• 作者:Gordon Reid

  • 编译:Rejor(@Evilsine)

  • 出处:Sound On Sound

你按下合成器上的一个琴键,合成器发出一个声音。听上去很简单,对吗?其实并非如此。本文我们将讨论合成器的包络、门限与触发器在上述看似简单的过程中扮演的角色。

切入正文之前让我们先回顾一下目前为止我们讨论过的内容。本系列的第一与第二篇文章中,我们介绍了震荡的本质与声音的波形。第三篇文章中探讨了信号、调制器与控制器的关系,熟悉了包络发生器的概念。接着的三篇文章中,我们研究了滤波器的各种属性。你或许在想,了解了这么多合成器的电子知识,现在终于轮到介绍合成器的声音设计方法了吧?

不幸的是,即使是对于最简单的单音模拟合成器来说,我们仍然还有许多基础知识没有介绍。比如说(键盘的做工与手感暂且不谈)为什么许多不同的合成器除了音色的区别之外,演奏时的感觉也会有明显的差异。所以本文我们将详细研究门限与触发器。与此同时,我们还将探讨 70 年代早期两个最经典的单音合成器——Minimoog 与 ARP Odyssey,为什么演奏它们时的响应会如此不同。但先让我们回顾本系列的第三篇文章,复习一下合成器的包络。

如果你有阅读本系列的前几篇文章,你或许现在认为自己已经对模拟包络发生器理解颇深。包络不就是 ADSR,对吗?起音(Attack)决定音色的打击感,衰减(Decay)决定音色在最初的起音阶段后花多少时间衰减至延音(Sustain)音量。最后,释音(Release)用于控制当你放开琴键时声音衰减至零的时长。很简单,对吗?唔,没错,但这一理解太过表面了。事实上,除了 ADSR 之外,还有很多不同类型的包络存在,有些包络比 ADSR 复杂,但另外一些又比 ADSR 简单。另外,许多包络本身还会被量度(Amount)与反转(Invert)等参数控制。不过这些包络的复杂细节我们要留给以后的文章讨论,今天让我们先来了解一下你所使用的合成器中的常见包络将会对你制作的音色与你的演奏方式产生如何出人意料的影响。

想象一个常见波形,比如说正弦波或者方波。这些声波具有简单、对称的波形,随着时间不断重复。事实上,如果这些波形没有一直重复,你就没办法感知它们的音高,你顶多只能听到一个咔嗒声。常见的锯齿波和脉冲波(严格来讲并非对称波形,不过它们也具备某种对称性)也以这种方式重复进行。记住常见波形的这一特性,然后请再观察图 1。图 1 展示的是一个既非对称也非反复的简单波形。

揭秘合成器(7):包络、门限与触发器(1)
图 1: 一个不规则、不反复的波形

记得如果将这一波形施加至合成器的其他组件,比如说压控放大器上时会发生什么吗(见图 2)?

揭秘合成器(7):包络、门限与触发器(1)
图 2: 将图 1 中的波形施加至 VCA 上

如果放大器在任意时刻的增益值与图 1 的波形成比例关系,那么图 1 将成为描述该音色响度轮廓的曲线。如果将图 1 的包络施加至低通滤波器(VCF)上,那么图 1 的曲线将成为该音色的亮度曲线。很明显,图 1 的曲线可以作为「包络发生器」的输出。好吧,我已经在第三篇文章中介绍过了上述内容,不过这一知识值得再在这里重复一次。

揭秘合成器(7):包络、门限与触发器(1)
图 3: 使用多个 CV 制造复合 VCA 包络

包络的一个很好的释义是:某一特定参数随时间的变化的图形展示。但在常见合成器中,你可以在任意时间使用任意数量的调制器对参数进行改变(见图 3)。因此,音色实际的包络可能是合成器的多种部件的作用的总和。我们通常说的「包络发生器」很可能只是某一参数包络的多种决定因素的其中之一。

或许正是因为该原因,部分早期的合成器厂商将我们现在称为「包络发生器(Envelope Generator)」的装置叫做「瞬态发生器(Transient Generator)」。因为「瞬态发生器」相对更加准确,后文中我们将使用该术语。

让我们回过头来研究图 1。其包络的第一阶段为瞬态的起音(Attack)阶段,第二阶段为衰减(Decay)阶段。因此,图一展示的是一个「AD」瞬态发生器的包络。尽管 AD 看上去简单,请不要低估它们的力量。图 4 展示的是将两个不同的 AD 包络同时施加至 VCA 或 VCF 等装置上时得到的效果。可以看到,两个 AD 包络叠加在一起可以得到一个复杂的四段包络。并且你无法通过常见的 ADSR 四段包络得到同样的结果。

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图 4: 将两个简单的 AD 瞬态施加至同一装置的结果

图 4 展示的是在任意时间将多个瞬态包络施加于单一参数的结果。但本文要讨论的并非仅仅如此,我们还要研究当你同时演奏多个音符时将会发生什么。

正如我们所知,大多数模拟单音合成器均由键盘控制。但你或许不知道的是,大多数合成器中,每当你按下一个琴键时,将会有三个不同的信号生成。第一个信号是音高 CV,其帮助决定合成器生成的声音音高。第二个信号是触发器(Trigger)。触发器是一个短暂的脉冲,在你按下琴键的瞬间,触发器将会被生成,触发器将会触发合成器的瞬态发生器等部件,使其开始工作。第三个信号是门限(Gate)。与触发器类似,门限将告诉合成器的其他部件你按下了一个琴键。然而与触发器不同的是,门限将在你按住琴键的整段时间内保持「开放」。这也意味着门限还具备告诉合成器的其他部件你放开琴键的时刻的功能。图 5 展示的是上述三种信号。认识门限与触发器将延伸我们对瞬态的理解。

揭秘合成器(7):包络、门限与触发器(1)
图 5: 触发器、门限与音高 CV 示例

尽管触发器会发动瞬态发生器,但门限具有告诉合成器继续展开包络轮廓,直至我们松开琴键的能力。如果没有门限,你只能听到音色开头的哔哔声,而非整个音色。

揭秘合成器(7):包络、门限与触发器(1)
图 6: 一个梯形包络

图 6 展示的是一个三段瞬态发生器,它使用门限的时值信息完成起音,然后在琴键按下的时间段中一直维持最大音量。我们将该装置称为梯形瞬态发生器。EMS VCS3 是少数具备梯形瞬态发生器的合成器的其中之一。

揭秘合成器(7):包络、门限与触发器(1)
图 7: 一个标准的 ADSR 瞬态曲线

比三段瞬态发生器稍微复杂一点的就是众人皆知的 ADSR 了。ADSR 在 70 年代是大多数合成器的标准,以至于许多键盘手将所有的瞬态发生器叫做 ADSR,尽管它们中的一部分并不生成 ADSR 信号。请再次观察图 1、图 6 与图 7,它们均假设每一个瞬态均为一个单独的存在,并且每一个瞬态在下一个瞬态发动之前拥有足够的时间运行其整个周期。但即便是对于单音合成器,大多数情况也并非如此。

我们将触发器与门限的信号称为时值信号,原因很明显。每个合成器都需要时值信号,但为什么同时需要触发器和门限两种信号?很显然门限可以起到与触发器相同的作用,那么为什么触发器有存在的必要呢?这一问题困惑了我很多年,直到我很幸运地同时拥有了一台 Minimoog 和一台 ARP Odyssey。我通常使用这两台合成器演奏轮廓明确(起音 = 0)的音色,每个音符的开始具有打击感极强的起音与鲜明的亮度。当然,这一效果由通过对 VCF 与 VCA 施加包络实现。

奇怪的是,尽管 Minimoog 拥有饱受赞誉的包络发生器,我却总觉得 Odyssey 更适合演奏快速的 Solo 音色,虽然我并不知道为什么。我只知道自己在演奏 Odyssey 时,声音更加「有力」,并且我可以以比 Minimoog 更快的速度演奏。这一现象的原因与我的演奏水平无关(我在两台合成器上弹得同样地烂),也与两台合成器键盘的做工没有关系。这一现象的真正原因在于两台合成器的硬件设计:Odyssey 使用触发器,而 Minimoog 不用。