【doc】音乐合成器的构造和功能（续篇）

【doc】音乐合成器的构造和功能（续篇） 音乐合成器的构造和功能(续篇) l曼地?j音乐合成器的构造和功能(续篇),,…一目,J,口?H丘d口1l1JJ一\;旰 日 五,门电路 门电路是使声源信号或控制信号在其它控 制信号作用下通过或截止的电路.信号通过量 是由电压控制的.所以叫作压控衰减器或压控 放大器,简称为门电路.此外,因为其工 作原理完全与产生震音的谰制器相同.所以电 可以称作振辐谰制器. 如图iJ所示,把门电路接于正弦波信号源 输出端,以来自包络线发生器的控制信号对门 电路进行控制时,在门电路输出端可产生其包 络线对应于包络线发生器输出信号的信号生 成钢琴,拨弦古钢琴等的衰减啬或管乐器的秘 定音肘全都用到这种屯路. 六,包络线发生器 对声音进行分析时,实际所采取的方法是 把声音分解为一些信息,观察信息的时问变 化.台成时则相反,是用这些信息来构成声 '一'….-_…,'……一一,,'?-一 的第一次挑战.它为广播系统实现目动化提供 了很好的机会,更重要的是它为在家的听众提 供了质量高的声音而不用花钱购买高价的数字 录音机. 60 音.以电压的时间变化取代信息的时间变化 时,所给IB的电压曲线就称为包络线(常简称 为包络).在感觉上最易于掌握的包络线是音量 包络线.图12所示为其一例 在图i2中,(a)是观测到的波形,(b)是从 (a)波形提取出来的轮廓线,直观上很容易理 解. 就图i3的波形(a)而吉,因为从发生到消 逝为J音量是不变化I!J{『所以音量包络线为图b 时闻 音量包j矗缱 /,———,..一 目l2音量包络鲠一掰时间 ?——?乙 :卜,蕊—]cc)——J音加培螭]- H闻 时向 所示的方波.但是.如果仔细观察一下波形内 部,可以看出正弦波的振动是随着时间的延续 面变慢的,因而可以把音高包络线现为(c) 所示衰减波形. 包络线发生器可有各种形式.图i4是典型 的包络线发生器特性.图中,控制信号是以键 盘信号为代表的,指定发生时序的电信号. PeterA.andRyu}c?K.RotatinoDi0itaI AudloTape(R-DAT)?AFormatOyaryiewSMPTE Journal0ct.1987PP.943w948 沈罾睾译王文亮张炳胤校 电声技术4/i991 控制信号导道并 I 控制信号关嘲 I 图"典型包络线发生器特性 七,合成器的其它功能 肖源,滤波器,门电路和包络线发生器是 台成器所矸]雌一些泉基本的功能单元,而为了 使音包多样化,还需要采用其它各种附加装 置本节就来看一看其中鞍为重要柏几种附加 装置,并介绍一些为合成器所特有船术话 1.环形调嗣器 环形调制器是对输入给它的两个信号进行 乘法运算的电路(图l5),在其输出端会大量 出现这两个信号所含分音与谐音的差音与和 音可用来合成音程感不明显的铜拔,铜辫与 编钟等声音.举例而言,如设加给环形调制器 的是信号=moo~~OB信号=BcosCOot这 样两个正弦波,mB输出为 信号×B信号=?砌×BcosOO~t AD = Ecos(.)+?Jf+COS(.一?) 亦即会产生.+.与.一.的声音.这意 味着不能保证输出信号是输^信号的整数次谐 日. 这是对高保真放大器来说极为讨厌的交扰 调制,却在乐器中梭积极加利用的一个例子 At??^t t?+?'jI (-^一'jt】 图I5环形调制器 另外,如果输入信号采j{1谐波含量很多的 波形,则在这些凿波之问进行乘法露苒之', 电声技术411991 厂\一: ^小最大 山一, 一', 垃小蛙太 匿I6朋混合对正弦波和璐冲波进行混台 处理的示意图 可在输i{端得到具有无数分音与谐音的波形. 2.混合器(ixer) 混台器是将两个以上信号进行遗当混合的 装置通常用手动控制.不仅对声源来的信号 进行混合,有时也对控制信号进行泥合处理. 这种装置在电子电路上叫加法器,图1e是用混 台器对正弦渡和五{:冲渡进行混台处理的示意 图 踊17册音 控下羹奇弹 精囊 盎llI艚 o00oo0o0t 目l8定序器 3.滑音(Portamento) 滑音是将某一音与其后续音在音程上进行 不是突变的而是连续的连结(图17),长号在孵 奏时给出的就是滑音.恢速滑音可作为自然音 阶的连奏,如果放慢速度.还可得到汽笛那样 的效果.滑音也有标为Slde(滑动)的. 4.调度塞绳装置(Pat~.hingcordsysIe) 对音乐合成器来说,并不一定都为声源jj 控制信号规定右图.在小型机器中,声源 信号固然是按设计者意图依次进行波行加工处 理而输出的,但在大型机器中,从进一步增加 自由度的需要考虑.就设有能使演奏者可 以任意对各功能单元加以组合的装置. 调度塞绳装置就是类似电话交换台的一种 为了适应上述要求而设置的连接装置.基本上 是用塞绳把某一功能单元的输出端接到其它功 能单元的输入端上去. 这种装置虽然能增加自由度.但也加大了 实时演奏中切换音色的困难,因而可以看到有 些中型机是在拔出插头后就成为实际使用频度 较高的接线状态的. 5.定序嚣(segnencer) 定序器是能针对时间的进程自由设定控制 信号的装置.它与自动控制设备中所用的定序 器大体相同,通常产生的是模拟电压信号.例 如.以对应于某一段旋律的电压值依次对定序 器进行设定后.如果把定序器输出接在振荡器 上,就能够以自由的节拍自动产生这段旋律. 如果把节拍加快,则用键盘不能演奏的乐句也 可用一根手指弹奏出来.因为设定电平需要很 多旋钮.所以这种装置只用在大型机上 例如,在图l8所示的定序旋钮设置情况下, 如果用这个电压信号变更旋律音调,就可以自 动得到该图下面那样的音阶.如果使之反复工 作,则没有演奏者操作也可以连续进行演奏. 6.音调弯转嚣(pitchbender) 音调弯转器是在声音上升时变更音调的装 置,用它可以得到口啃声等独特效果(图l9),它 可以看成是一种控制音调用的包络线发生器. 图19音调弯转例 7.触发信号(trigger E 触发脉冲 A所发出的触发冲使B 回瞎开始碛作豌々止动作 图20 ) 触发信号的作用相当于射击时扣极机例 如,当键盘给出触发信号刚.这个触发信号就 构成一个指令,使与之相连接的从属电路开始 工作(或停止工作).其波形为脉冲波.对时问 加以指定.请参照图20. 8.包络跟髓嚣(envelopefoliower) 包络跟随器是用以检出其它乐器的信号波 形包络的装置.可以用这个包络信号去控制音 乐合成器内各功能单元. 9.音调跟随嚣(pitchfollower) 音调跟随器是用以检出其它乐器的信号波 形中音堀信息的装置.象长笛等基波多而稳态 波形又比较固定的声源其音调信息是容易检 m的.但象吉他等声源的音调信息就比较难于 检H5了 作为环形{l捌嚣的调制裢 图2j正弦波可用于各种电路 10.爱率(frequency) 频率用每秒振动波数表示,单位是赫兹 (Hz).在数抬赫兹到数拾千赫兹的频率范围 内.人耳所感到的音程与频率的对数成正比 人耳听不到的2oHz以下的波形,也可以作为 控胡信号应用在诸如颤音和震音—等方面(图 2i). 注:即使是数赫兹的信号,如果所含的谐 波是在可听频带范围内,则这科?波形用扬声器 变成声音时人耳可以听到. 11.微调(finetuning) 合成器所用振荡器的频带一般都报宽.因 电声技术4,le9l 而在和其它乐器"对音"或与内部其它振荡器 进行频率调准"时.只用一个旋钮是很难细 致地调准音调的.所以要用到可变范围窄而可 以进行微调的另一个旋钮 12.低频(1owfrequency) 低频是指不作为声源本身而是作为颇音, 震音等的控制信号使用的0.1,2OHz左右振荡 频率.有时也与高频相对.指几拾到几百赫兹 嚣盖 3e o I2 日 !龟.: 彝一m 2 一 鳢盥楚!!竺嚣嚣 II :矗a『矗艘 哆 . .地吕船?一@日I3 BI" 矗一mI需雾2Ll^s …… . 1一调谐2一滑移3一调制度最大振荡器一35一噪声6一振薪器7一振荡器调制度 8一范围口一振荡器一1心一波形儿一振荡器一212一振荡器控制一313一振荡器一3 14一振荡器组合15一音量16一外输入音量l7一过载【8一噪音音量l9--白噪声2O一粉 红噪声2l一混颠器22一t4键23一矗羞虑器调制2'一键盘控制25一截止颠率26一滤波 器加重27一等高线量28一上升时间29一延迟时间3O一维持时间3卜一响度等高线32一 上升耐闻33一延迟时间34一维持耐闻35_修正器36--音量37一主输出38一A=440 39一音量40--耳机4l一譬出42一电源 图22MiniMoog的面板 的声源频率. 13.?盘(Keyboard) 音乐合成器通常采用和普通电子琴一样的 键盘.由于它是单音乐器,所以有时也采用更 为小型的键盘.键盘很适于演奏今天大部分音 乐所要求的l2平均率音阶,但从声合成器的角 度来看音乐合成器时.键盘在本质上具有与其 它控制钮,旋钮完全相同的意义,只不过是一 种用来选择音阶的装置而已.实际是即存在着 不用键盘的合成器,也存在着以滑动钮来取代 键盘的合成器. 不过,合成器之所以能象今天这样为一般 人所接受,恐怕和它采用了键盘这一点是分不 开的.摆在电子音乐录音间的那种只有控制钮 与指示灯的音乐合成器,终不免给人以"其供 少数作曲家专用"的印象. 八,合成器面板标志 与其内部电路的对应 合成器为了增大产生音色的自由度,面板 多直接标以硬件术语.但除此之外也有几乎不 电声技术4/1帕1 采用特殊电气术语的机种,象Pro—Sololst, SateIllte,Mini—Co|league等小型合成器就 是如此.使用这类机器时没有必要在逻辑上一 一 根据其内部电路来合成声音.今以颤音为 例,它是一种频率调制,为得到这种效果.奉 需使?.2振荡器为正弦波,再使它以7Hz左右 的频率对?,l振荡器凋频.而在使用上述小型 机时.这些操作都可以省去,只要操作颤音控 制部分就行了. 大型机具有以通常所用音乐术语不能表达 的功能,所以在面板上标出的是与内部电路对 应的电气术语,演奏时是根据演奏者的意图对 这些功能单元来进行连接的.因此如以正弦波 振荡器为例,频率取得低时成为震音,颤音用 振荡器,频率取得高时又可成为给出圆润长笛 声的声镉【振荡器或者是用以给出环形调制器要 用的调制波等,可有多种使用方法.因此,大 型机在面板上对此只标以"正弦波振荡器,其 用法则由演奏者自行决定.在图22(图23,24 略)给出了面板标志的三个具体实例.聊供参 考. 丸,将合成器组成系统 除内部设有扬声器的合成器外,一般都需 要对合成器接以放大器和扬声器.最好是接以 特性与高保真音响组合中的立体声放大器,扬 声器系统相近的,可以取得良好效果.与吉他 放大器相接也不是不可以,但要注意该吉他放 大器的高频特性.最好不使用声音具有某种倾 向性的吉他放大器,否则它即使作为吉他放大 器能给出好结果,却不适于合成器之用. 单音乐器的音色不会由于放大器的互调失 真而显着恶化,因此与可给出和弦的电子琴相 比,当使用相同功率的放大器对可以把音量开 得更大一些.不过,要想给出低音时,还是有必 要接以大功率的放太器和相应的扬声器系统. 把合成器放在电子琴上使用时,可把合成 器输出接在感情踏板(expressionpeda1) 电路的前面,这时合成器的音量受电子琴音量 钮控衬,可以给出表情丰富的演奏.不过,如 果把电子琴的表现踏板解释成包络控制则可 以认为合成器的音色业已经过了包络控制而没 有必要再由踏板来控制了,于是也可以把合成 器输出接在踏板电路的后面,使合成器的音量 由它本身的音量钮控制.这样做在演奏上也自 有其有趣之处. 十,关于音色自由 度与操作方便性 除某些特殊场合外,管弦乐队所用的一般 乐器也好,电子琴也好.都是主要用于实时演 奏的.音乐合成器就不同了,它多作为以磁带 录音机进行多路录音时纳一个手段.理由之一 是一种单音乐器j理由之二是要想用合成器创 一 般造出一种以后可用单指切换的中意的音色 时,往往需要花上几分钟有时甚至是一整天的 时间. 越是增大音色合成的自由度,就越是需要 增加控制钮的数目.操作当然就会与控制钮数 的几次方成正比地变得更为复杂如果在演奏 之前己设定好一种音色.演奏时又是用这一种 音色贯彻到底的话,那是可的,但要想在演 奏中对音色进行多方改变就困难了.勉强用于 实时演奏就会造成大型合成器给出的音色变 化不如小型合成器多这种奇怪的结果.这正 是对自由度进行了适度降低的小型合成器之所 可以存在的理由.当然,大型合成器用拥有 小型合成器所不能比拟的刨造各种音色的可能 性的,所以还是要根据具体情况来决定应该使 用哪一种合成器 十一,电子琴与音乐合成器 一 般家庭用的电子琴,以预先设定的音色 通过各种音色的切换与组合来合成声音这一点 来讲,可以说也是一种不折不扣的合成器.只 是由于它在创造音色方面的自由度小,给不出 所谓的合成器式声音,所以通常才不列人 合成器范畴之内而已. 目前已经有少数电子琴装上了单音乐器的 合成器这些机种集两者之优点于一身,既可以 给出和弦(电子琴),又可以给出轮廓鲜明的单 音(合成器),预计今后会普及到一般家庭中去 十二,几点补充 1.音调的稳定性 合成器是用一个振荡器来应付很宽的颏 带,调谐困难,而且可以看到有些合成器一旦 设定好了之后,过些时候就走调了.这张走调 程度即使在只用合成器时不引人注意,但在与 电子琴等合奏时,却往拄被听出来.走调的表 现可大致舟为两种:一种是调节音调钮后,就 可以准确地找回来;另一种是以键盘上的某个 音键对好了音调后,按其它音键时就走调了. 购置前.必须对此加班确认此外,音调偏移的 原因可以说几乎都是温漂造成的.' 2,音色的存储 在合成器上一旦得出了中意?音色时,钉 必要把这时所用各控制钮的设定(下转53页) 电声技术4/1的l ]N.YioIetteandD.white,.Ele— ctromagneti(2CompatibilityHa- ndbook(VanNo~trandRei日hold. NewYork,1997),过是一本有价值而 全面的参考书, [3]D.Westo11,.ElectromaglleticCo- mpatibilitya11dEleetremaglletic Interferbnce.CotlrseNotes.Onta— tioCentreforMicroelectronlea, Ottawa,Ont. (1988). [4]w.o.He11ryNoiseReductjo11 Tech?iquesi11E!ectfozljcSyste— ms(Wi1ey,NewYork,1976).这 是一本很好的参考书. Is]IEEEStd.518—1982,Guidefor theInstallationofE1ectrical EquipreenttoMinlmizeE:lectri— ca1NoisIaoutstoContr01le一 fsfdomExterilalSoufces.Inst. OfE1ectriCa.1andElectrenics Engineers,NeYo"rk(I98z).不论. 对子设轱人员过基安装人员都是1.籍授 ,l好的全酉性参考盘馘. tBf-矗udHa11dbook,NationalSe- onductof'wp.,SantaClara, _亡A,l977... [7]F.W.Grover,.I11daetaqceCalcu— latlolls(VanNostrand.NewYo— rk,4). [8]H.P.Westmat1,Ed.,Refere11ce D3tafofR&dioEngineers,6t1】 ed.:(Howard.W.Sgms,rddialla一 一n,,……一…,………,…,,… (上接64负) 情况记住否则,由于控制钮的组合数十分庞 丈下欢就有可能合成不出来那个音了目前 几乎所有的合成器在合成一个新音时都需要 把原来好鑫易得出的设定状态打乱重米. 因此,l如果能够按一下按钮就把设定的控 制镪刻度值存储下来,以供再设定时提取,会方 便得多.对此可使用计算机所用数字存储器, 几个比特(二进制位)即可表示出一个控制钮的 位置,对/J型台成器来说,只要有几百比特的存 储容易就够了这对于最近的集成存储器来说 是不成问题的.实际已经有了一部分用有数字 存储元件的机种.当不要求很快的存取速度时, 为了加大存储容量,也可以采用磁带或磁鼓. 3_音色的衰达 电声技术l991 polis,IN,lO68). B.Keiser,PrinciPa1SOfE1e. ct.romagneticCompatibility,3rd ed.(/CrtecHouse,Dedham,MA. 1987).是一本关于EMI的好参考书. E.R.Free/n&11?ndM.Sachs. ElectromaglleticCompatibility DesignGuideforAvienicsand RelatcdgroandSupportEqui- Pment.(ArtecHouseJDedham, MA,1b92).是一本全面而实用曲好参 考书,书中缋出了许多指导性意见. A.H.Burdick,AC1earlAudio InstallatjonGuide",Berichmark MediaSystems,NorthSyracuse. NY.O990). R.C.CowdeI1,NewDialenslons inShie1ding,IEEETrans.Ele— ctromagn.Compat.,vo1.EMC— l0(19=69M8f.). C.DavisandD.Davis,Groundi- nga11dShieldillgWorkshop.Te— o.Topis,Yo1.'12,uo.10,Syn AndCeft,SanJttanCaPistrattle, cA(1095). P.Giddirigs:An[ntrodnctiOrLtnElectro— i:11~gneticCompatibtljty(EMC)andE1ectro— maeneticInterference(EMI)forujo'System Designers? '.Audien9:Soc..Vo1.3T?7,8!9 PP.57584. 邬囊林王珂珂译,囊幡棒檀 ,一……一…,, 即使用合成器己经得出了一种新的声音, 但要想用语言把这个声音告诉给别^,却是很 困难的.当声源标有小提琴,汽笛,风等字样 时我们尚司大致讲它是音色圆润的小提琴 声,l颦袭警报.的汽笛声,风速为60m的台风声 等等,但对于那些和自然界中存在的任何声响 都不相同蜉声音,就不易表达了 对此,可以采取直接描述其物理特性的方 法(如上升时间1.0ms,持续时间10s,衰变 时间10ms,f一440Hz的正弦波,声压缓 80dB等),起名方法,图示法等,但不容易把脊 色明确地表达出来不过,目前市售的台成器 部分是给振荡器接以滤波器的,而人的发声器 官在物理上基本上与之等效,所以在,定程度 上片j人声米加以模拟也不失为一种表达方法