音频应用   音频插件联盟,正版插件,欢迎大家选择!

 找回密码
 快速注册

QQ登录

只需一步,快速开始

阅读: 14298|回复: 0

[合成器] 揭秘合成器:频率响应与共振

[复制链接]

198

积分

2

听众

90

音贝

音频应用

Rank: 1

积分
198
发表于 2020-7-27 | |阅读模式
音频应用公众号资讯免费发布推广
揭秘合成器:频率响应与共振
2640_1557661818_thumb.jpg
如果你有阅读本系列的前两篇文章(点击这里查看《揭秘合成器(4):滤波器与相位》和《揭秘合成器(5):深入滤波器》),你应该会了解如何(至少在理论上)制造一个 24dB/oct 滤波器以及如何定义其截止频率。你还应该了解该滤波器将会对通过的信号的相位及谐波成分造成怎样的影响。所以现在我们要开始讨论如何把共振调到 11 点位置,给输入信号添加失真,实现经典的模拟滤波器刺耳的扫频效果了吗?
并不是。直到现在,我们讨论的还仅仅只是静态滤波,就像音响的音色控制一样。无论你如何使用静态滤波器,得到的也只能是死气沉沉的音色。本文我们将介绍几种可以给滤波器增添生机的技巧。

1) 截止频率的变换
一如既往,我们将从简单的 6dB/octave 低通 RC 滤波器开始讲起(图 1)。
9863_1595740072_thumb.png
图 1: 被动式 6dB/octave 低通 RC 滤波器
想想看如果我们将图中上方的定格电阻器变换成可变式电阻(又称分压器或电位器)的话将会发生什么。经过上述改变,我们会得到图 2 中的电路。
1523_1595740083_thumb.png
图 2: 具有可变截止频率的 RC 低通滤波器
我将尽量不在本文中引入太多的数学运算,但关于这一滤波器,你需要知道它的一个极其重要的特性:其截止频率与电阻器和电容器的数值直接相关。它们之间具有一个十分简单的关系,可以用下方的算式概括:

2007_1595740099_thumb.png

换句话说,如果你增加电阻器的数值,截止频率将随之降低。相反地,如果电阻降低,截止频率将随之升高。模拟合成器允许你通过旋钮或者滑杆来控制滤波器的电阻值,从而控制其截止频率。当然,我们这里介绍的是被动滤波器,几乎所有模拟合成器使用的都是主动滤波器(也就是说它们的电路中包含某种形式的信号放大器)。但不管主动被动,其背后的原理是一致的:通过对特定滤波器电路中的一个或多个元件的属性进行调整,从而实现对截止频率的变更。
高通滤波器的原理也与此相同。高通滤波器削弱的不是高频谐波,而是低频谐波。图 3 与图 4 展示的是低通与高通滤波器的不同的频率响应。
1286_1595740113_thumb.png
图 3: 6dB/octave 低通滤波器的增益响应
3995_1595740120_thumb.png
图 4: 6dB/octave 高通滤波器的增益响应
如图 5 所示,高频滤波器使用的两个电子元件与可变式低通滤波器完全相同,只不过电路中的电容和电阻调换了位置。同样的,截止频率与 1/R 成比例关系。
3197_1595740134_thumb.png
图 5: 一个简单的 RC 高通滤波器

2) 更多滤波器类型
现在请各位发动想象力。如果我们将低通滤波器与高通滤波器组合起来,应该不难得到另一种许多合成器上常用的滤波器:带通滤波器。带通滤波器并不只是将频谱任意一端的频率进行削减,它同时削减两端的谐波,只允许频谱中的一带频率(相对来说)不受削减地自由通过。带通滤波器在概念上十分简单:只需将低通与高通滤波器串联组合即可。经过这一处理我们可以得到图 6 中的电路,其频率响应如图 7 所示。
3449_1595740180_thumb.png
图 6: 理想情况下的 RC 带通滤波器
7419_1595740187_thumb.png
图 7: 低通与高通滤波器串联得到的带通滤波器的频率响应

当然,现实情况远远不止这么简单。这样做得到的带通滤波器存在两个问题:第一,正如我们在上一篇文章中讨论过,简单将两个 RC 滤波器进行叠加往往并不能得到理想的效果。第二,如果高通与低通滤波器截止频率相同,信号的整个频谱将会受到衰减,即使在信号最高的位置也会有 6dB 的衰减,其他位置将会衰减更多。这将使信号音量过低,难以进行其他处理。
幸运的是,电路设计师可以很简单地克服上述问题。第一种解决方案需要将输入与输出阻抗设计成分割彼此重叠阶段的样式。第二种方案是将两个滤波器的截止频率分离,然后通过将两个滤波器的响应数值提高至 12dB/oct 甚至 24dB/oct 以增添其斜度。经过这样处理的滤波器将会得到与图 8 类似的响应曲线。
7471_1595740207_thumb.png
图 8:理想情况下的带通滤波器响应

将上述原理进一步延伸,我们可以使用类似的手法创造一个「带阻」滤波器。让我们先拿一个截止频率 1kHz 的低通滤波器,向其输入一个信号。然后将同样的信号输入至平行电路中的 5kHz 的高通滤波器。接着将两条经过处理的信号叠加起来,得到的结果是原始信号的 1kHz 与 5kHz 将几乎原封不动,但 1kHz 与 5kHz 中间的频率将会被削减。听上去没问题,对吧?唔,其实并不是。实际情况下两个单独的滤波器将会为两条信号引入不同的相位偏移,在将两条信号混合的时候,这样的相位偏移将会造成各种音频副作用。不过我们今天暂时不考虑这些问题,理想情况下带阻滤波器及其响应如图 9 与 图 10 所示。
8411_1595740223_thumb.png
图 9:理想状态下的带阻滤波器电路
2732_1595740230_thumb.png
图10:理想状态下的带阻滤波器频率响应
欢迎厂家入驻,推文!免费!微信:yinpinyingyong
您需要登录后才可以回帖 登录 | 快速注册

本版积分规则

音频应用搜索

小黑屋|手机版|音频应用官网微博|音频招标|音频应用 (鄂ICP备16002437号)

Powered by Audio app

快速回复 返回顶部 返回列表