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其他合成方法

基于取样的合成

调频( frequency modulation ,  FM )合成

组件建模合成(component modeling synthesis)

波表合成、线性算术合成与向量合成

加法合成(additive synthesis )

再合成(resynthesis)

相位失真合成(phase distortion synthesis )

颗粒合成(granular synthesis )


其他合成方法

使用不同的合成技术和方法,可以用多种方式来制作声音。本部分介绍了主要的几种方法。 许多列出的方法都至少融入了之前介绍的减法合成方法的某些元素。最常见的现代方法基于真实乐器和声音的取样( samples ),一种现有声音的数字录音。

基于取样的合成

基于取样的合成(有时也称为脉冲编码调制( pulse-code modulation, PCM )或取样与合成( sampling and synthesis, S&S ) ),与主要透过使用取样代替振荡器波形的减法合成不同。取样在键盘上进行对应。通常,每个取样与键盘范围中央的一个音符对应,键盘范围跨越约5个音符。范围跨越约5个音符的原因是:如果弹奏的几个音符高于或低于原始音高,取样听起来就不像源声音(由于取样的音高和回放速度之间的关系)。与非基于取样的合成器的振荡器波形不同,使用频率控制不会改变每个取样的音高。相反地,改变其音高的方式是以更快或更慢的速度来回放取样,以产生相应的影响。例如,以两倍速度回放取样只需要一半的时间就可以播放完成。使用此合成方法的常见乐器包括Korg M1、O1/W和Triton、Roland JV/XP乐器、Yamaha Motif系列等等。

调频( frequency modulation ,  FM )合成

简单来说,FM合成要用到调制振荡器( modulation oscillator )和正弦波载波振荡器( sine wave carrier oscillator )。调制振荡器在音频范围内调制载波振荡器的频率,从而产生新的泛音。这些泛音称为侧波段( sidebands )。

通常,FM合成器不包含滤波器。可以使用FM合成生成一些带减法合成器风格的声音,但是要使用此方法重新 制作 共振减法合成器滤波器的声音就比较困难。但是,在 制作 使用减法合成器难以实现的声音(例如响铃音色、金属音调和电钢琴等声音)时,FM合成器表现非常优秀。FM合成的其他优点有强劲的低音和合成铜管乐器声音。

组件建模合成(component modeling synthesis)

也称为物理建模合成( physical modelling synthesis ),这种合成方法使用数学模型来模仿乐器。使用参数来描述乐器的物理牲,例如 制作 乐器的材料、乐器的尺寸以及演奏环境(水下、空中)。描述演奏者如何与乐器互动同样重要,例如通过拨弦、拉弦或弹奏,用鼓棒敲击,将手指放在音孔上等方式来演奏。

要模拟鼓声,需要考虑以下几方面。最重要的是真正的鼓棒,它有多坚硬,是使用木鼓棒、木槌、还是鼓槌等敲击鼓膜。鼓膜(皮鞋或薄膜)的属性包括材料类型、劲度、密度、直径以及与鼓的外壳连接的方式。鼓筒自身的体积、材料以及以上所有属性的 共振 特征需要以数学方式来描述。 要模拟小提琴,需要考虑琴弓和琴弦,弓的宽度和材料、弓张力、弦材料、弦密度、弦张力、弦的共振和阻尼性质、通过琴马(材料,大小和琴马形状)时转移的琴弦振动,以及小提琴琴身的材料、大小和共振特征。需要进一步考虑模拟的小提琴音的演奏环境以及演奏风格(使用琴弓“敲击”或轻敲,而不是在琴弦上拉琴弓)。

波表合成、线性算术合成与向量合成

波表合成( wavetable synthesis )  使用多种不同的单循环波形,这些波形以波表( wavetable )的形式显示。

在键盘上弹奏音符会触发已设定好排序的波形。其过程并非各波形间的直接转换,而是从一种波形平稳地混合到另一种波形,从而形成不断变化的新波形。同时使用多个波表(逐个演奏或混合在一起),可产生更加和谐复杂的波形。 单个波表可以用一连串嘹亮、不那么嘹亮然后低沉的声音(排序中演奏的声音波形)来模拟滤波器截止( cutoff ),这与减法合成器中的滤波器截频率的衰减相似。波表合成对模拟原声乐器的表现不是很好。但是,它非常适合于制作不断变化的声音、刺耳且具有金属感或类似响铃的声音、强劲的低音以及其他数字音调。Roland LA(linear arithmetic ,线性算术)合成器(如D-50)以类似的原理合成。不过在这些合成器中,复杂的取样起音( attack )阶段是结合了简单的延音( sustain )和衰减( decay )状态来创造声音的。本质上,这种简单的波表由两个取样组成。LA合成器和波表合成器的不同之处在于,后者专门用于创造新的、原始的数字声音。相反,LA合成器的设计者想要使用最小的内存来模拟真实的乐器声音。为了做到这一点,他们将起音阶段(声音最重要的部分)的取样与相应的衰减和延音阶段的取样相结合。

用于Sequential Circuits Prophet和Korg Wavestation的向量合成( vector synthesis )允许使用者在排列于二维网格( 2-D grid )上(两个不同的向量,X轴和Y轴上)的波表和排序中移动。

此方法的主要优点在于可以通过移动操纵杆( joystick )实现 取样 和波之间的即时平衡。

加法合成(additive synthesis )

加法合成可视为与减法合成( subtractive synthesis )相反的方法。有关深入了解加法合成的背景信息,请参阅本系列的第一篇声音基础知识的部分。 本质上,在一无所有的情况下通过合并不同电平和频率的多个正弦波来创造声音。随着合并的正弦波越来越多,它们就开始生成附加的泛音。在大多数加法合成器中,将每一组正弦波视为振荡器来使用。

根据不同加法合成器的复杂度,每个正弦波可能都拥有单独的包络( envelope )控制,或者也可能被限制为对正弦波组拥有包络控制,即一个包络控制一个声音及其泛音,或所有的奇数( odd )泛音或所有的偶数( even )泛音。

再合成(resynthesis)

经分析已录 制 声音的频率,然后使用加法技术再合成(再构成, reconstruct)声音。透过计算声音的整体频谱中每个泛音的频率和振幅,加法再合成系统可以为每个泛音生成一连串正弦波(随时间变化相应的电平)。 使用此方式再合成声音后,可以调整任何泛音的频率和振幅。例如,理论上来说,可以把一个和谐的声音,再构成不和谐的声音。

相位失真合成(phase distortion synthesis )

相位失真合成透过修改正弦波的相位角度来形成不同的波形。

本质上,正弦波可以被弯曲,直到它变成锯齿波、三角波、方波等。通常,除生成波形的合成器引擎外,其他合成器部分皆遵循减法合成方法。

1984 年的Casio CZ 系列合成器是第一个在市场上推出的相位失真合成器。

颗粒合成(granular synthesis )

颗粒合成的基本前提是可以将声音分成细小的颗粒。然后可以识别这些取样的颗粒(通常不超过10 到50 ms),或可将这些颗粒与其他声音中的颗粒合并,来创造新的音色。

在许多方面,这与波表合成非常相似,但精细度更高。此方法非常适用于创造不断变化的声音和真正独一无二的音调。 缺点在于,颗粒合成非常占用处理器资源,近年来的技术才足以支持即时运算( real-time )合成。由于此原因,只有少数学术机构才使用这种方法。但是,如今的电脑具备充足的处理能力,使这种方法能够实际应用,在市面上购得其产品。

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