l 引言
乐器数字接口(MusICal Instraament Digital Inter一face，MIDI)是20世纪80年代初为解决电声乐器之间的通信问题而提出的。MIDI传输的不是声音信号，而是音符、控制参数等指令，它指示MIDI设备要做什么，怎么做，如演奏哪个音符、多大音量等。它们被统一表示成MIDI消息(MIDI Message)。传输时采用异步串行通信，标准通信波特率为31．25x(1±0．01)Kb／s［1］。
MIDI的核心技术之一是合成。合成方法主要有2种：频率调制(Frequency Modularion，FM)合成和波表(wavetable)合成［2］。相对于高成本的样本波表合成，FM方式对存储空间要求更低，尽管音色表现有一定的局限性，实现难度较大，但在国际上仍然十分流行。目前，国内对MIDI技术层面的研究还不多，FM合成方面也大多采用单音基频方式，这在很大程度上制约了MIDI音乐的表现力。笔者论述了在FPGA上的MIDI音乐数字式FM合成方法，设计并验证了合成方案，合成音乐的表现力有了本质上的改善，达到了预期的效果。
2 音乐合成
2．1 FM方法
FM作为音乐合成方法最早由John Chowning提出，它是用调制器发出的周期性信号(调制波)来调制另一个信号(载波)的频率［3-4］。FM的基本表达式为
其中，A(n)为幅度包络；I(n)为调制度包络；ωm为载波角频率，它决定了乐音的音调；ωm为调制波角频率。如调制波频率处于亚音频(sub-audio)段时，可以听到像警车警报器似的音调起伏变化的声音；而当频率升高到约30 Hz以上时，可听到有边带频率的新的音色。
2．2复音
合成器的复音(polyphony)涉及到它同时发出多个独立音的能力，也叫"和弦"。复音一般以音符(note)数或声音(voice)数来衡量或说明，voice的数量就是复音数或和弦数。不同MIDI音乐要求的复音播放能力可能不相同，复音数越高，播放和声的能力就越强。
2．3 ADSR包络
图1示出的ADSR包络(ADSR envelope)［5］是许多合成器、采样器和其他电声乐器的重要部件。其功能是对乐器声音的某些方面进行调制(常常是音量)。当乐器发声时，相关音量也随着时间而变化。不同乐器的音量变化图案不同。
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