合成器基础之音色制作方法

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合成器基础之音色制作方法
一、认识声音
“悦耳”的声音一般都由呈整数次倍数关系的频率组成。而倍数的比值越奇怪，我们听到的声音也越奇怪。（可以自己做一个实验，拿两个相同频率的波形，然后慢慢调整它们的频率的差值，听听会出现什么效果）

大部分乐器的声音都由基频和它的一系列整数次谐波组成。不同乐器之间，不同的地方是各个分量之间的比例，以及乐器附带的一些噪声、乐器的音量包络曲线和一些“失谐”。[1]

那我们要怎么样去认识身边的各种存在的或者不存在的声音呢？

我们就要练习对声音进行分析的本事。

二、分析声音
要制作音色，我们要先了解声音，知道自己想得到的声音由什么样的频谱构成，它的ADSR曲线大概会是什么样子。这样子我们才能利用合成器，产生类似的频谱，去接近脑海里的声音。



怎么样去训练分析声音的能力？

1、借助频谱图，多看看各种声音的频谱长什么样子。

大多数音频软件都会带有可以进行傅里叶分析的工具。找一些感兴趣的声音，丢进去，看看它的频谱图长什么样。慢慢地，就会形成自己对声音的一种认知，听到一个声音就知道它大概含有什么样的频率成分，或者它可以由什么样的基础波形经过处理之后得到。

举个例子：


这是一个大提琴的音色，我们可以看到它的谐波分布是按照整次倍分布的（基频150多，二次谐波300多，三次谐波接近500……）并且每个谐波之间，不是完全黑暗的，表明存在一定的噪声。

2、在了解了声音的频率特性，脑子里大概有个概念之后，生活里多听，多思考。

一个声音的音头大概是什么样的频段？在音头里，音高有发生什么样的变化吗？声音音头是长还是短？在音头过后的持续阶段又有什么变化？一个声音的单纯与复杂，来源于什么？

3、从数学物理的角度去思考。

比如一个拨弦乐器，拨弦的那一瞬间，可以看作一个冲激函数。而冲激函数代表的则是含有丰富的谐波分量的频谱。而在拨弦那一瞬间之后，冲激函数激发了琴弦的振动，于是高频分量很快消失，取而代之的是琴弦被激发后发出的声音。

三、五种基本波形
各种合成器中都会提供几种最基本的波形，它们分别是：正弦波、锯齿波、方波、三角波和噪声。


正弦波(sine wave)是频率最单一的波形，在减法合成器中不会用到（毕竟已经没东西可以减掉了），而却广泛运用于FM合成器（因为FM很简单就能产生很丰富的频谱）。加法合成的原理就是将多个产生正弦波的振荡器产生的波形叠加，从而得到需要的声音。

单纯的正弦波一般会用于：制作Sub Bass的音色（使用两三个低次的正弦波叠加，作为贝斯的铺底）、一些频率快速变化的音色（比如科幻片中激光的声音），还有讲骚话时的哔声（频率在1k左右）。


锯齿波(sawtooth wave)是减法合成里面用得最多的波形。它由所有振幅按反比例函数下降的整数次谐波构成。

也就是说，比如基频是100Hz，基频振幅是1，那么它含有振幅是0.5的二次谐波，振幅是0.33的三次谐波，振幅是0.25的四次谐波……

由于锯齿波含有所有整数次倍数的频率，因此许多乐器的声音都可以通过对锯齿波做减法来得到。



方波(square wave)，由于数字设备中的逻辑信号只有0和1两种状态，因此在数字电路里面，方波是很常见的波形。早期的游戏机里也经常出现使用方波合成的声音来制作音乐。

方波的频谱比起锯齿波比较没那么丰富，听觉上也比较干净。它仅由奇数次的谐波组成：

假设基频是100Hz，振幅是1，那么含有振幅是0.33的三次谐波，振幅是0.2的五次谐波，振幅是0.14的七次谐波……

而方波还有多一个概念：占空比(duty ratio)[2]

指的是：一个脉冲周期里面，高电平部分占据整个周期的百分比。

比如下图分别是，占空比为50%，25%，15%的波形。而它们的频谱必然也存在一些差异


这些不同占空比的方波在老游戏里经常会出现。而在现代，方波则多被用于电子乐中。



三角波(triangle wave)的频谱结构和方波类似，但是它的衰减规律是以平方反比衰减。因此，三角波听觉上又要比方波更纯净。主要应用也是在FM合成里。



噪声(noise)其实不算是一种波形，因为它是随机的。许多声音里都有噪声成分的存在：

比如军鼓、弦乐器的弓拉动的声音、人声的呼吸声、管乐器的吹气声等。因此，利用好噪声，可以增加音色的真实性，或者让音色更加动听。


因为声音的频谱和光的光谱类似，我们把各种不同的噪声用不同的颜色来描述。

最常见的就是白色噪声(white noise)[3]了，它含有所有的频率成分，而且每个频率的功率都相等。老式的电视机、收音机收不到节目时发出的声音就接近于白色噪声。

但是通常我们不会用到含有所有频率的白噪。将白色噪声进行低通滤波，我们就得到了红色噪声(red noise, or Browian noise)[4]。红色噪声也叫布朗噪声，严格上来说，它指的是由于布朗运动引起的噪声。有时候由于错误的翻译流传了下来形成了习惯，也叫它褐噪。

还有一个粉红噪声(pink noise)[5]，接近于自然界中下雨、瀑布的声音。

通常，我们将白色噪声配合滤波器，就能得到各种其他类型的噪声。

比如结合一个截止频率随时间由高到低的低通滤波，模拟弓弦乐器的音头（开始瞬间因为静摩擦等，产生的噪声较大而且频率较高，然后随着静摩擦变成滑动摩擦，噪声稳定在某一个频率范围）

比如结合一个高通滤波器产生Hi Hat的声音。



知道五种基础的波形的听感是什么样子的，以及由这些波形经过滤波、调制、或者某些效果器（如Unison，Phaser等）又会产生什么样的效果。并且经过大量的练习之后，我们就慢慢可以制作出能听的声音了！

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四、合成器的特性
不同的合成器可能还会有不同的特性。比如Sytrus中的锯齿波就是原汁原味的锯齿波，而FM8里面提供的锯齿波，也许是为了做FM合成的时候不要太过刺耳，则略去了部分高次谐波。

了解一个合成器最好的方法就是去看它的用户手册（虽然可能跟砖头一样厚），但是想想把它的一个一个功能啃下来之后，制作音色得心应手/呲牙，就有动力了！



五、敢于尝试
不要想着一步到位。制作一个音色，是需要反反复复去调整各种旋钮和参数，反反复复听和比较的。

在脑子里面形成一个思路之后，就按着思路去走，一边走一边微调。如果发现差得太远了，那就思考是什么地方出错了，然后推倒重来。