你应该了解的粒子合成基础

wuyan · 发表于 2019-3-13

粒子合成的最大特点是可以使用任何一个声音去创建另一个全新的声音，但它相对于减法、FM调制等合成器技术并没有得到应有的重视，因此该项技术是值得任何一名声音设计师去研究的。除了像IRIS2这样的粒子合成器外，你可能还会在一些DAW中找到粒子合成功能，本文将介绍到底什么是粒子合成以及相关的基础知识。

什么是粒子合成？

粒子合成一词其实是一个笼统的术语表达。简单地说，把一个音频样本分解成多个微小片段的过程被称之为“造粒”，而其中的每个微小片段就被称为 "粒子"。你可能在不同的文章中看到不同的解释和数值，但一个粒子的长度通常为1-100 毫秒。

下图就显示了一个原始音频样本被拆分成一串较小的样本。这个被拆分的序列按时间顺序排列，就被称为粒子序列。从理论上讲，如果以原始样本的速度按顺序播放这些粒子，其实就等于回放一遍样本而没有任何特别之处。

你可以把这一过程想象成胶片电影放映机播放电影的过程。胶片上的每一帧以适当的速度按顺序播放以后就再现了摄影机镜头所拍摄的内容，而音频采样中的粒子就类似这些帧。
作为声音设计师，你可以对音频粒子有很强的控制力。因为我们既可以操纵每个单独的粒子，让他们循环、分层、删除或跳过，也可以在回放过程中对粒子的排列顺序进行更改，因此我们也就可以说粒子合成同样拥有无穷无尽的可能性。

在创建了一个新的粒子序列后，对样本音量实施交叉淡入、淡出的过程被称之为“平滑”，而它的形状和长度在确定生成的声音音调方面具有重要作用。然而，这样抽象地理解粒子合成可能会让人有些摸不着头脑，让我们更进一步说明。

你已经在使用“造粒”了!

你是否曾经在不调整音频样本速度的情况下去改变它的音高？在从前的模拟时代这是不可能的，如磁带机或唱机等设备。因为那时以不同的音高播放音频样本肯定需要改变播放速度。进一步讲，假设我想把一个声音样本升调，这意味着需要每秒产生更多的频率周期。我们可以通过将音频回放时间缩短来增加频率周期，这实际上等同于提高播放速度。不过“造粒”过程使这一操作成为可能。

缩短拉伸时间

在相同的时间内循环更多遍

降调和降低播放速度之间的关联与升调和提高播放速度同理。

延长拉伸时间

在相同的时间内减少循环

正如你所看到的，回放速度和音高是相关联的。然而，许多 DAW 和一些音调调整软件可以允许在不影响对方的情况下各自调整 (分别称为时间拉伸和移调)。如Ableton live 的Audio Warping（音频扭曲）功能、 Melodyne的音高校正和Amazing SlowDowner。他们到底是怎么做到的呢......？
没错，就是通过“造粒”！接下来我们将探讨在Ableton 中使用造粒来改变音高和速度，因为Ableton中的音频扭曲功能就是依靠造粒来实现的。

wuyan · 发表于 2019-3-13

时间拉伸和移调中的造粒

让我们从时间拉伸开始，在不改变音高的情况下调整播放速度，也就是说你需要调整音频样本的长度。
我在这里使用的Ableton 的Texture 扭曲模式。

相同的间距，1/2 速度

我们一开始并不知道Ableton是怎样做到的，它只需通过简单操作就能在保持音高不变的同时延长音符的持续时间。然而，我们有时会听到其中伴随着一种“口吃”的声音。也许这个线索可以告诉我们Ableton为何能做到。

其实许多声音虽然在听起来可能很复杂，但那不过是一系列持续的波形。请查看我们正在使用这个样本中 "fire" 这个词的各个发音部分:

第一个发音， "f"，或多或少被算作一个随机噪音，因为许多辅音的声音都是这样的。然而，请注意其他三个发音 ("a"、 "i" 、" r ")，它们中哪一个更为柔和且属于元音发音？从本质上说，这类似于一个基于振荡器调制所发出的正弦波。

那我们应该怎样使正弦波持续更长时间呢？没错！只需继续重复此波形就好。因此，任何类似这样的人声都可以通过简单地重复来维持。这就像歌手在唱到某个需要保持一定时长的音时所表现的那样。因此，想要在保持音高的情况下让音符维持更长的时间就需要使用“循环持续波形”这一概念。

Ableton 实际上已经对声音样本进行了“造粒”，它偷偷地制作了循环粒子，然后用“倒带”算法识别重复的波形（通常是在最靠近网格中播放的粒子)，并对它们进行循环以延长音符的持续时间。这种扭曲模式带有较为明显地能够识别出的音量交叉淡入淡出，因此会存在“口吃”状况，其得到的结果就是音符只是声音拉长，每个粒子都保持在同一个音高，但声音样本似乎持续的时间是原来的两倍。如果我们要改变的是鼓groove的音调，其口吃的情况会更明显，这也就证明了Ableton的造粒过程。

时间拉伸的另一端操作就是将速度增加一倍 (或称作缩短声音样本)，而无需更改间距:

相同的间距下速度增加一倍

没错，在缩短声音样本的同时还能保留音高同样是可行的，但我们又听到了奇怪的“口吃”。这是什么情况？其实这没什么奇怪，因为这又是造粒过程在起作用。这回为了更快地播放粒子序列，造粒过程将取出一些粒子，然后将剩下的粒子与交叉淡入淡出组合在一起操作执行，从而实现了可以在不改变音高的情况下有效地提高播放速度。

wuyan · 发表于 2019-3-13

随着造粒技术的不断进步，越来越先进的扭曲算法被设计得更平滑。Ableton “Complex Pro”的 warping（扭曲）模式虽然会占用更多CUP资源，但它确实能做到这一点。

为了证明这一点，让我们把 "fair" 这个词切割成一堆小音频片段，也就是我们所说的 "粒子"。

假设我们要提高这个音频样本的音高而不影响人声演唱的时长。现在粒子已经锁定到位，每个粒子将单独调整，这与时间无关，让我们把所有这些粒子都提升一个八度。

让我们来看下（上图）中的粒子是如何缩短的，现在它们之间的间隙是可闻的。但整个人声发音的持续时间不变。与以往一样，粒子合成可以通过重复播放波形上的循环粒子来消除这些间隙。然后再使用交叉淡入淡出来平滑粒子之间的过渡。这样音高就在保持原始样本的速度、长度和时间的前提下被提升了，这种效率其实非常惊人，因为如果你用手动去操作的话会花费大量时间...

以下是在 Ableton "Complex Pro" 模式下执行的操作，在这个音频剪辑中，切碎的粒子现在被降低了一个八度。

手动执行操作是非常耗时的，因此“造粒”能为我们提供便利，不过需要注意的是，有些软件并不是依赖于粒子合成技术的，例如 RX 7 的可变时间和可变间距功能。

粒子合成在声音设计中的应用

现在我们已经能够清楚地认识到造粒过程到底是怎样了吧？一个音频样本被打散成一串粒子，然后你可以使用任何方法去处理、拉伸和排列，这一过程可以变化无穷。因此我们其实很难说怎样使用粒子合成才最正确，而每款粒子合成器又都有自己的参数设置与合成方法，这反过来又决定了你应该如何去使用它。由于其兼收并蓄的性质，粒子合成最好用作一种纹理技术，通常用于散拍、底层铺垫和有趣的噪声层。

下面列出了一些使用粒子合成技术的软件合成器：

Granulator II for Ableton、Granulizer for FL Studio、Malstrom for Reason、Absynth by Native Instruments

这些合成器大多数都类似于采样器，使用音频样本作为原始输入。许多合成器都有默认的采样库，不过你也能导入自己的采样库。

通常，合成过程将从音频样本的视窗开始，从这里自定义音频样本中的 "粒子"，然后窗口中被分割的粒子将有效地作用于波形，然后通过循环这个波形去创造一个持续音。一般的粒子合成器都有以下这几个常见的参数来调整和播放:

Length（长度）:以毫秒或 Hz 为单位的粒子长度
Position（位置）:原始音频样本中的粒子起点
Smoothing（平滑）:调整粒子之间的交叉淡入淡出
Distance（距离）:增加或减少粒子之间的时间间隔
其中许多参数可以随机调整，使用LFO（低频振荡器）或通过自动化进行调制。在播放过程中，某些合成器可以使用 " Spray"等参数或通过随机长度和位置将样本中其他位置的粒子进行有机混合。

结语

通过以上讲述，你应该已经对粒子合成有所了解。它在声音设计上极具潜力，是任何制作人或声音设计师都应该掌握的。你还可以尝试将粒子合成器上的参数映射到MIDI控制器上的旋钮，然后去创建任何你之前从未听到过的声音。

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