類比合成器詳解

現今仿類比合成器的 Softwar Synth很多.界面雖然長得不一樣、但是其必有的原件
與原理都是相通的、只要理解主要原件所負責的作用與流程、無論使用哪一台
類比合成器都能夠輕鬆上手
音量、音高、頻率 為影響聲音色的主要因素、而合成器上的主要元件、不外乎
就是為了控制這些因素

認識類比合成器主要元件
● Oscillator
● Filter
● Envelope. A.D.S.R
● LFO

(1)Oscillato
譯名振盪器、常簡寫為OSC 為負責發出原始波形與音高的元件.可視為所有類
比合成器發聲的源頭.若無OSC產生震蕩以發出原始音高.那麼其他元件也沒有存
在的意義了.音高的形成取決於聲波每秒所振盪的次數.次數越高則音高越高.反
之亦然(例如中央A 為每秒440次振蕩)Oscillator振盪次數由Voltage Controlled電壓
所控制、一般稱之為VCO.

一般典型的類比合成器都至少由二至三組OSC所疊合而成一個音色
當然如果非類比合成器也可不借由OSC所發聲.例如具有Wavetable或Waveshape來
源的PCM合成Modeling合成等等…

以下為 OSC內所常見的控制旋鈕控制其音高
● Octive/8 度音控制(12半音)
● Semi /半音控制
● Cent/微音(少於一個半音)

當我們用OSC決定其原始【音高】後、接著便在於決定其【音色】了
我們可以使用PW調整原始波形的週期寬度、成為一個特定的Waveform形態.
Waveform可視為波形產生時的實體形狀.通常會有Sine. Square. Pulse. Triangle.
Sawtooth. Noise等等

一般典型的類比合成器都至少有二至三組OSC.將其以不同音高或Waveform
而疊合而成一個音色.而其中一組OSC的Waveform多為固定式的Noise隨機噪訊 .這
是因為在音色當中適時加入些許的Noise噪訊.有助於增加其音色飽和度與色彩.
當然也有以Noise waveform為主軸的特殊音色.例如類似狂風吹襲.空氣.呼吸.刺耳
的Hard Pad等等
既然一個音色由多組OSC所疊合而成.那麼合成器內部當然必須具有調整各組OSC
音量的Mixer了.讓使用者於Mixer上調整各組OSC的balance.做音色的疊合變化

(2) Filter
聲音朔形的第二個關鍵.就是其頻率所分布的範圍. Filter若照字面翻譯當然就是過
濾. Filter的工作就是一種限制其頻率範圍的工具.所以一般俗稱其為濾波器.
說穿了. 其實他就是所謂的EQ.只是他動作比一般EQ更為極端簡易.只為單純消除
某特定頻段.
Filter形態可分為
● Low Pass Filter. 低通濾波 .濾除低頻段以外的頻率
● High Pass Filter. 高通濾波.濾除高頻以外的頻率
● Band Pass Filter. 帶通濾波.濾除使定頻段以外的頻率
● Band Reject.帶拒濾波. 濾除指定的頻濾.保留其他頻段
合成器上多以簡寫標示為.LP.HP.BP.BR.
頻率的濾除衰減 都應有其簡易的db數可調整.一般會有12db與24db可供選擇

Filter的主要參數
● Cutoff freq3
● Resonance(Reso)

在決定好Filter形態後.接著最重要的就是指定Filter所放至的截頻點.
我們知道頻率單位為hz. 1000hz=1khz
由Cutoff決定截頻點為多少hz. 假設我們將Filter形態指定為LP. 再將Cutoff freq指定為
800hz. 那麼當高於800hz以上的頻率將會被Filter所濾除.只保留800hz以下的頻率
這樣我們可以簡單的借由Cutoff落點來調整音色的亮度了
Resonance波峰.一般簡寫為Reso.他在Filter上的功用.主要是為了凸顯Cutoff所在的頻
率位置.調整Reso值可在截頻點Cutoff上做db放大(圖)

Filter通常為一連串的控制參數. 以不同的Cutoff落點改變音色亮度與峰值
最簡單而傳統的做法是以Midi Control CC data加以控制.控制Filter的CC參數.在現今
絕大多數的合成器上都是通用的.CC-74主控Cutoff. CC-71主控Reso. 也常使用LFO.Step
Seq等元件來驅動Filter參數
Filter是乍看之下原理簡單.但玩法卻最五花八門的一項了.關於Filter深入使用方式
我們將另獨立一章做講解 (Filter深入解說)->>

(3) Envelope A.D.S.R
Envelope為音色變化的週期時間.【開始->結束】
音色從開始發聲至結束必定有其週期 .將一週期分為主要的四段時期來看.每個
時期的時間都非常的短.單位以毫秒計 (ms) 【註:1 秒鐘=1000毫秒】

音色的四段時期:A.D.S.R
● Attack.數值從無至其最大值的時間.
● Decay.最大值至開始衰減的時間.
● Sustain.衰減後延續的時間
● Release.持續衰減至數值歸零的時間

這四段時期代表的音色變化不外乎是. 1音量 2頻率 3音高
因此Envelope在合成器上產生了三種形態.
● Amp Envelope 控制音量的週期
● Filter Envelope 控制頻濾的週期
● Mod Envelope 控制音高的週期

每種形態都有其獨立的A.D.S.R加以控制.若以Amp Envelope為例
Attack即可調整音色開始至最大音量的時間.Release可調整其尾音延續的時間

一般合成器可利用MIDI Control CC.73.72控制Attack與Sustain
但仍有許多廠牌未統一

在音色上所造成的差異我們可以這樣想像
Fast Attack + Fast Release =吉他Pick.木琴. 木魚.
Fast Attack + Slow Release = 鋼琴. 揚琴.豎琴
Slow Attack + Slow Release = 提琴.胡琴.Pad Synth.

Amp Envelop為必備形態.但卻不是每台合成器都建有完整的Mod Envelope.而A.D.S.R
的推桿也有可能被簡化成只有A與D.須注意合成器支援的狀況使用
通常會有一控制A.D.S.R.整體強度的旋鈕.但一直沒有統一的名詞.大多是以Evenlope
Amt來代表

在Filter Envelope與Mod Envelope的使用上. 主要還是要配合遷就Amp Envelope的時間.
若將Filter Envelope 的Attack拉長.Sustain. Release拉短. 我們可以製作出音色由暗至逐
漸明亮的音色.
但若此時Amp Evenlope的Sustain與Release若是太短. 是聽不見後段反應的.因為音色
在進入明亮期之前就已經先沒有音量而結束了

(4) LFO
低頻振盪器.全名Low Frequency Oscillator. 是以OSC發出低於20 hz以下的極低頻訊號.
以其訊號正弦波驅動其他元件參數.這使許多人對於LFO有不少誤解.
請注意:【LFO並不是一個為了發聲而存在的裝置】.他所發出的低頻訊號也跟我
們的合成無關

LFO存在與使用的目的是在於驅動指定的裝置動作.使其裝置形成一道有規律且週
期性的擺動。事實上.近幾年較新式的合成器.LFO裝置已可以驅動任何可見參數.
如Virus TI. Clavia G2.Reason 4 Thor等等…但一般常見的用法主要還是在於驅動OSC與
Filter Cutoff上
除了指定好LFO指定帶動的參數外 我們需調整LFO擺動速度.強度.曲線 .

LFO主要參數有:
● Rate 控制擺動時間的快慢.
● Depth控制擺動的強度(或以Amount表示)

擺動時的曲線有多種選擇.Sine. Square. Pulse. Triangle. Sawtooth或更多…
其中Rate 可以切換為sync同步模式.將Rate速度成為預設BPM的8分音16分音
曾經提過Cutoff經常是一個連續參數.若我們現在需要讓Cutoff做一高一低的上下擺
動.且是規律性的.這時使用LFO來驅動Cutoff就變得非常方便了

舉例來說:若我們就將LFO指定到Filter Cutoff的旋鈕上.以LFO Depth決定擺動深度.以
Midi 【1~128】的刻度來計算.將Cutoff刻度居中【64】
LFO Depth設為最大值時.那麼Cutoff便會以1 > 128 > 1 > 128- > 1 > 128做規律性的活
動了. 若Depth值關小.參數就會是 54 > 74 > 54 > 74的數值活動
LFO的運用範圍相當廣泛.製造音高一高一低的vibrato. 相位一左一右的AutoPan.音
量一強一弱的tremolo等等.都可以利用 LFO來達成
一部強大的合成器上.方便與多功的LFO裝置.是不可或缺的
(以LFO 驅動Filter於Pad音色)

(5)其他輔助元件Portamento Time
在MIDI Note輸入後、音源即應決定其為Monophony(單發生數)或Polyphony(複發生數)
模式、若欲觸發Portamento 需將發聲數限制在Monophony模式才能方便作用、
Portamento也稱為Glide、Portamento 的目的是為控制音與音之間的滑音速度 、若開
啓Portamento模式時、兩者相連的Note、前者音高將會漸進式往下一Note音高移動、
而非直接進入下一音高.產生如吉他滑音的效果。
所以當同時發聲數過多時、Portamento很難判定其滑音時間、所以若無特定需要
Portamento多以單發聲數模式來使用

滑音效果雖然可用Pitch Band也可以達成、 但Pitch Band預設為上下兩個半音的幅
度、是無法應付更大的滑音範圍、即使加大Pitch Band範圍、使用時的機動性與
連續性也不若Portamento來的方便
可以使用CC.05 號控制碼調整Portamento Time
Soft Lead、Bass、等音色都應善用Portamento功能、圓滑度絕對可有大幅度的改變。

(6)合成線路法則
最後要補充的是合成器的內部連結過程、事實上這點在過去並不是太多人想去
理解的東西、因為這點比較像合成器製造者的事情、只有較瘋狂的玩家會注意
直至這幾年.模組合化成器的出現後.開始有了合成器內部線路的新玩法.才漸漸
的引起了大家對合成器線路的規劃探討
現普遍具有的模組合成器架構的有NI REKTOR、Reason 4 Thor、Clavia G2等等
模組合成器除了G2是硬體之外、其他皆皆已是軟體合成器的天下了
但其中以Clavia G2最為完整. 可以完全從他虛擬化的模組上做最好的練習

可以從Clavis網站下載G2免費的Demo版、無須硬體但發聲數有限制
http://www.nordkeyboards.com/main.asp?tm=Products=Nord_Modular_G2&clnmm=Information

控制路線
理解合成器組件的用途後.若還能掌握線路進行的過程、那麼一道完整的音色 從
無到有需要添加多少組件.是可以由自己決定的
以下是最典型的串接事件 .對絕大多數的合成器都通用
參照下圖(實線為音訊訊號、虛線為控制訊號)

事件經由MIDI Input訊號進入合成器後開始.首先Keyboard會以Detune判定所在音域
範圍.第一道關卡當然就是負責發聲的OSC 了

1.由三組0SC裝置共同發聲、其中一組可以是Noise訊號
2.進入OSC的混音器、調整各組OSC Level
3.接著進入第一道Filter裝置.以Cutoff與Filter Envelope將頻率朔形
4.進入Amp Envelope控制音色起始與延音的長短.
5.LFO1用以驅動任一OSC. LFO2驅動Filter1 Cutoff. 這部份並不是必要過程、LFO可以不進行任何動作
6.送入內部其他的效果器處理.如EQ. Reverb. Delay 等(這部份已不屬於合成範圍了).
7.最後進入統一的Amp音量控制器
8.由Output輸出結束

在這過程當中、可以有很多地方是可以自由排列或對換的、這也是模組合成器
使用的目的、我們可以新增更多的OSC以不同的Waveform疊合.也可以讓各組OSC
送入不同的Filter或LFO、不須要的可以越過、需要的隨時增設、配合ㄧ些Step seq
我們可以跳脫既定格式、產生更多花俏新玩法
、只要掌握Audio&Contral訊號來源與輸出的過程、想自己拼湊出心目中理想合成
器形態、並不是太困難的

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作者:KB-Frontnet 鍵盤前線 編輯群
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