有时，具有固定音高和相同谐波的乐音给人的感觉有很大差异。比如，人们能够分辨具有相同音高的钢琴和小提琴声音，这正是因为它们的音色不同。音色是由声音的频谱决定的，各次谐波的比例不同，随时间衰减的程度不同，音色就不同。“小号”的声音之所以具有极强的穿透力和明亮感，是因为“小号”声音中高次谐波非常丰富。各种乐器的音色是由其自身结构特点决定的。用计算机模拟具有强烈真实感的旋律，音色的变化是非常重要的。
3）响度
响度是对声音强度的衡量，它是听判乐音的基础。人耳对于声音细节的分辨与响度趋势有关，只有在响度适中时，人耳辨音才最灵敏。如果一个乐音响度太低，便难以正确判别它的音高和音色，而响度过高，也会影响判别的准确性。
2．计算机音乐的生成
计算机音乐系统由演奏控制器、音源和MIDI接口几部分组成。
1）演奏控制器
演奏控制器是一种输入和记录实时乐曲演奏信息的设备，如钢琴模拟键盘。演奏控制器主要用来产生演奏信息，并不发出声音。用户可以用MIDI电缆把演奏控制器的输出端和声音合成器的输入端相连接。当用户用演奏控制器演奏乐曲或编制乐曲时，就可以把乐曲信息记录下来，或通过合成器和音箱播放出来。演奏控制器除了钢琴键盘之外，还有电子琴、吉他、萨克斯管、手风琴和鼓等乐器。
2）音源
音源是计算机音乐系统的核心，是具体产生声音波形的部分。
（1）数字合成音源
数字合成音源具有声音合成的任意性，它使用波形发生器合成不同的声音，在理论上，合成音源可以合成出任何声响和声音，但由于决定一种音源特性的参数比较复杂，因而想要得到一种既满意又实用的音色并不是一件容易的事情。数字合成音源由硬件芯片来实现，常用的合成方法是采用调频合成，即FM合成。
（2）采样音源
使用FM合成法来产生逼真的乐音是不甚理想的，有些乐音几乎不能产生，只在低档声卡采用。中、高档声卡采用乐音样本合成法，即波表合成法。采样音源是一种具有真实声音片段的音源，它采集真实乐器的演奏波形，将它们存放在一个波形表中，合成音源时以查表匹配方式获取真实乐器波形。这种以真实声音波形为基础的音源具有音色真实、丰满的特点，合成的音源基本上能达到以假乱真的效果。但是，由于采样波形不能代表所有真实的演奏状态，而且音源的音色在某种程度上还取决于演奏者的演奏技术，因而采样音源还是达不到演奏者演奏音乐的临场感觉效果。
（3）物理模型化音源
物理模型化音源与合成音源和采样音源有着本质的区别，音源中既没有波形发生器也不存在采样波形，而是利用计算机强大的处理功能和高速的实时响应能力模拟出各种演奏信息的相应声波。此时的音色不仅取决于乐器种类，而且与演奏状态和演奏技巧等密切相关，因而在音源能根据接收到的演奏信息模拟出相应声音的同时，音色随演奏的变化而变化。典型的物理模型化音源有仿真声学合成器VL1和VL2等。
4.3.2MIDI接口
MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface）即乐器数字接口，是音乐与计算机结合的产物。它是一种计算机与MIDI设备之间连接的硬件，同时也是一种数字音乐的国际标准。任何带有MIDI接口的设备都称之为MIDI设备，如带有MIDI接口以及专用的MIDI电缆计算机、合成器和其他各类MIDI设备连接在一起，以便计算机对MIDI设备进行控制和在不同MIDI设备之间进行信息交换。
1．MIDI基本概念
MIDI接口规范由硬件连接端口和数据传输格式两部分组成。
1）硬件连接端口
硬件连接端口规定了乐器间的物理连接方式，要求乐器必须带有MIDI端口，并对连接两个乐器的MIDI电缆及传输电信号作了规定。
MIDI接口具有三种输入/输出端口，它们分别是MIDIIN、MIDIOUT和MIDITHRU。
①MIDIIN：MIDI输入端口，MIDI设备用MIDIIN端口接收MIDI信息。
②MIDIOUT：MIDI输出端口，MIDI设备用MIDIOUT端口送出MIDI信息。
③MIDITHRU：MIDI转接端口，MIDI设备利用MIDITHRU端口起到中继和桥接的作用。
MIDI接口的IN、OUT、THRU端口均是一个圆形的5孔接头，如图47所示。它们都被称为MIDIDIN的标准型接头。与MIDI接口相对应，MIDI专用电缆线的两端各为一个5针的圆形插头，其尺寸与MIDI接口相匹配。
最常用的MIDI设备连接方法是用一根MIDI电缆将演奏控制器的MIDIOUT端口与计算机（内有音序器）的MIDIIN端口相连接，同时用另一根MIDI电缆将计算机的MIDIOUT端口与音源MIDIIN端口相连接，这样由演奏控制器发出的演奏信息便可被计算机接收和存储，经过处理后送到音源演奏。
2）数据传输格式
MIDI标准规定了硬件上传输信息的编码方式。MIDI数据格式不是处理单个采样点的编码（波形编码），而是乐谱的数字描述，包括乐器的定义、音符序列和音色、音量的描述。数据可以分为多组MIDI消息，一组MIDI消息代表一个音乐事件，也就是一种乐器的某个动作，如击键、移动滑动条和设置开关等。
例如，弹奏钢琴击键时，由MIDI接口产生一个MIDI消息，这个消息就是乐谱的数字描述，定义了该乐器的音符序列、音色和音量。当一组MIDI乐谱信息通过音乐合成芯片演奏时，合成芯片解释这些符号，产生音乐。
2．MIDI设备
通过MIDI接口，计算机可以控制各个乐器的输出。同时，通过MIDI接口，计算机还能接收、存储并处理经过编码的音乐数据。数据由MIDI设备的键盘产生，可通过声音合成器还原为声音。音序器是一个应用程序，不仅用于存储数据，大多数情况下还可用于编辑音乐数据。
1）MIDI合成器
已经指出，MIDI声音产生和记录的方法与波形声音产生和记录的方法是不同的，MIDI文件记录的内容是音乐演奏的一系列指令。当播放MIDI文件时，必须把这些数字化的音乐指令转变成模拟的音乐波形，才能由音箱播放出乐曲。MIDI合成器就是将MIDI文件中的数字信号转化成声音波形的电子设备，目前常用的MIDI合成器有调频（FM）音乐合成器和波形板（Wavetable）合成器两种类型。合成器可以内置于计算机内部，一般集成在声卡上，也可以通过MIDI接口与计算机相连接，称为外部合成器。
根据合成器的功能可以分为基础级合成器和扩展级合成器。基础级合成器支持3种乐器和6个音符的复音，扩展级合成器可以支持9种乐器和16个音符的复音，目前高档的合成器可以支持16种乐器和32个（或64个）音符的复音。
复音是指合成器同时支持的最多音符数。如一个能以6个复音合成四种乐器声音的合成器，可同时演奏分布于四种乐器的6个音符，这四种乐器可能是钢琴和弦、长笛和小提琴。
2）MIDI音序器
音序器又称声音序列发生器，是一种记录、编辑和播放MIDI文件的软件，是为MIDI作曲而设计的计算机程序。音序器将演奏者实时演奏的音符、节奏以及音色变化等信息数字化后按时间或节拍顺序记录在计算机的存储器中。同时，音序器是一种音乐指令处理软件，可以根据用户的要求对MIDI文件进行修改、编辑和创作。最后，音序器可将记录在存储器内的MIDI信息或经过编辑修改好的MIDI信息送到合成器，合成器对声音进行合成后自动演奏播放。音序器也可以安装在合成器的内部与合成器构成整体，这时音序器称为作曲机。用户如果想自己创作音乐，就必须使用音序器和MIDI控制器，MIDI控制器负责将创作演奏转换成MIDI数据，音序器负责录制、编辑和播放。
音序器内具有若干条音轨，每条音轨用来存放一种乐器的信息，不同乐器占用不同的音轨，并且可以单独进行编辑和修改，也可以单条音轨进行播放。当需要几种乐器合奏时，可以把相应的几条音轨中的构成音序的演奏数据经过通道传输到合成器，再经混音器混音后输出。
通道是一种音乐信息的传输路线，每条专用MIDI电缆可提供16个通道，其中每个通道可传输一种乐器的音符信息，相当于同时产生16组乐器合奏的乐曲。通常，不同的通道对应于不同的音轨，但不同的音轨可以共同占相同的通道。
3）MIDI键盘
演奏者使用键盘可以直接控制合成器的输出。每一次击键就是向微处理器发送一个相应的信号，告诉它演奏的音符和持续时间、演奏的音量，以及是否加入颤音等。键盘至少要有61个键，以能表示5个8度音程。
4）微处理器
微处理器的任务是接收和发送MIDI信息。微处理器从MIDI键盘的动作判断演奏的音符，通过控制板判断演奏者的控制命令，并存储这些MIDI指令。输出时，微处理器将这些指令送至声音合成芯片，由它来解释这些指令并合成声音。
5）控制面板
控制面板控制那些不直接由键盘产生的音符和与持续时间有关的一些其他量，如控制总音量的滑动条、控制合成器开关的按钮，以及一组确定声音生成器音调的声音选择按钮，还可以通过辅助控制器调节合成器的音调或加入特殊效果。另外，MIDI用时钟表示音符的长度，并实现发送端与接收端的同步。
3．MIDI软件
计算机通过MIDI接口与各种MIDI乐器连接后，就可以使用各种各样的MIDI软件。用户可以通过作曲或音乐设计对声音事件进行音乐的创作和编辑。
MIDI软件可以分为以下4类。
（1）音乐记录和演奏软件
这类软件能记录从MIDI设备输入到计算机中的MIDI消息，有的还能编辑并播放这些消息。
（2）乐谱创作与打印软件
使用这类软件可以用传统方式作谱，还可以用乐谱演奏或用打印程序打印输出乐谱。
（3）合成器片断编辑或管理软件
这类软件可以在计算机上编辑不同的合成器片段并存储在内存或磁盘上。
（4）音乐教学软件
这类软件使用屏幕、键盘及其他MIDI设备控制器进行音乐教学。
4.4声卡概述
4.4.1声卡的结构与工作原理
1．声卡的结构
计算机处理声音的硬件设备是声卡，尽管声卡的类型很多，但声卡的基本结构和功能都是类似的。声卡的功能结构模型如图48所示。
1）音源
声卡可以接收话筒的信号输入（MICIN）、外部的音频信号输入（LINEIN），或是内部连接的CD音频信号。各种输入信号的幅度不宜太小，也不宜太大，否则将引起信噪比下降或信号的失真。声卡的软件一般都提供检测外部输入信号大小的应用程序。
2）混音器（Mixer）
混音器芯片可以混合各种音源，包括数字化声音、MIDI（合成）音乐、CD音频输入、LINEIN、MICIN以及PC扬声器，并通过软件控制多种音源的音量，实现混合录音。混音器芯片还可提供立体声∕单声道选择和低频∕高频滤波。声卡通过软件向用户提供一个控制混音的平台，如SoundBlaster提供的Mixer，用户可以像操作一个调音台一样对Mixer进行操作。
3）前置放大器
在有些声卡上有独立的音频前置放大器芯片，它是一块模拟信号处理芯片，其主要任务是将各种音源的微弱信号放大到一定的电平，或进行选择、补偿、控制等处理，使其足以推动后级电路。前置放大器位于整个音频信号通路的前端，因此其性能对声卡的整体音频信号处理质量非常重要。
4）DSP（DigitalSignalProcessing，数字信号处理）芯片
