midi文件中记录的是什么信号,MIDI信号如何表示音符、音高和音量？

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导读

MIDI 文件记录的并非大家想象中的是直接可听见的音频信号。想象一下，当您用软件钢琴弹奏一段旋律，并将其保存为 MIDI 文件时，实际上保存下来的并不是声音的波形本身，如音频文件（WAV, MP3）那样记录模拟信号经过采样后的数字化数据。相反，MIDI 文件记录的是一系列指令或控制信号，更准确地说，是一种数字化的音乐乐谱信息。

这些指令主要是为了控制电子乐器、声卡或软件合成器的行为而定义的。它描述的是声音应该“如何”被生成以及“何时”进行控制，但不包括声音被实际播放出来的结果（即音频波形或采样）。

更具体地说，典型的 MIDI 信号和文件（.mid/.kar）所包含的核心内容是：

1. 音符信息：这是最基本的信息，记录了演奏中按下或释放的音符。每个音符都有一个唯一的编号（MIDI Note Number，范围从 0 到 127，对应不同的音高和八度），以及对应的时值（按照节奏进行时间划分）。

   • 何时开始（Note On/Press）
   • 何时结束（Note Off/Release）
   • 弹奏力度
   • 播放时长

2. 控制信息：除了音符本身，MIDI 还记录了演奏过程中的许多控制变化，这些会影响乐器的音色感觉，例如：

   • 音量控制：类似于滑动音量旋钮，控制输出信号的响度。
   • 调制轮/表情滑杆/踏板：控制如泛音、亮度、音色连续变化或延音等效果。
   • 调式/调号：乐队或乐器当前演奏的调性或音阶。
   • 踏板（延音、弱音、移调）：虽然主要是广域控制，但在电子键盘上也会用它来传递踏板状态变化。
   • pan（立体声平衡）：控制声音在左右声道之间的分配。
   • Bank Select、RPN（旋转程序选择）、NRPN（新轮盘程序选择）：用于更精细地选择和调整复杂的音色参数。

3. 序列与起始时间：MIDI 文件（特别是多轨格式）会包含各音符、控制事件以及打拍子出现在序列中的准确时间信息和相对时长。此外，也可能包含序列（MIDI 通道）的名称和文件开始播放的初始 BPM（每分钟节拍数或速度）等元数据。

4. 程序/音色选择：指定在某个 MIDI 通道上应该使用哪种乐器音色。

与音频文件（如 WAV, MP3）相比，后者存储的是经过采样和量化的声音波形振幅数据，文件大小通常与原始音频信息量有关。当你播放一段 MIDI 文件时，PC 或内置的浏览器（如 Audacity 支持部分播放）会根据当前设置的乐器声音合成插件（VST/AU），按照文件中记录的音符、时长和控制变化指令，实时地生成对应的“音频信号”来播放，实现音乐声音的输出。而原始的 MIDI 文件本身不包含这些合成后的、物理的声音数据。MIDI 文件也采用了类似 ZIP 文件的格式，压缩存储序列数字段，以求减小文件体积。