声音合成的秘密3-修改器与控制器

brun · 发表于 2010-8-16

声音合成的秘密3-修改器与控制器

我们继续来讨论谐波部分，以此解释如何随时间参数来改变声音，以及减法合成器在模拟这个过程中所能提供的工具。

如果你和我们一块受累学习了头两个月的课程，便会了解到大部分自然界的声音都拥有非常复杂的谐波结构，所以说大自然其实是最厉害的艺术家，这些声音是由自然界各种各样的对象发出的。你还会注意到，无论你如何演奏，无论你采用何种录音方式，打击乐器的声音与弦乐、管乐以及其它“常规”乐器的声音是明显不属于一个类别的。但这些知识显然对于理解及人工创建新音色来说还不够。假设你能够定义一个声音的谐波组成结构的话，那些厂家显然不会花钱把那些昂贵的“没有必要的”滤波器与包络生成器放到产品里再卖给你了。这一章我们继续研究，来探讨如何让合成振荡的声音显得更为音乐化。

修改音色

没有什么音色，你可以几乎完美无缺地只以谐波频谱定义出来。即使这个音色听起来是连续的音调或保持连续的音量，因为总有声音开始的一刹那，总有声音结束的一刹那。这表示某种形式上给这个音色加了一定的“轮廓曲线”。

图1

我们先把声音开始与结束的一刹那忽略掉，那么这个不变的音调称为静态或固定声音（Static/Stationary），从音乐角度来看这没什么意思。因为从来不会有自然声音在一定时间范围内表现为静态，除非是由信号生成器（比如在有些模拟合成器里就可以找到）做出来的——自然界是不会有的。这些生成器输出上下变动的电压经过放大器，然后再到音箱，把电压转换成你可以听得到的声音（请看图1）。

我们试着把这个概念变得更实际些。假设图1中的放大器是你的发烧音响系统中的功放，尽管音调生成器在输出信号——音量旋钮则逆时针打到底——直到你听不到任何声音。假若现在按顺时针方向慢慢调节音量，然后再把它逆时针调回去直到静音为止。

图2

我们看下图2，你会发现其实你已经增加了一个控制器（对旋钮的操控），这导致放大器修改了既有的信号。但每次想要非静态声音时调节旋钮是很难感知的，还不要说所产生的声音是否精确了。而且，如果你想要音调生成器发出常规的音色与音符，那么这就非常不适宜了。所以必须找一个控制器来替代你的手指，这个控制器的控制信号是可以预知的，再现的结果是明确的。这时我们就会引出一个很重要的概念，那就是——电压控制（VoltageControl）。

brun · 发表于 2010-8-17

假设图2中的控制器是另外一种形式的上下变动的电压信号，那么它称为控制电压，或者是CV（ControlVoltage）。不要担心，现在关于它是如何生成的原理；你只需要这么认为，对于任何给定的应用于放大器“控制”输入上的电压，放大器都会对应给信号一个可定义的增益。这就定义了电压控制放大器的概念（VoltageControlledAmplifier），或者叫VCA。现在我们来看看用什么能够生成这些控制电压（CV）。

图3

包络

我们再回到用hi-fi功放面板上的音量旋钮修改声音的主意上来。假设旋钮完全地逆时针旋转，则控制电压是0V，因此放大器的增益为0。换句话说是无声状态。再来看另外一个极端，即把旋钮顺时针转到底，则控制电压是10V，而增益为最大——即声音这时是最响的。这时你可能会想到用旋钮改变电压来给声音创建一个“响度轮廓曲线”。比如，控制电压从0V开始，升到10V，再掉到5V，持续一段时间，在一定时间之后再落回0V。这正如图3所示。

正如你所看到的，控制电压的轮廓曲线和响度的曲线是相同的，换句话说，你已经在既定时间内用控制电压定义了声音的响度。图3中的形状我们称其为包络，这是你可以使用来控制放大器的一种设备，即包络生成器（EnvelopeGenerator：EG）。EG可能是简单也可能很复杂，但是（如果它们本身并没有被另外的信号修改的话）它们都拥有一种属性：每次初始时（或触发），都会根据控制电压和所用的时间提供一个连续的轮廓曲线。

图4

最为著名的包络是什么呢，相信你我都在合成器面板上见到过——即ADSR。起音（Attack）/衰音（Decay）/延音（Sustain）/释音（Release），这些名字表示包络的各个阶段。其中有三个——起音/衰音/释音——是指时间的量度，而延音则是指电压电平。（请看图4）。ADSR在某种意义上是一种天才般的想法，虽然看起来很简单，但它提供了类似自然乐器的声音轮廓曲线。

假设声音是由管风琴、长号、雷击产生的。想象一下这些声音的轮廓曲线，并用ADSR表示。注意：

图5

brun · 发表于 2010-8-17

·起音时间决定了声音到达最响处的速度；

·衰音时间决定了声音响度衰弱到延音电平处的速度；

·延音电平，这是相对持久稳定的响度电平，直到释音开始；

·衰音指从延音电平衰落到最终电平（通常是静音）的时间。

风琴具备较快的起音，保持最大音量直到乐手释放键盘掉回静音状态。它的曲线近似方形。而实际上，一般大家都把这种曲线叫作“风琴包络”。即使这种包络不是用在风琴音色上。

与之相对的是，长号好象讲话特别慢，而它的响度通常在起音阶段的末尾处在延音电平位置前到达最高值。当乐手停止吹奏时，声音快速回归静音状态。

与以上两者都不同的是雷击声，经常是发展得慢，而且没有衰音与延音阶段，一旦到达峰值后，声响就慢慢消失了。

正如你在图5中所看到的，它们的轮廓曲线都各不相同。我们先看长号的包络，它需要4个ADSR参数。而风琴的包络相对更简单，只需要ADSR中的3个参数，起音和释音都是瞬间即逝，而延音电平保持最大。相较而言，雷击声则只使用了两个参数，没有延音与衰音值（实际上并不是如此，但我们在以后再讲述）。

在合成器上设置包络生成器的参数，包络生成器连接到电压控制放大器上——参考上文的图2，替代了图中的控制器而已。假设你可以随意触发，这样它便是一个随时可以改变这些声音属性的设备。

低频振荡器与颤音

让我们暂时回到振荡器相关的概念上来，第一章中我们有所讲述。你还会记得每一个谐波声都会有一个基频，即最简单的振荡器振动模式所产生的频率。如果这个基频在20Hz到20kHz的范围内，你就可以听到振动的声音。

图6

现在我们再蓝看hi-fi音响的功放与音量旋钮。如果你每一秒将旋钮控制从一侧调到另一侧一次或两次，你就会发现会声音会有周期性的效果：这就是颤音。实际上，你是给hi-fi音响系统应用了振荡器。尽管这个频率要远远低于20Hz，它的效果还是可以很音乐化的。

你会发现大部分合成器都会有这种专门的设备——低频振荡器（LFO）——用它来生成低频信号，以此控制合成器的许多其它功能。在大部分设备上，LFO可以生成在0.1Hz到20Hz之间的振荡频率。它们用来产生相对简单的声音效果，正如图7所示，颤音则是图2所示的更为特别的例子：在这种情况下，它是低频振荡器，而远非是控制放大器增益的包络生成器。

图7

brun · 发表于 2010-8-17

图7则显示了三种类型的模块，基本上大部分合成器中都具备：

·音调生成器（ToneGenerator）是信号生成器——产生基本的音频音调；

·电压控制放大器（VoltageControlledAmplifier）是修改器的一种）——以某种形式改变了音频信号；

·正弦低频振荡器（LFOSinewavegenerator）则扮作控制器的角色——它确定着修改器对信号修改的行为。

虽然这个例子很简单，但是你可以使用这种结构来制作非常复杂的音色。你只需要在设置中改变地更为详细即可。

低频振荡器在更为强大的合成器上则能够产生相对更高些的频率振荡，。而且，这些低频振荡器通常都可以提供更广泛的波形。如果能够通过音频频率LFO来调制信号，为什么不能用其它音调生成器来做呢？当然，没有什么理由表明你不可以这么做。而图8所示的结构，则让你创建比上文所术更为复杂的音色。

关键点在于？

图8

尽管本文不是从最基本开始将起，但还是介绍了三个基本概念：控制电压，包络生成器以及低频振荡器。但这还不是要学的最重要的课程。

看一下本文所提供的这些图片。每幅图中都有水平箭头，表示音频信号流，而控制信号则是垂直箭头。我更愿意把这些信号理解为可以听到的信号，以及控制你所听结果的信号。很明显不是吗？但从另一方面来讲，你还必须把它们理解为电压名词，因为这些信号本质没什么区别。因此，许多合成器模块可以作为信号生成器、修改器以及控制器来用，这主要看把它放在声音生成结构的什么位置上（以及如何使用）而定。

换句话说：一台模拟合成器使用了上下变动的电压来表示音频信号，而其它变动电压来修改及控制它们。信号源并不重要，信号的目的才是关键所在，它确定了是作为音频信号用还是控制器而用。

这是合成秘密中最为重要的概念之一。

creative · 发表于 2010-8-17

谢谢楼主的发布，我点赞收藏了！~

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