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发表于 2006-6-7
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使用合成器，可以通过多种方法来创造声音。虽然合成器的型号各不相同，但大多数合成器都遵循减法合成原理( subtractive synthesis )，具有相似的基础体系结构和信号流( audio signal flow )。 其他合成方法将在下一篇进行解说。
本质上，这就是减法合成的工作原理：过滤掉（剪切掉）不想要听到的声音部分。换句话说，减去频谱中的某些部分，包括基础音调和相关联的泛音。
减法合成方法假设将原声乐器( acousitic instruments )大致视为简单的振荡器，生成不同频谱的波形。将信号从振荡器发送到滤波器，这些信号表示乐器主体中与频率相关的损耗和谐音。过滤的（或未过滤的）信号由合成器的放大器部分随时间形成。
透过原声乐器的原理以相似的方式进行模拟，理论上可以重现真实乐器独一无二的音色、音调和音量。 但实际上，减法合成器不适用于模拟真实乐器，经过合成的类单簧管声欺骗不了任何人，尤其是现在的取样机( sampler )更提供了近乎无限的音色库。
减法合成器的真正优势在于，它们自身能提供独一无二的声音。 所有模拟和虚拟模拟合成器都使用减法合成来生成声音。
减法合成器组件概览
大多数减法合成器的前面板包括一组生成和处理相似信号的模块，还结合了大量的调制( modulation )和控制模块。信号生成和处理模块通常从左到右运行，反映真实合成器的信号流。
信号生成和处理组件
振荡器( oscillator )：用来产生具有周期性的模拟信号（通常是正弦波或方波）的电子电路。通常此波形都拥有丰富的泛音。许多合成器都拥有不止一个振荡器。
滤波器( filter )：用于通过/过滤出频谱的某些部分来改变基本信号。许多合成器拥有一个滤波器，普遍应用于所有振荡器信号。多振荡器合成器拥有多个滤波器，可以用不同的方式来过滤每个振荡器信号。
放大器( amplfier )：用于控制随时间变化的信号电平。放大器具有一个称为包络( envelope )的模块，它分为几个元素来控制声音的开始部分、中间部分和结束部分的电平。简单的合成器通常具有一个包络，用于控制随时间变化的振荡器（和滤波器）。更复杂的合成器可以拥有多个包络。
调制和控制组件
调制器( modulators )：用于调制信号生成和处理的组件。调制可由机器自动生成，也可以使用调制轮( modulation wheel )手动生成。大多数合成器都拥有名为低频振荡器( low frequency oscillator, LFO )的组件，它能提供调制信号的波形。
全局控制( global control )：影响合成器声音的整体特性，例如音符( notes )之间的滑音( glide )、弯音( pitch bend )、单音( monophonic )或复音 ( polyphonic ) 等。
振荡器
合成器的音频信号是通过振荡器所生成的，通常可以从包含不同类型和数量的泛音的多种波形中选取，所选波形的基础音调和泛音之间的电平关系与基本声音颜色( sound color )或音色( timbre )相关。
常见合成器波形
下面将讨论最常见的合成器波形的质量。
正弦波( sine )
正弦波听起来清晰明了，不包括除第一泛音以外的其他泛音；也就是说，这是基础音调。正弦波（单独使用）可用于创造「纯净的」声音，如口哨声、湿手指放在玻璃杯边缘的声音、音叉声等。
锯齿波( sawtooth )
锯齿波听起来清晰明亮，包含奇数和偶数泛音。非常适合于创造弦乐、背景音( pad )、贝斯和铜管乐器( brass )声音。
方波( square )和脉冲波( pulse wave )
方波听起来空旷而有木质感，包括多种奇数泛音。创造簧乐器声音、背景音和贝斯声音时很有用。也可用于模拟大鼓( kick drums )、康加鼓( congas )、筒鼓( tom-toms )和其他打击乐器的声音，通常与其他振荡器波形（如噪音）混合。
可以使用脉冲宽度调制( PWM, p ulse width modulation )控制来重新调整方波的形状，使波形循环（或脉冲）在多种合成器上的形状更加像方形。使用这种方式调制方波时，方波被称为脉冲波( pulse wave )，包括少数泛音。它可用于簧管乐器( reeds )、贝斯和铜管乐器的声音。
三角波( triangle )
和方波一样，三角波只包含奇数泛音。因为三角波中较高泛音的卷动速度比方波中较高泛音的卷动速度快，所以三角波听起来更柔和。适用于创造长笛( flute )声音、背景音和人声的「哦 」。
噪音( noise )：粉色/红色、蓝色、白色
模拟打击声音，如小鼓( snare drums )、风声和海浪声时，噪声很有用。
白色噪声( white noise )：合成器中最常见的噪声波形。白色噪声包含中央频率附近的所有频率（最高电平）。
粉色和红色噪声( pink & red noise )：这些噪声颜色也包括所有频率，但是它们在频谱中不处于最高电平。粉色噪声每八度音程( one octave )（较高频率）降低3dB电平。红色噪声每八度音程降低6 dB电平。
蓝色噪声( blue noise )：蓝色噪声与粉色噪声相反，它会将较高八度音程中的所有频率的电平升高3 dB。
还有其他噪音波颜色，但是它们在合成器中不常见。
重新调整波形
可以改变基本波形的形状，以生成新的波形。这样会产生不同的音色或声音颜色，从而扩大可创造的声音范围。
有多种方式来重新调整波形。最显而易见的方法就是改变方波的脉冲宽度，如常见合成器波形中所述。其他波形改变选项包括更改相位角度( phase angle )，移动波形循环的开始点，或只合并多振荡器合成器中的多个波形。
使用这些方法重新塑造波形时，基础音调和其他泛音之间的关系会发生改变，从而会改变频谱和产生的基本声音。
滤波器
减法合成器中的滤波器的目的是去掉从振荡器发送的信号的某些部分（频谱）。过滤后，一个声音出色的锯齿波将变成不带尖锐高音的平滑而温和的声音。
大多数减法合成器的滤波器部分包括两个主要控制，称为截止频率( cutoff freqency )，通常简称为截止( cutoff )和共振( resonance )。其他滤波器可能包括斜率( slope )等。大多数合成器的滤波器部分可以通过包络、LFO、键盘或其他控制（如调制轮）来调制。
滤波器类型
有多种滤波器类型。每一种类型都会对频谱的各个部分产生不同的影响：
低通滤波器( low-pass filter )：低频率可以通过；高频率被削弱。
高通滤波器( high-pass filter )：高频率可以通过；低频率被削弱。
带通滤波器( band-pass filter )：只有某频段内的频率可以通过。
带阻滤波器( band reject filter )：只有某频段内的频率被削弱。
全通滤波器( all-pass filter )：频谱中所有频率都可通过，但会修改输出的相位。
截止频率
顾名思义，截止频率( cutoff frequency )或截止( cutoff )确定位置截止的位置。较简单的合成器仅提供低通滤波器。因此，如果信号包含从20到4000 Hz的频率，且截止频率设定为2500 Hz，会过滤掉高于2500 Hz的频率。低通滤波器允许低于截止点2500 Hz的频率不受影响地通过。
下图显示锯齿波的概览(A = 220 Hz)。滤波器打开，且截止设定为其最大值。换句话说，此波形不会被过滤掉。
下图显示滤波器截止的值设定为约50% 时的锯齿波。此滤波器设置会抑制较高频率，并平滑锯齿波的边缘，使其与正弦波相似。在声音方面，此设置会使声音更加柔和，不那么具有铜管乐器的感觉。
正如在图例中所见，使用滤波器去掉频谱中的某些部分会改变波形的形状，从而改变声音的音色。
共振
共振( resonance )控制会加强或抑制截止频率周围的信号。下图显示一个带高共振设置的锯齿波，同时截止频率设定为660 Hz（60%左右）。
此共振滤波器设置会产生与截止频率相近，更嘹亮或更刺耳的信号。低于截止点的频率不受影响。
使用滤波器共振也会在整体上更改基本波形的形状，从而改变音色。
这种非常高的滤波器共振设置可以让滤波器开始自行振荡 ，使得滤波器生成正弦波。
滤波器斜率
如上所述，滤波器会在设定的截止频率处截止信号。这种截止不会立即发生，而会在给定斜率处发生，以每八度音程增益减少的分贝(dB)来衡量。换句话说，可以通过选取相对陡峭或较缓和的斜率，在截止点处定义倾斜程度。
放大器部分的包络
合成器的放大器模块，负责控制随时间变化的信号的电平或音量。
在实际的原声音乐中，如小提琴的琴弓流畅地在琴弦上拖移时，小提琴的声音缓慢地向上至顶峰( peak )或称最大电平，并延长一段时间，直到琴弓从琴弦上离开，然后立即截止。另一相对的例子，用鼓棒敲击小鼓会产生非常快速的顶峰电平，不会有延音部分， 虽然会有一定的衰减( decay )，但 声音转瞬即逝。随着时间的改变，这两种声音的特征大相径庭。
合成器通过随时间控制声音电平的不同部分（开始、中间和结束）来模拟这些声音特征。此控制通过一个名为包络产 生器( envelope generator )的组件来实现。.
起音、衰减、延音和释音(ADSR) 包络控制
在如下所示的打击乐音调示波图中，电平瞬间上升到其范围的最高处，然后衰减。如果围绕示波图的上半部分画一个框，可以将其称为声音的「包络」（一个以时间功能显示的电平图像）。包络发生器具有设定此包络形状的功能。
包络发生器通常具有四个控制，即起音( Attack )、衰减( Decay )、延音( Sustain )和释音
( Release )，通常缩写为ADSR。
起音( attack )：控制最初从零振幅滑到100%（最大振幅）所花费的时间。
衰减( decay )：确定后来从100%振幅降到指定的延音电平所花费的时间。
延音( sustain )：设定按住某个键时生成的稳定振幅电平。
释音( release )：设定释放键时，声音要从延音电平衰减为零振幅所花费的时间。
如果在起音或衰减阶段释放键，则通常会跳过延音阶段。延音电平为零会产生类似钢琴声或打击乐的包络，没有持续稳定的电平，即使按住键时也如此。
使用包络控制滤波器
包络发生器不只可以控制信号振幅。它们还可以控制滤波器截止频率的升高和降低，或者调制其他参数。换句话说，包络发生器可以用作调制源，或用作给定参数的「远程控制」 ( remote control )。
下面部分将介绍合成器的调制功能。
调制
缺乏调制( modulation )，声音听起来就会单调无味。缺少某种类型的声音调制，这些声音听起来也会感觉不自然，合成味道太浓。最显而易见的调制类型就是颤音( vibrato )，弦乐演奏者常在乐器的音高中添加效果。
要使声音更加有趣，可使用多种合成器控制来调制基本的声音参数。
调制发送
许多合成器都具有调制路由器( modulation router )。
可以使用路由器将一个或多个调制源直接发送到一个或多个调制目标，或直接发送到目的位置。例如，可以使用调制源来更改调制目标（例如振荡器音高或滤波器截止频率），这些调制源包括：
力度调制 ( velocity modulation )：键盘弹奏的影响（力度更大或更轻柔）。
键盘比例( key scaling )：在键盘上弹奏的位置。
使用控制( use of controls )：这些控制可包括调制轮、带状控制器( ribbon controller )或连接到键盘的踏板( pedals )。
自动调制 ( automatic modulation )：使用包络发生器或低频振荡器来自动调制信号。
常见调制源
本部分概述了可以在大多数合成器中见到的调制源。
调制控制器(modulation controller)
调制源可以（通常）通过执行某项操作（例如在键盘上弹奏一个音符或移动调制轮）来触发。 因此， 调制轮( modulation wheel )、弯音条( pitch bend )、踏板( pedals )、键盘和其他输入选项都称为调制控制器，或简称为控制器。
调制控制器中最好的范例之一，是使用对力度敏感的键盘( velocity-sensitive keyboard )，设置用于控制滤波器和电平包络。敲击音符的力度越大，声音就会越大越嘹亮。
使用LFO来调制声音
几乎所有合成器中都带有的调制源就是LFO（低频振荡器）。这种振荡器仅用作调制源，它不会生成任何真实合成器声音部分的「可听见」的信号，因为它的声音低得难以听见。但是，它会通过添加颤音和变频滤波( filter sweeps )等影响主要信号。
LFO 控制
LFO 通常具有以下几种控制：
波形( waveform )：允许使用者选取波形类型（最常见的类型是三角波和方波）。对于变频滤波（缓慢变成滤波器截止频率）或模拟救护车警笛声（缓慢变成振荡器频率）时，三角波很有用。对于在两种不同的音高（例如颤音和八度音程）间快速转换，方波很有用。
频率/速率( frequency/rate )：确定由LFO生成的波形循环的速度。设定为较低的值时，会产生非常缓的斜坡，使其很容易制作如海浪翻滚的声音（在主振荡器中选取了白色噪声作为波形时）。
同步模式( sync mode )：允许在自由运行( free )（用户定义的LFO速率）或与外部速度源( external )（如主机应用程序）同步之间进行选取。
LFO 包络
在某些合成器中，也可以使用包络发生器来控制LFO。要举例说明此功能的用途，请想像一下在延音的弦乐部分声音中，将一秒左右的颤音加入声音的延音部分。如果可以自动完成此操作，就可以用双手来弹奏键盘。
在某些合成器中，会包括一个简单的包络产生器来实现此目的。通常，此包络仅包括一个起音( attack )参数，或者有时包括衰减或释音选项。这些参数的执行方式与振幅包络参数相同（请参阅放大器部分的包络），但仅限于控制LFO 调制。
使用包络进行调制
合成器的主包络发生器不仅随时间控制电平，通常还用于在按下或释放键盘按键时调制其他声音参数。
包络调制最常见的用法是使用键盘力度或键盘比例调制源来控制滤波器截止和共振参数（请参阅调制发送）。
全局控制
本部分介绍影响合成器整体输出信号的全局控制( global control )。
最显而易见的控制就是电平控制( level control )，它设定声音的整体音量。（请参阅放大器部分的包络。）
还包括以下其他按键全局控制：
滑音( glide/portamento )：用于设定某音符音高向上或向下滑到其他音符音高所花费的时间。此控制对于模拟在音符间滑动，而不是直接移到另一个清晰明显音高的吹奏乐器上很有用。
弯音/弯音范围( bender/bend range )：此控制通常连线到键盘上的弯音轮。顾名思义，将轮从其中央位置向上或向下移动会向上或向下弯曲音高（振荡器频率）。弯音/弯音范围参数通常在一个八度音程( one octave )中有上限和下限，但是通常设定为高低约三个半音。此设置非常适合于模拟某些乐器中出现的小的（或极端的）音高波动，例如使用小号在音符之间移动，或在电吉他独奏时的推弦 。
声部( voices )：合成器对可同时生成的音符数量有限制。同时生成的音符称为乐器的复音( polyphony )（字面上的意思是“多个声部”）。声部参数设定在给定时间中可以弹奏的音符数量上限。
同音/同度( unison )：用于「叠加」声部（使用比弹奏音符的频率同度或按八度音程关系的声部叠加演奏）。因为弹奏音符时使用了两个声部，所以 同音/同度 会造成两种效果：使声音更丰富更饱满，同时会将复音减半。
触发模式( trigger mode )：触发模式确定当弹奏的音符数量超出可用的声部数量时，如何处理乐器的复音。触发模式也允许分配连音( legato )模式。实际上，此控制改变合成器响应弹奏技巧的方式，当模拟单音乐器（如长笛、单簧管和小号）时，它并不起作用。当使用触发模式控制时，如果分配给最后一个音符优先级，正在演奏的音符就会被截止，而会演奏另一个音符。
最后一个音符优先( last note priority )：如果正在演奏所有声部时触发新的音符，合成器会结束最先演奏的音符，以释放复音（声部）。
第一个音符优先( first note priority )：不会停止较早演奏的音符。在此模式中，当乐器的复音（声部）达到限制时，使用者需要停止弹奏音符，以便演奏新的音符。
备注： 在某些合成器中以单音方式演奏时，触发模式参数也允许使用者为较低（或较高）音高的音符设定优先级。
不同型号的合成器拥有多种其他全局控制，这些控制会对整体声音产生影响。 |
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