构建基于自由软件的电脑音乐系统及其意义

杨万钧

（四川音乐学院 作曲系，四川 成都 610021）

1 Linux系统的特点与应用

1.1 什么是Linux

Linux系统是由众多的自由软件所构成的可自由使用的操作系统。Linux作为一种开放的操作系统，具有广泛的可移植性和有效性。

Linux采取开源的策略，开发人员可以自由地对Linux进行定制，根据需要增减系统的组成部分和服务。程序员在内核基础上根据不同目的进行二次开发，就出现了各种不同用途的Linux发行版。通常，一个Linux发行版包括Linux内核、安装工具、各种GNU软件和其他的自由软件，在一些特定的Linux发行版中也包含有部分专有软件。

目前，Linux已经获得了硬件、中间件、应用软件和开发工具的全线支持。Linux系统的核心是基于命令行的操作方式，但Linux软件比起Windows等图形化系统下的软件算法更优、效率更高，且硬件需求更低，实用性更强。由于具有很高的可移植性、开放性和廉价性，Linux在服务器、嵌入式系统和桌面领域获得了长足的发展。

1.2 Linux能做什么

Linux门类齐全，品种繁多。从巨型机到掌上电脑，从单机系统到云计算，从嵌入式设备到全球最大网站，Linux几乎遍及所有计算领域。

Linux具有很好的伸缩性，专业用户可以获得所有的源程序，可自由更改，对系统进行完全的量身定做，使系统达到完全的高效运行状态。经过多年的开发，Linux以其稳定性、安全性和兼容性获得了广大用户的支持，成为Windows强有力的竞争对手。

目前，流行的Ubuntu系统开源社区成员遍布全球，发布的桌面版本在全球得到广泛应用和好评。

1.3 为什么使用Linux

使用Linux系统主要有以下优势：

（1）代码开放。Linux系统的开放性给使用者自由修改系统内一切程序的权利，能及时发现问题并解决问题。

（2）运行稳定。Linux系统可靠性高，能连续运行几个月甚至几年而不会出现系统崩溃、死机等情况。

（3）系统安全可靠。Linux系统有一套完善而行之有效的安全机制，几乎不会被病毒、木马等攻击。

（4）节约人力财力。使用Linux系统可以大量节约授权费用；其远程处理能力能大大降低网络的管理成本。

（5）个性化界面和形式。Linux系统可以自由选择GNOME及KDE等不同图形界面，更具个性化，也更易操作。

（6）兼容软件多。自由软件可以被自由下载和使用，市场份额日趋增大，软件公司愿意为其设计兼容的软件，应用软件有数万种之多。

（7）系统获取方便。Linux系统可通过网络免费下载，可以方便地获得系统升级、软件升级、技术支持等服务。

（8）丰富的语言环境。Linux系统全面提供全世界多种语言支持，甚至包括部分中国少数民族语言和文字，使各语种的用户得到良好服务。

（9）更广泛的支持。Linux系统具有良好的硬件兼容能力及多系统并存特性，越来越多的软硬件厂商提供对Linux的支持，越来越多的用户加入了Linux的大家族。

2 Linux与计算机音乐

2.1 Linux在音乐领域能做什么

商业化的计算机音乐制作系统大多建立在商业操作系统平台之上，使用自由度和灵活性受到限制，先进的计算机技术和昂贵的价格成为突出的矛盾。20世纪80年代初，一些对商业软件及其高额售价不满的创作者就开始积极寻找新的解决方案，开放自由的Linux成为首选的实验平台。

1992年，第一个运行在Linux上的音频应用程序接口层OSS（Open Source System Interface）被开发出来，很快便成为Linux内核的一部分。之后，ALSA和JACK等专业接口相继被开发出来，并成为Linux环境重要的专业音频接口层，Linux也具备了和其他流行商业操作系统一样的支持专业音频硬件的能力。十几年来，基于Linux的计算机音乐制作系统与Linux内核一起快速地成长，阻碍Linux用于计算机音乐制作环境的关键性的内核实时性能问题也得到较为理想的解决，在专业多媒体领域出现了基于Linux的多媒体创作发行版。其中，支持专业计算机音乐制作的主要有Ubuntu Studio、64 Studio、Artistx、Musix、dyne:bolic和StartCom MultiMedia Edition等。

Ubuntu是目前应用最广、用户最多的Linux桌面系统，其衍生版本Ubuntu Studio是一个专业计算机媒体制作平台，主要针对音频、视频以及图形设计领域的专业制作而设计，所提供的开源音乐软件几乎涵盖了现代计算机音乐创作的各个方面。它为用户提供实时内核、JACK接口，并对计算机音乐进行系统优化，以满足基于MIDI和音频的音乐制作需要，同时也提供了大量计算机音乐和电子音乐制作软件，方便用户使用。Ubuntu Studio可以运行在x86及AMD64硬件平台上，具有良好的兼容性。

近年来，计算机硬件能力得到极大的提高，传统模式下的许多外置硬件设备，如MIDI键盘、音源等都已软件化，电子音乐制作技术也呈现出计算机化趋势。在Linux环境下计算机音乐和电子音乐的创作中，由于源码的开放，给音乐家们更多的自由和发展的空间。

2.2 自由计算机音乐系统的构建

2.2.1 使用Linux进行音乐制作的可能性

随着技术的不断发展，软硬件接口越来越规范，电子音乐设备与计算机之间的连接也越来越容易，很多硬件制造商也开始提供对Linux系统的支持，硬件兼容性不断增强，为构建计算机音乐系统提供了硬件条件。

Linux系统对多媒体的支持日趋成熟，能够很好地支持计算机音乐设备的运行，大量专业开源音乐软件的出现，为其专业音乐的制作提供了软件支持。Linux系统图形界面的开发与成熟，便于用户学习和操作，以及对媒体进行可视化编辑，提高了音乐制作的效率和作品的质量与水平。

对于音乐制作而言，现在的Linux发展已非常的成熟，它具备高性能低延迟的JACK音频接口层，能够良好的兼容和支持多数主流的MIDI设备和音频设备；具备低延迟的数字音频录制和处理能力，能够充分发挥硬件能力。

2.2.2 JACK接口

构建一个完整的计算机音乐系统，需要一个良好的系统软件接口将软硬件系统及各功能模块连接起来，使其能正常工作。在Linux下，音频硬件系统及音乐应用各功能模块通过JACK接口层连接起来。

JACK是一个低延迟的音频服务接口，以API方式对音频应用提供支持。JACK提供多个应用程序同时使用系统声卡的方式，允许应用程序之间共享音频，能够提供多路音频服务来控制多路并发的音频流，使所有支持JACK的音频应用程序能够传递音频流而互不影响。JACK强大的专业特性，让音乐软件开发者在JACK架构下不用考虑系统延迟及声音服务等复杂的底层问题，开发了大量基于JACK、支持JACK的高质量音乐软件。JACK逐渐成为在Linux下构建计算机音乐制作环境的必要组件。

2.2.3 硬件系统

以MIDI制作和录音合成为主要功能的计算机音乐制作系统通常由电脑系统、音源系统和录音系统三大部分构成。其中，电脑系统包括硬件系统、软件系统和MIDI接口和音频接口；音源系统包括MIDI控制器、合成音源和采样音源等；录音系统包括监听系统和录音设备。

Linux系统是目前硬件兼容性最好的系统之一，由于Linux系统的高度可定制的特点，几乎任何平台都可以找到合适的版本。Linux系统可以稳定运行于PC和Mac硬件之上，而且对硬件系统的要求较低，普通的硬件都可以运行。构建相同需求的计算机音乐系统，Linux环境对计算机硬件的要求相对Windows和Mac OS要低，兼容硬件要更多，能够更好地发挥硬件效率。

为了更好地完成计算机音乐创作，音频接口和MIDI控制器也是必备的硬件之一，用户可以根据需求进行选择。

2.2.4 软件系统

专业高效的计算机音乐系统，需要选择稳定的实时内核搭配专业的音频接口，配置所需的MIDI、音频、采样、合成等制作软件，达到创作和制作的需求。对于新用户而言，为降低系统构建的技术难度，建议使用Ubuntu Studio、64 Studio等成熟的经过实时化改进、部署了大量开源音乐软件的Linux多媒体创作发行版。

Linux有很多自由的音乐软件，用户可以自由选择所需的软件。其中，大多数软件都是免费和开源的，通常每个软件都有一个项目开发团队进行长期的开发和支持，对于有特殊要求的用户，可以选择有良好技术支持的商业软件版本。用户不必过多考虑软件成本，有经验的用户还可以根据需要进行自行改进和编译，以实现功能的定制，给用户前所未有的自由度。

现在的很多开源软件，由于使用通用开发平台如C++、QT、Python和Ruby等，通常都具有良好的跨平台特性，除了在Linux环境之外，还可以在Windows或Mac OS下运行，甚至部分软件可以运行在Android等移动平台上，这样大大地扩展了软件应用方式和范围。

2.2.5 嵌入式系统

嵌入式系统是现代计算机软硬件技术综合发展的一个重要分支，很多现代计算机音乐和电子音乐设备其实都是数字化乐器加上嵌入式系统和软件来构成的。早期这类系统通常都是基于一些专门系统，随着著名的开源硬件单片机系统Arduino的出现，为嵌入式Linux音乐系统开发与应用提供了更多可能，通用Linux系统平台的嵌入式系统逐渐成为一种可能并得到不断应用。

2.3 Linux系统常用的音乐软件

经过众多开发者数年的不懈努力，Linux系统下出现了越来越多的计算机音乐制作软件。尽管有些软件在操作界面、实际功能和操作方法上，与Windows和Mac下的商业音乐制作软件还有一定差距，但随着功能的不断完善，越来越多的用户可以不依赖Windows系统而完全在Linux下进行音乐的创作与制作。Linux系统下的音乐制作及相关软件大部分都是免费的自由软件，部分优秀的制作软件也不乏需要付费的商业版本，但总体而言都能够比Windows系统下的免费制作软件提供更高的品质。

能在Linux下运行的专业音乐软件数量已非常庞大，涉及到目前计算机音乐和电子音乐创作的很多方向。包括MIDI制作、录音混音、音色合成、算法作曲、乐谱制作及效果器插件等多个类别，每一类都有多个功能相似的软件，用户可以根据自己的专业需要进行自由选择。

2.3.1 MIDI类软件

Linux环境下针对传统MIDI制作类的软件非常的多，很多MIDI类软件从功能到界面都达到了非常专业的效果，音乐工作站Rosegarden就是其中典型的代表，也是Linux下应用最多的MIDI编序软件。除了Rosegarden，还有CuSE、Dino、JAZZ++、MusE、seq24等多种持续开发的MIDI编序软件。此外，MIDI相关工具软件和开发环境软件也有近百种，选择余地很大。

2.3.2 多轨音频录音与混音系统

录音和混音是现代电脑音乐的重要组成部分，以音频工作站Ardour为代表的多轨录音混音软件使Linux成为专业的录音平台。Audacity、Jokosher、Cue Station、MixMagic、ProTux、Qtractor、Slab、ecasound等软件也是经常被使用的录音混音软件，它们都可以完成多通道的音频控制、非线性的音频编辑、强大的自动化处理、丰富的插件应用等功能，完成所有专业录音软件能完成的功能。

2.3.3 软件合成器与采样器

软件合成器与采样器在计算机音乐制作中担当音源的重任，是不可或缺的重要部分。Linux环境下开发了很多基于FM合成、波表合成、采样合成、粒子合成及物理建模合成等多种合成方式的软件合成器。其中，较有代表性的有ALSA Modular Synth、BEAST、Bristol、FluidSynth、LinuxSampler、SpiralSynth、ZynAddSubFX、Horgand、SAOL等多种合成器及合成器开发环境，大大地满足了计算机音乐和电子音乐创作的需求。

2.3.4 记谱类软件

计算机记谱是计算机音乐的重要组成部分，Linux环境下开发了多种记谱语言和记谱软件以满足音乐记谱的需求，很多软件都具有良好的兼容性，能很好地与其他平台下的记谱软件进行文档的交换。主要有ABC、Gscore、LilyPond、MuseScore、MusicEdit、MusicXML、NoteEdit等多种主要记谱软件。

2.3.5 算法作曲软件

基于计算机的电子音乐是现代计算机音乐的一个重要发展方向，Linux平台的开放性为电子音乐家们提供了一个良好的平台，在Linux平台上开发了多种电子音乐语言和电子音乐制作环境。其中常用的电子音乐语言包括MusicV、CSound和PureData等，常用的算法作曲软件包括Cmix、Music4C、RTCmix、Pd、PDX7、jMax、FFTease、Cecilia、NetCsound等，这些语言和软件都是现代电子音乐家们的重要工具。

2.3.6 插件系统

插件是音乐软件功能重要补充，在Linux系统下，有多种音频插件系统可为音乐制作服务，主要有LADSPA、LV2、DSSI、LinuxDSP和MESS等，甚至可以使用VST/VSTi格式的插件，为音乐软件实现软件音源、音频分析、音频处理、声音合成、数字信号处理等多种不同的功能。通常插件都可以通过互联网下载得到，很多都是开源和免费的，用户可以根据宿主软件的不同需求进行调用。

除此之外，Linux环境中还有大量满足不同研究和应用的计算机音乐相关软件，帮助用户来完成计算机音乐创作，而且这些软件还在不断的更新和增加，构成一个完整的计算机音乐软件系统，为构建Linux环境计算机音乐系统提供丰富的软件保障。除了自由音乐软件之外，很多非自由音乐软件和商业音乐软件都有Linux版本，可以在Linux环境下完成不同需求的音乐创作。

2.4 使用Linux音乐软件的要求

由于Linux解决问题的一些思路与Windows不太一样，所以，学习和使用Linux系统进行音乐创作本身有一定难度。因此，要熟悉Linux的使用，学会解决常见问题，提高Linux的使用能力。

时至今日，在Linux领域中进行计算机音乐创作，很多计算机音乐和电子音乐作曲家还在使用

$ecasound -c -f:s16_le,3,44100 -i:jack -o:gfhtrio2.wav

代码让电脑发出声音，按照作曲家的思路来进行音乐创作。

在20世纪90年代广泛使用计算机作为音乐制作工具之前，电子音乐都是通过指令来进行创作的，很多伟大的电子音乐和计算机音乐作品就出现在这个时期。一个个优秀的电子音乐作品向人们证明，代码方式很多时候比图形界面更有效，更容易控制。

Linux音乐软件与其他流行平台不同，不会将所有功能集成于一个软件中，而是需要多个软件进行内部连接与协作，有助于掌握系统内部关系，把握计算机音乐的内在本质。

创作者除了具备扎实的传统音乐知识，还应该具备丰富的计算机软硬件知识，适当了解电子乐器的构成与发声原理，能够读懂或编写简单的C语言程序。其原因在于，当前，计算机音乐知识已经变成和乐理同等重要的基础学科；电子乐器的发展和普及改变了人们创造音乐的方式，需要创作者深入了解并能熟练控制。而计算机音乐软硬件系统就是一种新型的乐器，需要音乐家很好地掌握。而自由软件，给了创作者一个了解系统内部以及自由改造和革新现有创作方式的机会。它给了创作者无限的自由，也为音乐理念的传播与共享打开了无比自由的大门。

3 使用自由计算机音乐系统和软件的意义

3.1 节约教育经费

目前，国内计算机音乐教育从操作系统到应用软件几乎都是价格高昂的商业软件。自由软件的使用可以大大降低系统和软件成本，在普通硬件条件下即可构建专业的数字音乐平台，避免由于使用存在版权问题的系统和软件可能带来的问题，降低数字技术学习的门槛。在性能完全符合相关领域要求的基础上，能为学校节省大量的资金。

3.2 提高版权意识

在我国高校教学中，不少课程的内容都是围绕商业软件展开的，由于商业软件的价格较高，很多学生和教学系统使用的都是盗版软件。自由软件始终坚持不使用任何享有版权的资料，十分注意不对任何享有法律权利软件的侵犯。在教学和科研活动中宜使用计算机音乐自由软件，形成尊重知识产权的风气。

3.3 提高系统安全性

操作系统作为计算机软件系统的底层基础，对于整个系统的安全性、稳定性和软件整体架构具有决定性的作用。自由软件开放源码集体协作的开发方式，使系统设计更透明，安全性可以得到较好的保障。Linux系统有一套完善而行之有效的安全机制，可以避免很多安全隐患。自由软件的使用与推广，可以增强抵御软件风险的能力。

3.4 促进自我版权软件开发

就目前开源软件应用及推广的现状而言，开源系统和软件主要应用在政府、企业和高校等需要考虑安全性、运营成本和有开发前景的领域内。在很多重要的开源软件项目的开发与推广中，高校都起到了非常重要的支持作用，成为开源软件的前沿。

国内综合类院校对于开源系统的支持与应用都已经达到一个较高的水平，而艺术院校的应用还相当少。因而，在国内艺术院校内提倡和推广开源系统和软件的使用，有利于开源软件在国内艺术领域的推广与应用。目前，国家相关部门已出台有关扶植政策，并立项支持开放源代码系统产品的研发与产业化，自由软件会有很好的发展前景。

3.5 提高学习兴趣和能力

就目前商业软件学习来看，理论性和操作性知识居多，没有接触到底层知识，学生只是一些软件的操作者。笔者在开设《Linux环境计算机音乐》课程一年多的过程中，与学生一起证明了使用开源、自由的基于Linux系统的音乐软件，完成音色合成、MIDI编序、录音、混音等综合任务，同样能够方便地制作出与Windows或Mac系统下相同品质的专业音乐作品来。

3.6 增强新领域的研究

在自由软件世界里，人们可以在一个和谐开放的环境中自由地学习和研究。根据自己专业需求，开发符合本专业需要的软件。对于专业的研究和创作用户而言，使用开源系统的意义并不在于替代现有平台下的系统和软件，而是在使用开源系统的过程中，提高系统应用和开发能力，并在与社区用户交流合作的过程中，促进技术的交流，加速知识与创意的产生与流动，产生新的知识与观点，成就新的作品。

3.7 避免思维模式僵化

商业软件为了扩大用户面，界面设计越来越直观，操作越来越简单，但这种简单化却扼杀了处于发展阶段的学生创造力。很多人对计算机音乐的认识仅仅停留在使用现成的软件编辑MIDI，利用各种已有音色模仿传统乐队的层面，限制了思维的发展，也限制了专业的深入。

创新思维的培养需要一个容许、理解、支持创新的环境，自由软件是一个很好的平台，允许用户深入了解其源代码，更深层次地学习。同时鼓励修改、定制软件，这给学生极大的动手空间和深入研究的空间。

3.8 充分利用教育资源

使用Linux和自由软件，可以实现教学系统的方便性和多元化。国内很多高校都在建立CMS网络课程管理系统，以实现包括教学内容制作、师生交流、在线练习及在线考试等功能；而使用Linux系统进行CMS系统的构建，既降低成本，又可以提高系统效率和教学效果。

自由软件的使用能够使人们减少比拼软件的品牌和价格，更加注重使用相同层次的软件完成高质量的作品。同时，减少因软件不必要的升级而带来的硬件频繁更替，降低成本，养成务实的好习惯。

3.9 探索新的音乐领域

随着计算机技术和多媒体技术的发展，激励着音乐家们探究新的艺术形式，交互音乐、多媒体音乐等音乐形态出现在人们的视野。这些新的音乐形式大量依赖计算机技术和软件技术，呈现出跨领域、跨学科、技术前沿的特点，很多传统的制作方式已不能满足音乐家们创新的需求。开源系统和开源的自由音乐软件给不断创新的音乐家们极大的自由，有助他们进行深度的研究与开发，为探索新的音乐领域提供了绝佳的实验平台。

3.10 嵌入式音乐的开发应用

基于嵌入式系统所构成的专用计算机音乐系统，相比较普通系统而言更加稳定、高效、低成本，安装有嵌入式操作系统的计算机加上专为数字音频作业设计的专业接口而组成的一体化数字音频工作站就是典型代表。使用嵌入式系统有助于计算机音乐制作系统推广应用和标准化的形成。今后PC上运行的音乐软件，也可以出现在掌上电脑上。目前，智能手机电脑化已成趋势，强化了嵌入式系统的开发与应用，也为构建移动音乐软件平台提供了软硬件条件。

3.11 减少平台依赖性

很多重要的开源软件通常在项目开发过程中，都会开发支持多个平台的版本，因此，很多开源软件具有良好的跨平台性和平台兼容性，可以减少对于特定平台的依赖性，并提高平台间数据交换的兼容性，减少由于数据交换不兼容带来的附加成本。

越来越多的开源自由音乐软件都有跨平台的特点，如Linux平台下重要的记谱软件MuseScore，音频编辑软件Ardour、Audacity算法作曲软件CSound、PureData等，在开发中就同时提供了主流的Windows、Mac OS和Linux的相应版本，便于不同平台的用户使用，免去使用不同平台进行作品交流时的麻烦。软件源代码的公开对于电子音乐的创作和实践活动具有极其重要的意义。

3.12 改善教育公平性

计算机在现代各专业的教育教学中都具有重要的作用，就现代计算机音乐和数字媒体应用与创作而言，其原理与思路基本是一致的，甚至在处理和操作流程上都日趋统一。对于进行基础学习和应用的用户而言，使用Linux类系统可以降低学习的成本与难度，扩大接受教育的范围。鼓励与提倡使用自由软件，降低相关专业计算机学习与应用的成本，享受优质的教育资源，使不同地区的学院与学生都有机会接触最新的专业软件与知识，提高全国教育教学水平，逐步改善教育的公平性。

以上为作者对Linux环境下计算机音乐系统构建的一些看法，因作者水平有限，错误之处，还望专家学者批评指正。

[1] 杨万钧.从《阿凡达》透视影音制作技术发展趋势.中国教育技术装备，2010（10下）

[2] 赵丽霞. 浅析自由软件在高校的应用. 科技信息，2007（35）

[3] Warren Webb. 嵌入设计相关的自由软件. 电子设计技术，2008（11）

[4] 张杰. 论计算机音乐系统的构建. 黄河之声，2008（1）

[5] 李实，张妤. 自由软件、Linux与中国的信息技术教育. 信息技术教育，2004（11）