只用了三个音!当年最经典的马里奥音乐是这样做出来的

毛毛王 趣闻 2017-03-14
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红白机上的魔性音乐是怎么做出来的?它为什么要用这种被称为8it风格的音乐而不是其它类型呢?前不久,台湾地区的钢琴家官大为以超级玛丽的主题曲为例,讲解了这首经典曲目背后的红白机音乐原理。这个视频非常有趣,社长保证你看完大呼涨知识。

看完视频觉得不尽兴的话,可以继续看我们下面关于红白机发声原理的图文解析。

红白机使用的处理器是理光公司制造的RP2A03,它其实是游戏史上的著名CPU——6502的调整型。而红白机的声音处理单元(可编程音响发生器)就集成在RP2A03中。

红白机的发声系统由5个通道组成,分别是:

  • 2个几乎一样的矩形波通道

  • 1个三角波通道

  • 1个噪声通道

  • 1个音频采样回放通道

每个通道对应CPU管理的4个单元(共20个单元),这4个单元分别控制音色音量、音形包络、音调细调、音调粗调。

正是这简单的发声构成,打造了红白机简单传神的魔性音乐。我们接下来说说每个通道的作用。

两个矩形波通道:

这两个矩形波通道基本一样,可以理解为两个同种乐器。矩形波被广泛用于数字开关电路,在红白机里通常用来做主旋律使用。它的声音特点是比较单调,有点类似单簧管的效果。

红白机的矩形波通道有4种模式,分别是12.5%,25%,50%和75%,这里的百分数指的是占空比。

视频中的这个图有点问题,一般都是以高电平(向上凸起的部分)所占比例作为占空比,这里似乎反了

占空比是一个脉冲循环内通电时间所占的比例。而它对声音的影响可以看下面这个公式。

电子信息工程专业的同学对这个公式应该不陌生,它表现了矩形波的傅立叶级数展开,里面的第一项“τ/T”指的就是占空比。

看不懂也没关系,直接上结论:

占空比不同,则不同的声音分量会有区别。在红白机里,当占空比50%的时候,声音是最柔和的,而12.5%的时候是趋向尖锐的。红白机用调整占空比的方式来调整两个矩形波的主次,产生区别效果。

不过这只是影响音色的两个维度之一,另一个维度是音量。音量越大,声音越趋向尖锐。

在超级玛丽这首曲子里,两个矩形波通道都是使用了“50%”模式,也就是说它们同等重要,共同组成了主旋律和弦。具体可以在视频里听一听效果(3:00处)

三角波通道:

三角波的高音效果有点像长笛的音色;低音特别浑厚,比较像贝斯,在红白机音乐中通常作为伴奏使用。在超级玛丽的音乐里,它和两个矩形波通道共同构成了旋律主体。

换言之,你可以大略把超级玛丽的曲子理解成是两个单簧管和一个贝斯的三重奏组合。

噪音通道:

噪声在红白机里做声效的时候比较多,用来模拟爆炸声、枪声、火焰、惨叫声等等,老玩家可以回忆一下“老四强”中的各种音效,基本都是这个声道模拟出来的。除此之外,它也可以作为音乐中的打击乐部分,模拟锣、鼓、镲、沙锤等等。

音频采样回放通道:

这个通道是用来播放已经录好的声音档案的。不过正如视频里所说,“在那个年代,就算是品质超低时间超短的声音档案,需要的存储空间都太大了。”它有16种采样率对应16种精度(0~15),越高的精度存储空间越大。

精度11以下效果差的没法听,而最高精度的音频,1秒就要占用4K存储空间。要知道超级玛丽整个程序也只有32K而已,所以超级玛丽的声音部分没有用到这个通道。

有一种声音是前四个通道很难处理的——人声,这时就需要用到这个通道了。它可以用很低的精度来模拟人声。比如《空中魂斗罗》(最终任务)里,当你选好人进入第一关之前,就会有一个魔性的电子人声,到现在我也不知道喊的是什么,应该就是这个通道负责的。

这个“大保健”样本的长度大约2.5秒

在那个年代,电子音乐还是一个新兴领域,只能用这几种波形来创作音乐,还要让做出来的曲子在不破坏旋律的前提下,能随时让出一个声部给音效,这对作曲家的要求太高了。且不说能用的素材太有限,光是让作曲家熟悉具象化的声音——波形就已经很困难了。

因此早期的游戏音乐都是由程序员担纲制作的。第一批专职游戏作曲家要学习波形知识,和程序员配合把声音还原成波形,制表,再写程序制作。如今的游戏可以随便塞N个交响乐而不必担心容量问题,相比那些开荒的前辈,现在的游戏作曲家可是幸福多了。

最后我想说的是,看完这个视频,是不是对《魂斗罗》的开场音乐更加敬佩了,毕竟都是在同样的硬件环境下制作的呀。


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