虚拟数字乐器：GEECOS技术革新是推动音乐发展的重要力量，而新的技术，同时也带来了对于音乐的新思考。从20世纪到21世纪，音乐上最显著的创新就是从原声音乐飞跃到了电子音乐。与此同时，乐器本身也在发生着巨大的改变。从传统乐器到电子乐器再到虚拟乐器，乐器的界限在不断被打破也在不断被模糊。到底什么是乐器？我们是否还需要乐器？现今学术前沿已将乐器革新到了什么程度？这些都是我们在乐器本身的飞速发展中衍生出来的疑问。沙漏的音乐课也借此机会，请来了法国蓬皮杜中心的研究作曲家Lorenzo Pagliei，以他近年来制作的虚拟电声乐器家族——GEECOS为例，向我们介绍乐器的发展历程。
-1-传统乐器与电子乐器
一直以来，说到“乐器”这两个字，大多数人会想到钢琴、小提琴这一类传统的西洋乐器，或是琵琶、古筝、二胡这样的中国民族乐器。这其中的每一种乐器都有自己固定的音色，并且演奏者只需要通过按键、吹奏、敲打或是拨弦的方式就可以让乐器发出悦耳的声音。若是想要奏出更加美妙的音乐，音乐家们唯一要做的就是不断打磨自身的技艺，让自己的演奏更加精细且准确。
当进入20世纪，由于技术革新，一批新型乐器——电子乐器大量地涌现了出来。既然加了“电子”二字作为前缀，就说明这种乐器是演奏者通过特定手段触发电子信号，从而制造出声音的一种设备，而不再是依靠乐器本身的震动而发声【1】。
除此之外，这些乐器还与传统的原声乐器有哪些异同呢？
首先电子乐器没有共鸣体，需要外接扩音器才可以使用。虽然有些乐器可以内置扩音器，但大多数仍然需要连接额外的扩音设备。再者，电子乐器和传统乐器一样分很多的种类，比如常见的电声乐器如电吉他，使用电路来制造声音的合成器等等，这些电子乐器的演奏方式和原声乐器没有本质上的区别，但是这其中有一个非常有趣的乐器，叫特雷门琴（theremin），是历史上第一件电子乐器。它通过两个振荡器感受人体与地面的电容分布来发声，演奏者只需要变换手势和调整与乐器的距离来演奏出不同的旋律，所以它至今是世界上唯一一种不需要有任何物理上的接触就能直接演奏的乐器。
特雷门琴演奏示意-2-电子音乐带来的新思潮电子乐器的出现让人们开始探究到底什么是乐器。在20世纪40年代至50年代之间出现了非常多的新思潮，这些新的想法标志着音乐家们开始脱离传统乐器的思维去思考音乐，其中有三个对后世的影响非常深远：
1. “具体音乐”概念的出现具体音乐，法语原文为Musique concrète，是由皮耶尔 舍费尔（Pierre Schaeffer）在1948年提出，属于电声乐(Electroacoustic Music)的一个分支。具体音乐使用的素材来自于自然界中一切可利用的声源，在使用麦克风完成录音后，再经过一系列的加工和修改，最终产出一首固定形态的音乐作品。
关于具体音乐的概念，舍费尔有如下解释：以往的音乐，都是将音乐写在乐谱上。而乐谱仅仅是记载了符号，本身不是音乐，必须通过乐手演奏才能变成音乐，因此乐谱是抽象的。而现在电子设备的发展，我们可以直接听到录制的声音，并且直接对声音（音乐）本身进行创作。这样就是具体的。【2】
2. 音色创作如果“具体音乐”代表的是法国音乐家的概念创新，在同一时间的德国，作曲家们也有了一些新的尝试。比如斯特克豪森，他开始试着自己叠加各类声音元素，希望能够不再受传统乐器固定音色的限制而直接进行音色创作。在这个维度下，乐器是不存在的，存在的只有一些可以创作声音的设备，可以让音乐家从无到有创作声音。
斯托克豪森使用效果器创作
3. 电脑合成音乐使用电脑制作音乐在当下已经司空见惯，但在20世纪却是一项创举。1957年，受雇于贝尔实验室的声学教授Max Matthews第一次成功使用大型计算机合成了一首仅有17秒的曲子，虽然音乐本身无聊且平庸，但其使用的技术手段让所有人看到了计算机音乐的巨大潜力。
Max Matthews在实验室工作
这些新技术带来的电子音乐极大地改变了音乐本身和现场演奏形式。比如一些复杂的音效无法使用乐器在表演现场还原；当音乐被录制下来后，听众们可以通过扩音器反复地听取同一段的音乐，却无法看到音乐家是如何通过实时演奏将音乐表现出来。
所以，为了让现场表演能够适应新兴的电子音乐，音乐家们选择在演出中将不同的音响叠加以制造不同的空间感，或是把原声乐器和电子乐器叠加起来表演，甚至直接和工程师合作，以制造出可以现场演奏的乐器，但是归根结底，这些方法费时费力，同时也需要不小的成本。因此，种种创新手段最终共同指向了一个方向——数字声音合成器。
-3-虚拟乐器的诞生
时间行进到20世纪60至70年代，技术的发展让人们实现了在音乐现场实时处理电子声音的愿望，比如法国蓬皮杜声学与音乐研究中心在70至80年代研制出了一款名为4X的数字工作站，它能在现场即时合成上千种声音。但是这样高效的设备同时也带来了问题，演奏者们发现他们很难在现场表演的环境下对复杂的合成器实现精准的控制。为了解决这一难题，市面上开始涌现出许许多多工作站控制软件；而在硬件方面，学者们也开始研制一些可以通过手势控制的合成器。
IRCAM的4X合成器
到了上个世纪90年代末期，个人电脑以令人难以想象的速度发展并普及起来。对于音乐来说，庞大的合成器不再是现场演奏的必备品，它们被内置到了电脑中可以随身携带，而这也最终促成了虚拟乐器的诞生。
虚拟乐器通过算法或软件制造出声音。作为一种抽象的、不具有实体的音乐设备，它的诞生改变了乐器本身的定义。作曲家不再是只需要创作旋律，而是要从头开始创造乐器。在斯托克豪森的时期，合成器之间相互独立，而因为计算机的出现，不同种类的合成器可以被各自内化成电脑中相应的模块，再由音乐家将音色各异的模块叠加，从而创造出新的音色。在这种全新的音乐制作手段下，乐器和乐器之间失去了界限，变得流动起来。
-4-虚拟乐器的局限性
虚拟乐器为音乐创作带来了无限可能，但是其本身仍然存在着演奏上的缺点。从大体上看，虚拟乐器的演奏方式可以分为两种。一是可以提前设置需要演奏的乐谱，乐器会根据乐谱自己演奏。另一种是使用外接设备手动演奏。音乐家在创作的过程中发现，外部设备，如MIDI键盘，仅仅使用滑块或旋钮来改变声音的形态。这种调整音乐的方法看起来非常原始且过于简陋，因为音乐本身包含的复杂性是无法通过移动一个滑块来展现的。
MIDI键盘
虽然电子音乐领域的前沿学者们也曾开发出新型控制设备如2D控制器，或是类似于游戏手柄的控制器来控制虚拟乐器，但是这些设备都无法展现出音乐自身极致的灵活性。所以我们要如何使用比较简单设备来控制复杂的虚拟乐器呢？Lorenzo Pagliei尝试前沿手势识别技术，经过多次测试与调整，创造出了GEECOS。
-5-Lorenzo与他的GEECOS
GEECOS不是单件式的乐器，而是一套由硬件设备和软件组成的声音系统。音乐家们能够使用某些特定的手势与控制器进行交互，从而在电脑端实现即时声音合成。
在创造GEECOS的伊始，Lorenzo就定下了设计控制器的两个出发点。首先，需要让观众清楚地看到一些在演奏时控制乐器的手势，而不仅仅是只通过音响听到声音。第二，要从人体工程学方面改进乐器。传统的原声乐器比如吉他，演奏者在演奏时可以把手肘放置在乐器侧边的凹槽中间，这样即使长时间弹奏也不会觉得疲倦，整体演奏姿态也非常美观。
定下了两条基本标准后，他开始为控制器寻找合适的制作原料。在经过重重筛选后，他发现木头是一个非常合适的材料，因为木头本身平整而厚实，可以通过打击的手势创作声音，同时它的粗糙表面也能为摩擦发声提供更多的空间。多种手势混合使用，控制器就能创造出多维度多层面的复杂声效。
上：Tursiope 下：Manta
结合以上三点要求，Lorenzo借鉴了大提琴和吉他的形态，最终设计出了可以识别多种手势的木质设备，覆盖大中小三种形态，最大的叫做Tursiope，中型的叫做Olpe，最小的是Manta。木板的背面安装了一个小型麦克风，它可以捕捉到音乐家在木板表面制造出来的声音。这些声音在经过手势识别算法处理后被分解成一系列参数，电脑会将这些参数实时输入音效合成软件并输出声音。这样随着演奏者手势的不断变化，参数也会随时更新。另外还有一个有趣的特点是，在演奏前，音乐家可以选择每个手势对应的声音效果，比如可以设置一个敲击触发某一个和弦或一个单音，如果想要更多的趣味性，演奏者们也可以选择让某一种手势触发特定范围内的随机音效。这样不将乐器的音色效果固定成某种不变的形态，音乐家们也可以从音色的选择上展示自身的个性和对音乐的思考。
木板背面的麦克风
因为演奏方式的特殊性，GEECOS使用的曲谱也不再是传统的五线谱。如下图所示，GEECOS专用的谱子中包含了手势，一些必要的重音指示，和弦转换标记等等，并不包含演奏者需要演奏哪些音符，并且演奏者可以自行选择想要弹奏的乐段，所以即使有乐谱，乐器即兴仍然还是有非常大的空间。
GEECOS乐谱示意
虽然现在GEECOS的概念已经非常完整，但是Lorenzo仍然表示还有很多需要改进的地方，比如他觉得在演奏中使用的手势不够有表现力。GEECOS现在使用的不过就是触摸、敲击、推、拉等五到六个手势，手势本身过于简单，在表达比较复杂的乐思时会有些力不从心，观众也很难感受到手势和音乐之间的关联，所以在定义手势方面，还需要更多的思考与试验。
虚拟乐器现在仍然是一种新兴“乐器”，未来还有很长的路要走，它能够为乐器带来哪些的革命性变化，要如何与传统乐器和电子乐器达到完美的融合，或许都是这一代的音乐家们的应当研究的重要课题。
【1】百度百科：baike.baidu.com/item/电子乐器
【2】百度百科：baike.baidu.com/item/具体音乐
