给每个音色。在这种方式下，合成器弹奏起来就是个多音乐器了。
通过多复音合成器的开发实践，戴夫·史密斯敏锐的觉察到，只要有传输线与转接插头，便可以让数字乐器之间进行数据传输，于是在 1981 年他向世界音频工程协会提交了一篇关于 MIDI 标准的论文，经过美国和日本制造商之间几个月的讨论，MIDI 协议 1.0于 1983 年 8 月发布出版，这标志着 MIDI 技术的诞生。
MIDI 是 Musical Instrument Digital Interface（乐器数字接口）的简写，从字面上就可以看出 MIDI 是基于乐器数字化技术，规范数字化乐器演奏、使用的标准语言。该标准主要统一了 MIDI 信息的二进制语言表达形式以及四种 MIDI 信息类型的语法规范。这四种 MIDI 信息类型分别是通道模式、通道声音、系统实时信息和系统通用信息。其中通道声音信息包括音符开始、结束、触后、音色改变、控制改变、滑音轮变化、通道压力等；通道模式信息包括恢复所有控制器、关闭所有声音、停止所有音符、局部控制等；系统通用信息包括乐曲位置指针、校音请求、乐曲选择、系统专用信息、专用信息终止等；系统实时信息包括时钟、开始、停止、继续、重设、主动传感等。
MIDI 标准的发布极大的推进了数字乐器的发展，生产厂商由此开发出各种各类的数字乐器，有键盘式的，如合成器、主控键盘等；有敲击式的，如电子鼓、鼓机等；有弦控式的，如 MIDI 吉他、数字小提琴等；有吹奏式的，如呼吸控制器、电子吹管等。
通过对唱奏生产中数字技术应用状况的考察与梳理，我们可以发现，数字技术已经深入到流行音乐的唱奏生产中，并影响着流行歌手/乐手的唱奏行为。因为在声音传达系统中数字技术的介入，可以使得流行歌手可以最大限度的开发嗓音的表达技术，可以使乐手获得更好的音响效果；因为演奏乐器的数字化，可以使得流行歌手有多音乐风格的选择与音乐个性的塑形，可以使得流行乐手有更丰富的音色表达体系与更先锋时髦的演奏体验。
