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本日の概要（ 10/10 ）

本日の概要（ 10/10 ）. 前回の続き（コンピュータと音楽の歴史等） 音楽データの分類 音響データ 記号（楽譜）データ その他（構造記述等） データのファイル形式：　以下の２つを取り上げる WAV （音響データ） MIDI/SMF （楽譜データ）. 音楽の記号的側面. 音響信号 連続的であり、記号化・構造化されていない。 音楽的に意味のある単位 時間・音高について離散化されたカテゴリに分割される。 ⇒　音符、楽譜 高次の構造 それらの単位を組み合わせて関係付けた構造、 抽象的・概念的な構造 ⇒　楽曲の解釈、音楽構造の表現. ＊音楽データの形態. 音響信号

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本日の概要（ 10/10 ）

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Presentation Transcript

  1. 本日の概要（10/10） • 前回の続き（コンピュータと音楽の歴史等） • 音楽データの分類 • 音響データ • 記号（楽譜）データ • その他（構造記述等） • データのファイル形式：　以下の２つを取り上げる • WAV （音響データ） • MIDI/SMF （楽譜データ）

  2. 音楽の記号的側面 • 音響信号連続的であり、記号化・構造化されていない。 • 音楽的に意味のある単位時間・音高について離散化されたカテゴリに分割される。⇒　音符、楽譜 • 高次の構造それらの単位を組み合わせて関係付けた構造、抽象的・概念的な構造⇒　楽曲の解釈、音楽構造の表現

  3. ＊音楽データの形態 音響信号 MIDI 符号 音楽記述言語 構造・知識表現 ×103~104 ×10-1~101 信号・数値 ↓ 記号化 ↓ 構造化

  4. 音楽データの記述形式・言語 音響データ（WAV 等） 音楽データ表現としての MIDI/SMF Music XML MML とその拡張 テキストベース：MUSIC-X, Csound, CMix, Nyquist, DARMS, Humdrum/Kern, ...... GUI ベース：　　KYMA, MAX, Pd, …... 統合的な音楽記述環境・システム 知識表現型言語 Music Structure DOOD ベース

  5. データ形式、MIDI 音源の比較 • 例： バッハ：ブランデンブルグ協奏曲第５番第１楽章（最初の２分ぐらい） • MML データ7.7 KB • SMF ファイル　　　　　　　　　　　　　 19.2 KB • WAV ファイル（44.1 kHz mono）　　9.46 MB • （生演奏：配布版からは音データは削除） • MIDI 音源（ソフトシンセ、外部音源等々）によって音質さらには曲の表情もかなり異なる。 • MIDI 音源をチューニングした例（加藤）

  6. 音響データと記号（楽譜）データ • 同じ曲について（約２分間） • 音響データ約 10,000 KB（10 MB） ↑ （５００倍） ↓ • MIDI データ約 20 KB

  7. 音響データ（１） 基本的には、A/D 変換されたディジタル音響データ（数値の時系列）を記録したもの。 したがってデータ量は録音時間（及びチャンネル数、分解能）に応じて決まり、演奏されている楽曲の種類には拠らない（楽譜データとの違い） ディジタル化のパラメタ 標本化（サンプリングレート）量子化（分解能・深度） １サンプルあたりの量子化データ（数値）を並べる。

  8. ディジタル化 時間軸方向のディジタル化（標本化） サンプリングレート： 44.1 kHz (CD), 22050, 11025, 48000, 8000Hz（電話）... cf.人間の可聴域：　約 20~20000 Hz Shannon の標本化定理サンプリングレートの ½までの周波数成分は忠実に標本化可能 振幅方向のディジタル化（量子化）8 bit (48 dB), 16 bit (96 dB: CD/DA), ...

  9. 聴覚（Wikipedia より）：　内耳

  10. 可聴域　（20～20,000 Hz）

  11. 参考：可聴域 • 本当の可聴域は？ • 可聴域は人によってかなり個人差がある。 • 20～20,000 Hz というのは、純音（＝正弦波）単独での測定に基づく。 • 複合音では、単独では認識されない高周波成分も（音色）などの形で認識されると言われている。 • 「モスキート」 • 若年（～２５才ぐらい）は高音がよく聞こえるが、年と共に高いほうが聞こえなくなる。 • 「モスキート」：若者を追いだす装置？ • →君には聞こえるか？　　

  12. ディジタル化 時間軸方向のディジタル化（標本化） 振幅方向のディジタル化（量子化）

  13. ディジタル化の例

  14. 参考：　CD のデータ • CD の容量：　約 650MB（CD-ROM の場合） • オーディオ CD（CD-DA）ではデータ量はこれより多い（チェックビットなどがないため） • サンプリングレート： 44100 Hz2 byte / 2 channel, linear PCM • 標準的な記録時間は最大約 74分 • 練習：　実際のデータ量を計算してみよ。

  15. ディジタル情報の特徴 十分に高い分解能があれば、連続量を十分正確に表現できる。 技術の高精度化が背景として必要 精度とデータ量のトレードオフ 人間の認知能力との兼ね合い アナログ情報に比べて、はるかに高い自由度で生成・加工・編集等の処理ができる。 ソフトウェア的な処理 データが転送、コピーによって劣化しない。 著作権問題：　「Winny 事件」等

  16. 音響データ（２） 数値の表現： 整数型 符号付整数（WAV 2 byte： ー32768～+32767） ベースシフト（WAV 1 byte: 0～255 (-128)） 浮動小数点（Matlab 等） チャンネル数 モノラル（１チャンネル） ステレオ（２チャンネル） 多チャンネルステレオ（5.1ch surround など）

  17. 音響データ（３） オーディオデータファイル形式音響データそのものに加えて、パラメタ値などをどう記録するかの決まり。 非常に多数の形式がある。代表的なものとしては： WAV (Microsoft) AIFF (Mac/Apple) AU (Sun) （MP3） データの圧縮：　可逆／非可逆（MP3 等）

  18. 音響データ（WAV 形式） IFF/RIFF 形式Mac 用の AIFF の MS/Windows 版 ファイル拡張子：　.wav 等 ヘッダ部、フォーマットチャンク、データチャンクよりなる。 フォーマットチャンクデータについての基本的な情報（チャネル数、サンプリングレート等） データチャンク実際の波形データの数値列 Big Endian/Little Endian 問題 資料：　http://www.kk.iij4u.or.jp/~kondo/wave/　等

  19. WAV 形式: データ表現（数値） • 数値の表現：　整数型 • 2byte:　　符号付整数（ー32768～+32767）　　先頭ビット：符号ビット • 0xxx xxxx xxxx xxxx: 　正（または 0） • 1xxx xxxx xxxx xxxx: 　負 • 1byte:　　ベースシフト（0～255 (-128)） • 1000 0000:0 • 1xxx xxxx:　　正（x≠0） • 0xxx xxxx:　　負（x≠0）

  20. WAV 形式: データ表現 • 多チャンネルデータは、各数値データをチャネル順に並べる。 • ２チャンネルステレオの場合、L, R, L, R, … • バイトオーダーIntel 方式（いわゆる little endian） • n byte の２進数表現が [b1 b2 … bn] のとき、ファイルには bn, …, b2, b1 の順に書き出す。

  21. MIDI (Musical Instruments Digital Interface) もともとは、ディジタル楽器の情報交換のための規格として制定された。(1982/1983)ハードウェアインタフェース、符号化方式、通信プロトコル 符号化：音の高さ（ノート番号）、強さ（Velocity)、その他 拡張規格：　GM (General MIDI)メーカー固有：　GS (Roland), XG (YAMAHA) 等 ファイル保存形式：　SMF (Standard MIDI File)

  22. MIDI 機器（１） MIDI 音源（シンセサイザ）各種の楽器の音を合成してオーディオ装置に送る。 FM 合成方式（Yamaha DX-7 等） PCM 音源（Pulse Coded Modulation） その他 コントローラ通常の楽器の演奏インタフェースにあたる。 MIDI キーボード MIDI ドラム ウィンド・コントローラ、ギター・コントローラ、 ．．． その他シーケンサ、ミキサー、リズムボックス、．．．

  23. MIDI 機器（２） 音源付キーボード音源とキーボード等のコントローラが一体になったもの（従来楽器のイメージ） 音源＋コントローラ従来楽器に対する大きな違いは、発音部分と演奏インタフェースが分離されていること。 キーボードで弦楽器、管楽器等の音が出せる。 物理的に離れていてもかまわない。 複数の音源を同時に制御できる。

  24. MIDI とコンピュータ（１） コンピュータと MIDI 機器を接続するには、MIDI インタフェースが必要。（最近の MIDI 音源では組み込みで用意されている：　RS-232C, USB インタフェース等） コンピュータによって MIDI 機器を制御する（演奏を行う） MIDI 機器から情報を入力し、記録（録音）、加工・編集、出力する 他のメディアとの融合、多様な表現形式の実現

  25. MIDI とコンピュータ（２） DTM (Desk Top Music)音楽情報を様々な形で表現・入力・編集・出力する統合的なシステムFinale, Professional Composer, Cakewalk, Cubase, Sibelius, MAX/MSP, ... 「ソフトシンセ」MIDI 音源の機能をコンピュータ上でソフトウェア的に実現するプログラム 現在のコンピュータには標準的に装備されており、ブラウザなどの親システムから呼び出されて使われる。 SMF は標準的な音楽データ交換形式となっている。cf MusicXML (Recordare) も　de facto 標準となりつつある。

  26. MIDI/SMF MIDI: Musical Instrument Digital Interface ハードウェア31.25 kHz serial, photo-coupler 接続（MIDI コネクタ、MIDI ケーブル） コード：　MIDI コード 拡張：　GM (General MIDI), GS, XG, ... SMF: Standard MIDI File Format MIDI データのファイル保存形式 時間情報、トラックへの分割、メタ情報等

  27. MIDI メッセージ Status byte（先頭１バイト）と data byte(s) よりなる。 Status byte は MSB on（先頭ビットが 1）、data byte は原則として MSB off（例外あり）。8nH: note off 9nH: note on AnH: key pressure BnH: control change CnH: program change DnH: channel pressure EnH: pitch bend FxH: system message Channel voice message (status 8nH～EnH) では status byte の下 4 bit はチャネル指定（１６チャネル） Running status: 前のメッセージと同じ status byte は省略可能。

  28. ノート・イベント note-on: 9nH + [note number]+[velocity] note-off: 8nH + [note number]+[velocity] note number: 半音単位での音高（0～127: 中央ハは 60） velocity: 音の「強さ」（0～127）note-on で velocity=0 なら消音に相当⇒running status 利用

  29. SMF IFF/RIFF 形式準拠 ファイル拡張子：　.mid, .midi, .smf 等 ヘッダチャンクとトラックチャンクよりなる。 ヘッダチャンクファイルについての基本的な情報 トラックチャンク各「トラック」の実際のデータを格納⇒「チャネル」と「トラック」の違いに注意

  30. SMF: ヘッダチャンク “MThd” <length><format><ntrks><division> <length>(4bytes):　チャンクの長さ（値 6） <format>(2bytes): 0, 1, 2 のいずれか0: １トラック、1: 複数トラック、（2: 複数曲等） <ntrks>(2bytes): トラック数 <division>(2bytes):　時間分解能通常は４分音符の分解単位を記す（別形式：SMPTE+frame ticks)

  31. SMF: トラックチャンク “MTrk”<length><events>* <length>(4 bytes): track の長さ イベント [delta-time]MIDI イベント（SysEx 以外の）MIDI コード [delta-time]SysEx イベントF0, F7 status の MIDI コード（可変長データを伴う） [delta-time]　メタ・イベント曲名、テキスト、調、拍子などの書誌的情報

  32. SMF: 可変長数値指定 数値を 7 bit ずつに分割してコーディングMSB on の場合には数値が続く。例）　120 = 78H = 0111 1000B259 = 103H = 1000 0010 0000 0011B delta-time: 直前のイベントとの時間差同時イベントの場合には 0 を指定する。

  33. SMF: メタ・イベント 書誌的情報：テキスト、著作権表示、シーケンス／トラック名、楽器名、歌詞、マーカー、キュー・ポイント 楽曲情報：テンポ指定、拍子、調 トラックの終わり：　end of track その他シーケンス番号、MIDI Channel Prefix, シーケンサ固有情報等

  34. SMF：　運用 実際のデータでは、note on/off に running status を使用しているものが多い。⇒　中途からの再生に問題あり 時間分解能は、大きいほど細かい指定ができるが、delta-time などのバイト数が多くなる。♩ = 96, ♩ = 480 など 実際の演奏の質は音源依存 トラックとチャネルの関係、分割／統合 テキスト中の日本語コード

  35. 文献　（MIDI 関係） 音楽電子事業協会 http://www.amei.or.jp/ MIDI 1.0 規格書、リットーミュージック (1998) MMA (MIDI Manufacturer’s Association)http://www.midi.org/ 新井純SMF リファレンス・ブック、GS リファレンス・ブックEdirol リットーミュージック (1996) 田辺義和：　Windows サウンドプログラミング、翔泳社 (2001) （授業ページのリンク集も参照）

  36. 文献 E. Selfridge-Field (Ed.): Beyond MIDI: The Handbook of Musical Codes,MIT Press (1997), BN 0-262-19394-9. C. Roads: The Computer Music Tutorial,MIT Press (1996), BN 0-262-68082-2（平田他（訳）：「コンピュータ音楽」、東京電機大学出版、2001） 平田圭二：「コンピュータ上での音楽知識の表現」、 bit別冊「コンピュータと音楽の世界」4.2 節、pp.163-181.

  37. 簡易 MML(Music Macro Language) • http://www.slis.tsukuba.ac.jp/~hiraga/mml/ • データ例 • 楽譜データをテキスト形式で入力し、MIDI/SMF ファイルに変換する Web プログラム • SMF ファイルのダンプによりその内容も調べられる。 • （できれば簡単な打ち込み演習をやってもらうつもり）

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