OpenMusic的应用技术研究

感受到，频谱乐派非常关注声音的微观结构如：频率、振幅、包络、泛音等。正如自然科学一样，想要仔细观察事物的微观结构，都需要精良的“工具”。

为了纪念于1998年去世的频谱学派重要代表人物格里赛，法国蓬皮杜国家声学与音乐协作研究中心IRCAM②根据频谱作曲技法而研发了OM这一款软件。它是一款音乐创作与分析的交互式图形环境，主要以CLOS（Common Lisp Object System）语言开发编写，靠节点进行连接编程。虽然他的出现与频谱音乐有着直接的联系，但因其强大声音素材处理能力，使其成为很多频频音乐流派以外的作曲家们创作时的必备辅助程序。

虽然很多计算机软件都能实现OM的部分功能，但像OM这样能直观的以图像形式显示声音的乐谱、频谱、波形等的软件并不多见。而它的最大优势是脱胎于频谱音乐——用声音的微观结构去“结构”音乐的宏观结构。如：它可以很容易的提取一个乐音的某一段泛音列，且这段泛音列可以精确到1/16音;它可以分析一段音乐的波形图并将其转换为音高;他也可以提取一个乐器的发声包络曲线并将其转换成音高;只需要一个物件，它就能算出一个9音集合的AIS③;他甚至还支持利用外部设备，通过OSC④无线方式进行互动音乐创作……

作为一款开源免费软件，OM支持使用者自由开发、添加扩展库，目前PC和MAC版本都已经更新到6.14。

二、OM的应用技术

（一）基本操作

OM的工作界面非常简洁，下图左区域是OM的工作窗（WorkSpace），所有的程序设计都在这个区域完成。工作窗下方是其反馈监视窗（OM Listener），所有反馈信息都会出现的这个区域，如计算结果，错误输入等。其它功能窗口，如扩展库（Library）、MIDI软件调音台（MIDI Mixer）等在OM顶部菜单栏Windows里。在工作窗内右击，可以建立新的程序（patch）、模块（maquette）、Lisp语言功能（Lispfunction）等。

OM是一款节点式编程软件，各物件⑤之间靠连接各输入输出节点来形成逻辑。恰似模拟时代声音硬件设备间的电线连接一样，既直观又易于理解。在工作窗内右击建立一个patch，双击patch打开程序内部，进行各个物件的建立、编辑与连接。

OM里可以实现几乎所有的数学计算与判断，如：加减乘除、正/余弦、指数/對数、数组反转、大小判断、if条件判断等。图一顶部为加减乘除四个物件。图片中部为OM的乘法运算：在程序内部的空白处双击，弹出物件建立的小窗口，在窗口中输入“OM*”即可创建一个乘法物件。乘法物件因其数学要求，会有两个输入节点和一个输出节点，也就是的模式。Shift+左击乘法物件的左输入端和右输入端，会出现两个数字输入框，在数字输入框里输入需要乘法计算的两个数值。选中乘法物件，按运行键字母“V”，就会在监视窗里显示出计算结果。如图一中69*100，会在监视窗中显示出6900的结果。在程序空白处双击，新建框中输入“mc->f”，得到一个可以将MIDI音符数字转换为频率的物件。将乘法物件的输出节点和“mc->f”的输入节点相连接，便可以将乘法计算的结果（将此结果作为MIDI协议⑥的音高值）转换为频率值。图一中乘法结果6900转换为频率后为440Hz，这就表示6900这个数值在OM中代表MIDI标准音高的国际标准音A。

1991年推出的general MIDI标准中，把中央C（C4⑦）的音高协定为60，每增加一个半音数值便增加1，国际标准音A则为69。OM作为一款频谱音乐辅助软件，其优势在于他能更精确的洞察音乐的微观结构，所以OM里的MIDI音高被规定为是正常MIDI标准的100倍，即以6000代表中央C。这样做的好处是可以把一个正常MIDI协议的一个半音细分为100份，正好和音分cent概念相对应，在表现微分音时有相当大的优势，如：6000代表C4，6050表示为升1/2音的C4，6100为升C4。

（二）泛音列的生成

自泛音列被发现以来，它在音乐中的意义就非比寻常，尤其在频谱音乐中。OM不但可以很容易生成泛音列，它还支持播放、显示精确到1/16音，而在其他音乐辅助软件中，这并不是件容易的事：

图二中展示了两种不同的方法生成乐音的泛音列，精确到1/4音。左边为方法一，右边为方法二。把各参数连接到方法一“harm-series”物件的各个输入节点，即可得到泛音列。方法二的“mypatch”为子程序⑧，子程序里内容见图右上角。它的运算结果同方法一。子程序上方有4个输入节点分别表示：0乐音的基音、1泛音列（谐波）⑨的起始序号、2泛音列的结束音序号、3泛音列谐波序号的间隔数。如果想要得到以C2为基音，从谐波序号1开始，序号12结束的基数次谐波，则将子程序上面的输入节点开始序号“begin”设置为1，结束序号“stop”设置为12，谐波间隔“step”设置为2即可。

综上则图二逻辑为：note物件输出一个C2作为基音，基音连接到harm-series物件（或方法二的子程序）的第一输入节点。给harm-series物件（或子程序）的其他输入节点输入限定参数——显示第1-12号谐波，谐波序号间隔为1。最后将harm-series物件（或子程序）的输出节点连接到“chord”和弦物件的音高输入节点（第二节点），选择“chord”物件按运行键“V”即可按照设定生成泛音列。

当然，上述方法是得到的是乐音的自然泛音。在OM里想要得到人工泛音同样容易：只需在图二子程序中加入指数“om^”物件，当其次方值为1时，为自然泛音，不等于1时为收缩和拉伸后的人工泛音，如图三。

（三）音列的生成

如果想要随机的得到一个4音列，且这个4音列还具有某种内在关联，再得到4音列的移位、倒影、逆行、逆行倒影，在OM里同样很容易实现：

图四注：

方框部分为图二泛音列的生成方法1;

a“nth-random”：随机从生成的12个泛音里提取一个音;

b“repeat-n”：重复此动作n次;

仅两个步骤，我们就从泛音列里提取出了一个4音列（有内部关联的4音列）。下面是OM里音列的4种形态：

图五注：

得到图四4音列后，将4音列（chord-seq）的音高输出节点连接到加法物件a：“OM+”的左端输入节点，右端输入节点输入100，表示为把4音列原型P移高一个半音;

b“reverse”：意为反转，即逆行;

c“flat”：将几个横向单音融合成一个纵向和弦（这步只是为后面的物件做转换服务）;

d“first”：提前音列的第一个音;

e“x->dx”：计算音列中每个相邻音的音程距离;

f“OM*”：乘以-1，让相邻音程距离变为负数;

g“dx->x”：按设定的相邻音程距离，从已知的第一个音开始，从新生成音列;

图五“倒影”逻辑为：1、提取4音列第一个音，然后用x->dx算出后面每两个音的间距;2、用乘法物件使音列相邻音程间距变为负数，再用dx->带入原4音列，则形成了以第一个音为首的向之前相反方向（负数方向）的间距——倒影。

（四）算法作曲⑩

在OM里还可以按指定算法程序生成旋律，即算法作曲，如图六。

图六注：

a“bpf ”：绘制一个线性图表;

b“bpf-sample”：提取bpf图表数据;

c“chord-seq”：把从提取的数据显示为音高;

d“nth-random”与“repeat-n”相配合，为每一个音随机一次节奏;

e“voice”：把前面得到音高连接到其音高输入节点（第二节点），把前面得到的节奏连接到其节奏输入节点（第三节点），按运行键“V”，即可生成旋律1;

f“sound”：按V键载入音频文件;

g“sound-point”提取音频采样点数据;

h“om-scale”等比例变化输入的数据（如将0-1的数据转为1-100）;

i：同上文的步骤a-b：生成图表并提取图表数据;

j、k：步骤同d-e;选中下方voice上按V，即可生成旋律2;

图六逻辑：绘制ADSR线型图表并提取其数据，生成音高⑪，与d随机得到的节奏型组合，形成旋律1;用f物件加载音频，并用g提取音频采样点数据。i导入图表，j生成音高，与d节奏组合形成旋律2。

在此，我们用两种方法生成了两条简单的算法完成的旋律，而在OM里我们完全可以做到更加精妙的算法设计，如旋律片段的音高来源于上节中的4音列，而4音列音高则来自于前文叙述中生成的泛音列的前16阶谐波里的基数次谐波的随机。节奏方面不但可以随机，还可以按时值⑫从小到大或从大到小与音符相组合，我们可以用OM完全生成梅西安的整体序列作品《时值与力度模式》⑬。如果我们再对音符力度、演奏法进行设计，一首完全由算法生成的音乐，就有了更多的“内涵”。

（五）其他运用

音集集合方面OM也有优异的表现。图七中左右上方两个圆圈是两个三音集合（左右为对称结构）。通过OM中Functions/MathTools中的Circle系列物件可以方便的对集合进行各类操作，如圆形可视化、AIS计算、补集计算等。

OM中甚至可以利用OSC協议进行交互式音乐创作：

OSC-receive物件会以广播的形式接受来自同一局域网发来的信息（可以同时接收到多台设备）。很多软件都支持OSC，如Max/Msp、Touch OSC（手机app）等。图九为笔者设计的简易TouchOSC界面，它可以给图八的OM程序发送数字、xy轴信息和手机陀螺仪信息。

三、结语

如此强大、开源的软件，笔者就算写上一本书也可能只是“初窥其表”。作为一款计算机辅助软件，OM易于操作、逻辑清晰。不光有所有物件使用规则和参数设置的官方参考文档，还有循序渐进的Tutorials patch。甚至还包括在线论坛和各种官方的强大扩展包。它在作曲家分析和创作音乐时，可以为作曲家带去宝贵的声音素材，完成复杂的逻辑运算。

最为难得的是，OM辅助作曲家完成素材相关处理工作时，它始终是“工具姿态”，并不会束缚作曲家的思想，而创作本也该始于素材整理完毕之时。

现在看来，频谱音乐的魅力确实无可厚非——试想一部管弦乐作品的音高线条，是一个独特乐器反转后的波形图、一个带合唱的大型交响乐团，用2分钟的时间去模拟一个单簧管2秒内的声音频谱变化……这些有趣的声音背后，都需要辅助工具的支持。至少它会帮助我们节省大量的时间，他可能还会给我们在分析作品时，提供一些独特的视角。

注釋：

① 吴粤北.基于算法的频谱作曲技法[J].黄钟（武汉音乐学院学报），2011， 04：3-10.

② IRCAM：Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique。是法国著名的声音、声学、计算机音乐、计算机软件等研究中心。

③ AIS：集合的相邻音程序列。

④ OSC：Open Sound Cotrol，具体参见网页：https：//en.wikipedia.org/wiki/Open_Sound_Control

⑤ 物件：即Object，实现一个功能的最小结构，如：加法物件“OM+”。

⑥ MIDI协议：见https：//zh.wikipedia.org/wiki/MIDI

⑦ MIDI标准为：scientific，MusicXML，and others.

⑧ 子程序：程序中的次级程序，也叫subpatch.

⑨ 泛音列即各阶次谐波的集合——基音的整数倍。

⑩ 算法作曲：基于算法法则、规则系统等为技术手段的作曲体系。详细概念及方法参见：倪朝晖.算法作曲理论与实践[M]重庆.西南师范大学出版社.2015

⑪ ADSR：乐器发声时的几个瞬间阶段：建立、衰减、保持、释放。把乐器瞬间的发音状态提取转换为旋律音高，这种做法正是频谱乐谱的常用做法——微观素材的宏观化。

⑫ 如：32分音符为最小单位，设为1，依次为2、3、4……

⑬ 梅西安创作于1949年，是欧洲第一首整体序列作品。

[参考文献]

[1] OpenMusic官方参考文档及教程

[2] 吴粤北.基于算法的频谱作曲技法[J].黄钟（武汉音乐学院学报），2011， 04：3-10.

[3] 胡书翰.基于OpenMusic的频谱作曲技法研究[D].上海音乐学院， 2008：10-14.

[4] 倪朝晖.算法作曲理论与实践[M].重庆：西南师范大学出版社，2015：3-11，92-97.

[5] Agon C， Andreatta M. Modeling and implementing tiling rhythmic canons in the openmusic visual programming language[J]. Perspectives of New Music， 2011， 49（2）： 66-91.

[6] Garcia J， Leroux P， Bresson J. pOM： Linking pen gestures to computer-aided composition processes[C]//40th International Computer Music Conference （ICMC） joint with the 11th Sound & Music Computing conference （SMC）. 2014.

[7] Garcia J， Bresson J， Schumacher M， et al. Tools and applications for interactive-algorithmic control of sound spatialization in OpenMusic[C]//inSONIC2015， Aesthetics of Spatial Audio in Sound， Music and Sound Art. 2014.