Python編曲實踐（三）：如何模擬“彎音輪”實現滑音和顫音效果

前言

彎音輪，是在MIDI鍵盤或專業電子琴一旁安裝的一個裝置（如下圖）。

通過前後撥動滾輪，可以實現彎音和顫音的效果。這對於追求特殊電音效果的作曲者來說是必不可少的，而這兩個技巧也是吉他等樂器演奏時十分常用的技巧，故在編程中學會更加自然和協調的模擬彎音和顫音效果，是模擬吉他等樂器時必不可少的。

再談Message

我們第一篇文章已經簡單講過Message類是MIDI編曲中最爲重要的概念，地位和作用相當於人體的細胞。
再次參考 Mido官方文檔中的Message Type章節 ，我們可以看到在所有的Message種類中有pitchwheel，它便是用於模擬彎音輪效果的一種消息類別，也是實現滑音和顫音的關鍵。
Pitchwheel類Message的基本格式如下：

Message('pitchwheel', pitch, time, channel)

其中time和channel的意義同之前相同，而pitch參數是一個區間爲-8192到8192的整數，用於表示音高“彎曲”的程度，取正數時趨向於高音，取負數時趨向於低音。pitch取3000的時候效果是“彎曲”一個半音。
若要實現完整的滑音過程，我們還需要Aftertouch這個類型的Message類型，其基本格式如下：

Message('aftertouch', time, channel, ...)

這種Message是用於在音符按下且未結束的時候改變某些屬性，比如音量和頻道等，在此我們僅僅用它來維持我們的音高。

編程實現

我們的目標是通過Pitchwheel這一種Message類型實現兩種效果——滑音和顫音，故我們對這兩種效果分別編碼，將相關的代碼添加到改名後的 實踐（一）的play_note函數——add_note函數中：

def add_note(note, length, track, base_num=0, delay=0, velocity=1.0, channel=0, pitch_type=0, tremble_setting=None, bend_setting=None):
    bpm = get_bpm(track)
    meta_time = 60 * 60 * 10 / bpm
    major_notes = [0, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 1]
    base_note = 60
    if pitch_type == 0: # No Pitch Wheel Message
        track.append(Message('note_on', note=base_note + base_num*12 + sum(major_notes[0:note]), velocity=round(64*velocity), time=round(delay*meta_time), channel=channel))
        track.append(Message('note_off', note=base_note + base_num*12 + sum(major_notes[0:note]), velocity=round(64*velocity), time=round(meta_time*length), channel=channel))
    elif pitch_type == 1: # Tremble
        try:
            pitch = tremble_setting['pitch']
            wheel_times = tremble_setting['wheel_times']
            track.append(Message('note_on', note=base_note + base_num * 12 + sum(major_notes[0:note]),
                                 velocity=round(64 * velocity),
                                 time=round(delay * meta_time), channel=channel))
            for i in range(wheel_times):
                track.append(Message('pitchwheel', pitch=pitch, time=round(meta_time * length / (2 * wheel_times)),
                                     channel=channel))
                track.append(Message('pitchwheel', pitch=0, time=0, channel=channel))
                track.append(Message('pitchwheel', pitch=-pitch, time=round(meta_time * length / (2 * wheel_times)),
                                     channel=channel))
            track.append(Message('pitchwheel', pitch=0, time=0, channel=channel))
            track.append(Message('note_off', note=base_note + base_num * 12 + sum(major_notes[0:note]),
                                 velocity=round(64 * velocity), time=0, channel=channel))
        except:
            print(traceback.format_exc())
    elif pitch_type == 2: # Bend
        try:
            pitch = bend_setting['pitch']
            PASDA = bend_setting['PASDA'] # Prepare-Attack-Sustain-Decay-Aftermath (Taken the notion of ADSR)
            prepare_rate = PASDA[0] / sum(PASDA)
            attack_rate = PASDA[1] / sum(PASDA)
            sustain_rate = PASDA[2] / sum(PASDA)
            decay_rate = PASDA[3] / sum(PASDA)
            aftermath_rate = PASDA[4] / sum(PASDA)
            track.append(Message('note_on', note=base_note + base_num * 12 + sum(major_notes[0:note]),
                                 velocity=round(64 * velocity), time=round(delay * meta_time), channel=channel))
            track.append(Message('aftertouch', time=round(meta_time * length * prepare_rate), channel=channel))
            track.append(Message('pitchwheel', pitch=pitch, time=round(meta_time * length * attack_rate), channel=channel))
            track.append(Message('aftertouch', time=round(meta_time * length * sustain_rate), channel=channel))
            track.append(Message('pitchwheel', pitch=0, time=round(meta_time * length * decay_rate), channel=channel))
            track.append(Message('note_off', note=base_note + base_num * 12 + sum(major_notes[0:note]),
                                 velocity=round(64 * velocity), time=round(meta_time * length * aftermath_rate), channel=channel))
        except:
            print(traceback.format_exc())

根據pitch_type的值，我們將函數分爲三部分：

• pitch_type爲0，代表沒有附加效果，同之前的play_note效果一樣。
• pitch_type爲1，代表添加顫音效果，即吉他中的揉弦。產生這一效果的兩個參數pitch和wheel_time通過tremble_setting傳入，分別表示顫音的幅度和顫音的次數。根據我的實踐來看，一個全音符跟隨3至4次顫音是比較自然的；而pitch的賦值也應適中，在1000左右比較合適，太小則看不出效果，太大則會跳動到另一個音符，很不自然。
• pitch_type爲2，代表滑音效果，即吉他中的推絃。由於這一效果的變化十分多樣，故我參考電子合成音樂中的 ADSR(Attack Decay Sustain Release) 屬性，自己設計了一個 PASDA(Prepare - Attack - Sustain - Decay - Aftermath) 屬性，即 初始音 - 向目標音行進過程中 - 滑到目標音後保持 - 向初始音行進過程中 - 初始音，這樣就可以比較好地表示滑音的屬性了，可以參考下圖來進行理解：
  
  根據PASDA不同階段所佔比例的大小，我們就能很好地構建出心怡的滑音效果。
  之後我們就可以對原始的音樂進行改進：

def verse(track):
    add_note(1, 0.5, track)       # 小
    add_note(1, 0.5, track, pitch_type=2, bend_setting={'pitch': 6000, 'PASDA': [0.1, 0.3, 2, 0.3, 0]})       # 時
    add_note(1, 1.5, track, pitch_type=1, tremble_setting={'pitch': 800, 'wheel_times': 10})       # 候
    add_note(7, 0.25, track, -1)  # 媽
    add_note(6, 0.25, track, -1)  # 媽

    add_note(5, 0.5, track, -1, channel=1)  # 對
    add_note(2, 0.5, track, channel=1, pitch_type=2, bend_setting={'pitch': 6000, 'PASDA': [0.1, 0.8, 2, 0, 0]})      # 我
    add_note(3, 2, track, channel=1, pitch_type=1, tremble_setting={'pitch': 640, 'wheel_times': 8})        # 講

    add_note(3, 0.5, track)           # 大
    add_note(3, 0.5, track, pitch_type=2, bend_setting={'pitch': 3000, 'PASDA': [0.1, 0.8, 2, 0.3, 0]})
    add_note(3, 1.5, track, pitch_type=1, tremble_setting={'pitch': 400, 'wheel_times': 6})           # 海
    add_note(2, 0.25, track)          # 就
    add_note(1, 0.25, track)          # 是

    add_note(6, 0.5, track, -1, channel=1)  # 我
    add_note(1, 0.5, track, channel=1, pitch_type=2, bend_setting={'pitch': 6000, 'PASDA': [0.2, 0.8, 2, 0, 0]})      # 故
    add_note(2, 2, track, channel=1, pitch_type=1, tremble_setting={'pitch': 600, 'wheel_times': 8})        # 鄉

    add_note(7, 0.5, track, -1)  # 海
    add_note(1, 0.5, track)
    add_note(7, 1.5, track, -1, tremble_setting={'pitch': 500, 'wheel_times': 6})  # 邊
    add_note(6, 0.25, track, -1)
    add_note(5, 0.25, track, -1)

    add_note(5, 0.5, track, -1, channel=1)  # 出
    add_note(1, 0.5, track, channel=1, pitch_type=2, bend_setting={'pitch': 6000, 'PASDA': [0.2, 1.5, 3, 0, 0]})
    add_note(2, 2, track, channel=1, pitch_type=1, tremble_setting={'pitch': 400, 'wheel_times': 8})        # 生

    add_note(3, 1.5, track, pitch_type=2, bend_setting={'pitch': 3000, 'PASDA': [0, 0.3, 3, 0, 0]})       # 海
    add_note(3, 0.5, track)       # 裏
    add_note(1, 0.5, track, channel=1)       # 成
    add_note(6, 0.5, track, -1, channel=1)

    add_note(1, 3, track, channel=1, pitch_type=1, tremble_setting={'pitch': 800, 'wheel_times': 10})         # 長

完整代碼見 Github

參考資料

• MIDI Tutorial
• ADSR - Wikipedia