解读模拟合成器

解读模拟合成器『1』--震荡器与波形

你或许已经有了一些软合成器，比如Atom和SynC Modular，但是你一直没有好好的用他们，因为除了能鼓捣出一些噪声以外你不知道怎么用他们创造出你需要的音色，那么你就要往下看了。

大多数的软合成器（硬件合成器也是的）是通过模拟合成器创造声音的，实际上许多数字合成器的数字合成方法就是基于模拟合成原理的。模拟概念可以帮助你理解那些合成器的工作原理。

3个阶段：

合成器是用来创造声音的，不管怎么创造，都要涉及到3个原理：音高（pitch），音调（tone，或者称之为音色timbre）和响度（loudness）。模拟合成器也有这3个阶段的处理过程：

音调发生器（Tone generation）--->音调形态（tone shaping）--->音量形态（volume shaping）

在模拟合成器里，音调发生器就是一个震荡器（oscillator），音调形态就是一个滤波器（filter），而音量形态则是一个包络发生器。

震荡器是一个产生波形的设备，在古老的模拟合成器里震荡器发出规则的或循环的正弦波（sine），三角波（triangle），方波（square）或锯齿波（sawtooth）。但这都是以前的事情了，现在基于电脑的震荡器可以发出任何种类任何怪异形状的波形。

你可以听一听各种波形声音的不同，因为每种波形都包含了不同的谐波，这些谐波决定了不同的波形都有自己独特的声音。每个声波的真实音高都取决与他的基波。比如正弦波听起来非常清澈纯净，就像笛子一般，这是因为正弦波没有谐波，完全都是基波。

谐波（harmonics或称为partials）是那些高于基波的频率，他们给声音加入了自己的音调颜色。基波和谐波之间的关系可以是简单的又可以是非常复杂的。比如方波（square），如果他包含奇数个谐波，那么谐波的倍数与音量的倍数是一样的。3倍的谐波决定着基波有3倍的音量，7倍的谐波决定着基波有7倍的音量，以此类推。

锯齿波包含了所有的谐波，他的特点和上面说到的方波完全相反，也就是说谐波越多，音量

越小。所以锯齿波声音非常丰满像铜管一般，而方波的声音却像单簧管一般。三角波有点像正弦波，但他比正弦波多了一些谐波。脉冲波也比较常见，他听起来鼻音很重，就像双簧管。噪声波包含了各种区域的频率，所以听起来简直就是噪音。

大部分的震荡器都有音高的控制让你设定输出的音高，这就像一个八度音阶的调节器。键盘或音序器发出的音符信息都是通过震荡器来创造实现的。

6种波形：

正弦波（sine），正弦声波是一种没有任何谐波的简单纯净的声音，见下图：

三角波（triangle），三角声波与正弦声波类似，但不如正弦声波圆润，因为他带有一些谐波，见下图：

方波（square），方波声波中加入了奇数个谐波，因此听起来很空泛，见下图：

方波（square），更多奇数个谐波被加入到方波声波中，波形就像一个广场一样，见下图：

锯齿波（sawtooth），锯齿波形包括了所有的谐波，听起来很丰满像铜管，见下图：

噪声（noise）由很多频率和声音组成，哎呀呀他听起来简直就是噪音，见下图：

解读模拟合成器『2』--滤波器

波形（waveforms）就好比是我们制造音色的原料，我们当然不希望我们创造的音色都是像方波或锯齿波那样，所以我们要用滤波器（filters）来改变这些波形。如果你对参量均衡器比较熟悉你会发现滤波器与参量均衡器很相似。均衡器的作用就是用来衰减或提升某个特殊区域的频率，合成器里面的滤波器也做着类似的事情。滤波器里最重要的两个控制参数就是截止频率（cutoff frequency）和共鸣（resonance，有时也称为Q值）。截止频率决定着滤波器开始开始生效的频率。（滤波器与参量均衡器超级相似，如果你不清楚什么频率，什么Q值的话建议你看看《我的听话EQ》--musiXboy注）

滤波器分为好几种，我们最常用到的就是低通滤波器（low pass filter），顾名思义，低通滤波器将切除高频并使低频通过，而开始滤波的点（也就是截止频率点）是可以通过截止频率来调整的。在切除了高频之后声音会变的低沉。

高通滤波器（high pass filter）完全就是低通滤波器的翻版，不必多说了，只是在实际应用中高通滤波器不很常用。

带通滤波器（band pass filter）就是切除低频和高频，只让中间的频率通过，你可以看作是我们将低通和高通两种滤波器同时应用的结果。

如果你在使用低通滤波器时将截止频率调的非常的小，那么就没有声音可以通过了，在高通滤波器使用很高的截止频率也是一样。仔细想想这样做的意义。

共鸣的控制非常有趣，共鸣会提升截止频率点附近的频率。随着共鸣的增加，提升区域会变的越来越窄。实时的共鸣会带来很戏剧化的wawa效果。

要注意的是所有的这些滤波器都会将波形里面的谐波滤掉。一些合成器都是通过将波形融合在一起的方法来构造新的声音，而模拟合成器都是用一些谐波很丰富的声音不断切割来创造

声音的，所以这又叫做减法合成。（减法合成非常之复杂，想详细了解请看苏抵婆的文章《声音合成的秘密》--musiXboy注）

4种滤波器：

低通滤波器（low pass filter），让低频通过，滤掉高频，见下图：

高通滤波器（high pass filter），让高频通过，滤掉低频，与低通滤波器相反，见下图：

带通滤波器（band pass filter），滤掉高低频，让中间区域频率通过，见下图：

陷波滤波器（band reject filter或称notch filter），滤掉某个区域，让高低频通过，与带通滤波器相反，见下图：

解读模拟合成器『3』--ADSR包络

现在我们已经有了一个用滤波器制作出来的与原始波形不同的全新音色了，下一步我们就要给这个音色的音量包络（或叫轮廓）定型，这个步骤决定着音色制作过程中的音量，这将给音色赋予个性化的特点。

当你抡起大锤子砸木头的时候，当锤子与木头接触的那一刻发出猛烈的撞击声，当他们一分开撞击声立即消失了。好比在管风琴上按下琴键，管风琴马上发出很大的声音，而当你松手时琴声也随着立即停止了。然而在钢琴上（你应该弹过钢琴吧）当你松开手时，琴声是慢慢消失的，并不是像管风琴那样戛然而止，就算你手一直按着钢琴的琴键也不能让他一直响个不停，这也和管风琴不同。

以上这些就是音量包络的例子，我们可以用一个4段包络发生器来精确的模拟自然界大部

分的声音。这4段包络分别叫做起音（attack），衰减（decay），保持（sustain），释音（release），分别去4段名称的第一个字母，4段包络又叫做ADSR包络。见下图：

起音（attack）：这段决定声音从开始发出到最初的最大音量所需的时间长短。在打击乐音色里这部分当然要很短。

衰减（decay）：在声音达到最大音量后立即发生衰减的时间长短，衰减后的音量大小就是后面保持的音量大小。

保持（sustain）：他决定在衰减后音量保持的大小，与其他三个不同的是他并不代表保持的时间长短，形象的说当你按下键盘不松手，持续发声时的音量大小就是保持决定的，你按多长时间他就保持多长时间，所以他不代表时间长短。通常保持的音量都低于起音的最高音量，不过也有相同甚至高出起音音量的。

释音（release）：这是声音最后的阶段，代表着声音从保持的音量逐渐衰减到0电平（最小音量）的时间长短。

注意，并不是所有的声音都有这4段包络，比如敲击木鱼只有起音和保持两段，管风琴没有衰减那段，甚至有些合成器只有AD这两段包络发生器。

解读模拟合成器『4』--模块化合成器

使用我们前3部分讲的3个模块----震荡器，滤波器，包络发生器，我们完全可以制作出一大箩筐的音色了，不管是自然的还是人造的。在很多合成器里（比如Atom）这些模块都已经连接好了（又称硬连线），你要做的就是调节这些模块来创造自己的声音。但有些合成器（比如SynC Modular）就不是这样，你在制作声音前需要用虚拟连线把这些模块连接起来。（又称软连线）

很明显，硬连线合成器非常容易上手，但是模块化的软连线合成器更加灵活而且可以制作出更多更厉害的声音。你需要先知道怎样连接这些模块，不过从本质上讲这和硬连线合成器差不多。首先是震荡器发出波形，之后用滤波器改变音调，最后进入放大器输出，音量放大器将受到包络发生器的控制来改变声音的包络。

这其实就是一个简单的合成器的制造原理，但是大部分的合成器都有好几个震荡器，滤波器和包络发生器，再加上大量的模块，但是不管有多少个模块，基本的信号通路都是一样的：震荡器-->滤波器-->放大器。让我们看看具体的构造。

如果我们使用一个包络发生器来控制放大器，我们可以使用他控制其他的模块吗？是的，当然可以！比如敲击木鱼的音量包络，急速上升之后急速下降，如果我们将这个音量包络加到滤波器里来控制滤波器的截止频率会怎么样哩？截止频率当然也会按照音量包络的包络线进行变化。比如截止频率开始在一个中心点上，包络使得他开始一路上升之后又降下来，这样不就制作出一个滤波器掠过的效果吗？滤波器开始会使得声音越来越亮，之后再慢慢滤掉谐波，有意思吧。

如果我们有两个包络发生器呢？一个控制放大器的音量包络，另外一个控制滤波器，而且每个都是独立受控制的。许多合成器（比如Atom）都至少有两个包络发生器，让我们实现这种控制。

再想想，如果用包络控制音高呢？完全可以！把音量包络加到震荡器上，声音的音高会开始慢慢升高之后又降低下来，做出一种汽笛效果的声音。这些都是使用模块化合成器的很简单的例子，硬连线的合成器就没有这么灵活了，一般都只能将包络加在滤波器上而不能加在震荡器上。

解读模拟合成器『5』--低频震荡器

让我们再来看看更多的模块，这就是模拟合成器上最常用的模块----LFO（Low Frequency Oscillator）低频震荡器，LFO震动出的频率一般都在我们人耳所能听到的最低频率之下（也就是20Hz以下），他可以加到震荡器上几秒甚至几分钟作用一次。

LFO的参数与震荡器差不多，也是深度（depth）和频率（frequency）这两个参数。频率决定着发出的波形的频率，深度决定波形的振幅。

LFO是最常见的加载在震荡器上调制音色的模块，比如使用正弦波，波形会有规律的上下波动，把频率调节在每秒7个循环左右可以产生音乐震动，增大深度会变成汽笛声。如果将正弦波换成方波，音高会界于音乐震动和汽笛声之间，就像卷舌声一般。换成噪声波音高会随机出现，这时深度的调节将决定音高随机出现的范围。

如果你想明白为什么LFO可以作用在其他模块上，那么咱们继续。将一个正弦波震荡器与LFO连接，会听到震动的颤音，调低LFO的震动频率可以做出揉弦的效果，再低些就是警笛的效果了。将快速的LFO加到滤波器上可以做出那种冒泡泡的音效。LFO与放大器连接会产生振音效果。

以上我们介绍了模拟合成器里最常见的一些模块，当然还有很多其他的模块，越复杂的模块产生的效果也就越棒，不过万变不离其宗，信号的通路总是从震荡器出发，经过滤波器处理最后到放大器输出。我们牢记下这个基本通路就可以很好的使用模拟合成器了。

解读模拟合成器『6』--使用Atom

下面我们进入实战，先从简单的模拟合成器入手。我推荐您使用Atom。

Atom是muon公司开发的一个VSTi插件，是一个免费版本的软件，你可以在MIDIFAN下载。

打开Atom，导入Atom自带的效果参数MuonAtom.fxb，选择最后一个参数ElecPiano2，我们就来改造这个ElecPiano2音色，创造出全新的音色。（见下图）

将Resonance（共鸣）调高到100%左右，将EnvMod（包络）调整到50%，现在这个电钢琴音色已经改变的面目全非了。

再将Cutoff（截止频率）调整到15%到50%，将VCO Bal（压控震荡器）调整到0:100，听听这时C2-C3区域的音符，感觉很棒吧。你还可以调整VCF（压控滤波器）的ADSR4个滤波器包络参数，控制滤波器的作用方式。

大多数的音色都是一开始很响，之后慢慢变弱，我们来做一个反向的声音。

再导入上面一个ElecPiano1音色，将VCA Rls（压控放大器释音时间）调整到10ms，也就是VCA Rls的最低时间，将VCA Sus（压控放大器保持时间）和VCA Dcy（压控放大器衰减时间）也分别设置到最低值0%和1ms，这样的音量包络将使你一松开手声音就会停止。

将VCA Atk（压控放大器起音时间）设置到300-900之间体验一下，这就是我们所说的声音反向，将VCA Atk设置的再长一些也可以，不过你要过更长的时间才能听到声音。

一些参数调整的结果很难用语言形容，大家要自己试着去调整去动，感觉声音的变化，来进一步了解各个参数对音色的控制作用。

解读模拟合成器『7』--SynC Modular初步

Atom只能算是一个很简单的模拟合成器，用他只能入门，要想深入了解模拟合成器，我推荐您使用SynC Modular，这是个软连线的模拟合成器，我们什么都没有，一切的音色都要我们自己将各个模块搭建到一起才能使用，这样虽然麻烦但是有很高的灵活性，你可以想要什么音色就搭建什么音色。SynC Modular可以作为VSTi插件使用也可以单独运行，未注册版不能响应任何的MIDI信号，只能用键盘上的按键发声。这个可不爽，大家可以自己找找注册码。（下图）

现在类似SynC Modular的软连线合成器有很多，有的可能比SynC Modular作的还要出色，不过我们谁也没有那么大的耐心去用软连线合成器来自己制作一个模拟合成器插件来使用，如果你仅仅是想创造更棒的声音，现在千百万个软合成器够你使的了；如果你有更大的理想，想制作一个VSTi乐器插件，那么用这些又显得小儿科了一点，推荐你使用CPS，不过CPS 实在是需要很高的乐理、物理声学、数学、编程等知识，哪位高人来交我们怎么使吧。

我们由浅入深的用SynC Modular搭建模拟合成器，有助于我们更好的了解模拟合成器的工作原理，所以想理解的更透彻请继续看。

通过前面的学习，我们知道了模拟合成器的是按照震荡器--滤波器--放大器来连接的，那么我们要发出一个最原始的声音（也就是不加滤波器），至少要有震荡器发出波形，由放大器输出。

点右键，选择Standard（标准）->Oscillators（震荡器）->Saw AA（锯齿波），看到了新出现的Saw AA模块了吧，这就是发出锯齿波的震荡器模块，当然刚才你也看到了除了Saw AA还有一些其他的震荡器模块，你也可以使用他们。

桌面上已经有一个Wave Out的放大器模块了，将Saw AA的O与Wave Out的L和R同时连接，这样震荡器就和放大器组合完成了。

但是现在还不能发声，你还没有指定锯齿波的频率呢，再点右键选择Basic里的const，在出现的小块上点右键，选择Parameters（参数），const的所有参数就都在这里显示出来了，因为const很简单，只有一个模块，所以这里只显示了这个Value参数，选中Value，点Edit，你输入的数值就是锯齿波的震荡频率，比如我们写440，确定后将这个写着440的const与锯齿波震荡器的F连接，这个发出频率为440Hz（也就是A4音符高低）的锯齿波震荡器模块就完成了。

点菜单上的播放按钮，听到声音了吧，这就是440Hz的锯齿波的声音，播放的右面是停止按钮，点击停止右面的那个示波器按钮，出现一个示波器窗口，同时发声。在听到声音的同时，你也看到440Hz锯齿波的波形了，刚才在Standard（标准）->Oscillators（震荡器）下不是还有一些其他的震荡器吗，换他们同时换换震荡频率，感觉声音的变化以及声波的差异。这个可比简单的教学记的深刻！

880Hz的方波，多试几种震荡器和频率看

但是以上的系统只能输出特定的频率，要想换个频率（也就是换个音符）还要手动改频率值，这可和真实的合成器差多了，所以我们要加入一个可以随着键盘或MIDI音符的改变而改变频率的模块，先将const模块删除掉（选中按Delete），右键选Basic->MIDI Note->OnFreq，将出现的OnFreq模块与你的震荡器F接口连接，但这还不行，因为现在的整个系统还不支持复音，我们制作音乐用的音源，不管是模拟的，FM的，还是波表的都有复音功能，也就是可以同时发出好几个音符，否则的话在一首乐曲中我们要16个音符同时发音（这很常见，想想交响乐里有多少个乐器在同时发音），岂不是要建立16个震荡器，16个包络控制，16个放大器，16个滤波器等等，可见没有复音功能是绝对不行的。

右键选Basic->VC，建立一个VC模块（voice combiner），将震荡器的O与VC Sum模块左侧的V连接，右侧的VC接口同时连接WaveOut的L和R，这时你可以使用MIDI键盘来控制震荡器的音高了。如果你将SynC Modular作为VSTi插件，那么在宿主程序里（比如Cubase）可以通过MIDI音符控制震荡器。未注册版只能使用电脑键盘控制震荡器，大部分键都可以控制发声，PageDown和PageUp可以控制八度的升降。你必须打开示波器或按下播放键才能用电脑键盘输入音符。同时多按下几个键在示波器里看看波形的叠加。（下图）

如果在使用的时候你听到喀喀声，很可能是你按下了太多的键，选Edit--Instrument Settings，将Voices复音数调高一些（默认是16，调到32就够了），如果太高会占用更多的系统资源。

现在震荡器、放大器有了，还缺调制音色最重要的元件，那就是滤波器。下面我们来添加滤波器。

Standard->Filters->2-pole加入一个2-pole滤波器模块，将他放在震荡器和VC Sum之间，如下图。

不要急于碰你的键盘，因为这个2-pole模块还没有完成呢，我们需要加入滤波器的两个最重要的控制参数：截止频率（Cutoff frequency）和共鸣（resonance，有时也称做Q值）。

点Basic->Controller加入一个控制旋钮（默认情况下他叫做knob），将他的V和2-pole

的F连接，右击这个knob可以看到他的所有参数，当然这些参数也都是默认值需要我们修改。选择parameters可以进入参数的修改窗口。

Caption（标题）：这个旋钮的名字，这里我们需要将他改成Cutoff，因为我们正在做截止频率的旋钮啊。

Appearance（出现）：出现的形式，可以是knob（旋钮），如果你不喜欢，可以换成fader （推子）。其实旋钮还是推子都可以调节参数，看个人爱好了，不过截止频率一般都是旋钮。

Size（大小）：可以让旋钮或推子变的更大或更小。

Show Value（显示参数）：Yes就是在旋钮或推子下显示参数值，No就是不显示。最好显示这样调节时比较方便控制。

Min（最小值）：这里我们设置20（也就是最低截止频率为20Hz）就可以了，人耳最低只能听到20Hz，如果你的音乐是给海豚听的，可以设置的更低，呵呵。

Max（最大值）：改成4000，再高没有必要了。

都确定后，在任意地方点右键选择Show Panel（显示面板），看到那个叫做Cutoff的旋钮了吗？将菜单栏上的按下去，可以挪动位置。放到合适位置后将按上来，现在你可以弹几个音符不要放手，用鼠标转动旋钮，听到滤波器的作用了吧。

但是这时你应该注意到了，在旋钮转到中间位置时cutoff的值差不多是2000（最低是20，最高是4000，中间大约就是2000了），但是截止频率的刻度变化并不是线性的，而是对数关系。A4音符是440Hz，A5就是880Hz了，A6要达到1760Hz（880x2），频率的增加是音符的2倍。这就造成了滤波器右半部分只能控制1个八度的音符范围，而左侧集中了将近6个八度的音符。你在调节截止频率时要充分考虑到这一点。

再来建立共鸣调节（Resonance），在cutoff上点右键，选Duplicate（复制），又出现一个cutoff，将他的V连接到2-pole的Q上，再进入他的parameter窗口，将cutoff改成Resonance。

首先Caption要改成Resonance，最小值0.3，最大值0.97。完成了。进入面板（Panel），这时你需要移动Resonance的位置，因为他与Cutoff完全重叠了。现在你可以体验最简单的滤波器对声音的调制作用了。

如果你觉得旋钮什么的不好看，软件还有换肤功能，点Window--Skin可以选择另外一个皮肤，看起来比默认的好一点。你也可以自己制作。（下图）

我们的简单教程到此要结束了，你可以打开SynC Modular自带的5个做好的模拟合成器模块好好研究研究，他可以作为VSTi加载，所以你完全可以创造自己需要的声音，运用在你的音乐作品中。不过就是太复杂了，大家可以拿SynC Modular作为模拟合成器的入门，之后再使用其他软件时就比较好上手了。

解读模拟合成器『8』--调制器

我又回来了，距离上一讲已经有半年的时间了。

继续给大家讲述有关模拟合成器的理论知识，有了理论才能玩转模拟合成器，软件合成器也好硬件合成器也好，都是如此。好了继续上课。

我们前面已经讲过了很多模拟合成器的模块了，什么震荡器、低频震荡器、滤波器、包络发生器、放大器、门限什么的，那么有了这些玩意我们就可以制作出美妙的声音了吗？答案是否定的，因为少了他??调制器（modulation）。

调制器可以使声音变的鲜活充满生命气息，如果你只认为他的作用和LFO（低频震荡器）差不多就是带来一些振颤，那么就是你缺乏观察能力了。只有很少部分的合成器带有LFO 模块，而且所有的合成器都具有调制器。

发音源的调制：

图示1中（Figure 1），是一个非常简单的合成器，Tone Generator（见注解1）首先发出声音，经过Filter的滤波，最后由Amplifier放大输出，传到我们的耳朵里。而两个Contour Generator作为包络发生器分别作用于滤波器和放大器，控制他们的包络。为了尽可能的简单，图中去掉了Pitch CV（音高控制）、触发器还有门限，大概看个意思就可以了。这个最最简单的合成器先在这里放着，一会后面要用到。

现在闭上眼睛，想象正有一位小提琴家，在舞台上演出。哦不能闭上眼睛否则看不到文章了哈哈。也许你没拉过小提琴，但你总知道小提琴是怎么拉的。小提琴家的一只手A拿弓子拉弦，另外一只手B通过按琴脖子上的弦控制音高。这只手B按的位置越远离自己，声音越低，手B按的位置越靠近自己，声音就越高。当小提琴家拉一个长音时，他会开始柔弦，就是按下琴弦的手指前后微微的移动，这样声音会更好听。手指前后的微微移动造成了音高也高高低低的微微变化，这就是颤音。图示2（Figure 2）简单的表示出了手指按下位置微微的前后变化造成的音高的反复变化，也就是颤音。

图示3（Figure 3）演示了一个三角波在颤音效果下的波形，一眼就可以看出高音部分（图中region of higher pitch）和低音（图中region of lower pitch）的区别来。

OK，现在我们把调制器加入到图示1（Figure 1）这个简单的合成器中来，就成了图示4（Figure 4）这个样子。图示4（Figure 4）比图示1（Figure 1）多了一个Modulation Wheel （调制轮）和一个LFO（低频震荡器），他们俩同时作用于VCA（压控放大器）。LFO在

这里作为一个压控设备使用，目的是控制Tone Generator（见注解1）发出声音的音高变化，因为调制需要有音高的变化，所以LFO是必不可少地。而VCA用于连接LFO和调制轮，并控制声音振幅的变化，也是非常重要地。他们三个哥们儿一起组成了调制模块。

注解1：这里说的Tone Generator可以理解为发音源，在模拟合成器中是震荡器，在FM 合成器中是载波器，在波表采样合成器中就是原始的波表采样。（musiXboy注）

放大器的调制：

让我们的目光从颤音移动到震音上来。颤音是音高的变化，而震音是音量的变化。图示6（Figure 6）就是一个三角波在震音效果下的波形，明显的与图示3（Figure 3）的颤音波形不同，波形的疏密（代表音高）并没有变化，变化的是波形的振幅（代表音量）。

现在我们知道这两种效果的区别了，在合成器构造上也可以看出来，颤音需要控制音高的模块，而震音则需要控制音量的模块。图示7（Figure 7）简单演示了震音的发生模块图，Modulation Wheel和LFO共同控制VCA，这与颤音的模块完全一样，不一样的只是震音的VCA作用在Amplifier（放大器）上，而颤音则是发声源。