在声音合成中有哪些基本波形？

y179028109

) s# x: g  {( j8 j) r' V) i( v4 l相信同学们在初学电子音乐的音色制作的时候，都会接触到构成声音的几种基本波形，诸如正弦波、锯齿波和方波等等。
# S8 Q; k) ^2 s9 J& i  b

* [1 W: X; x0 z9 }  ^9 Q9 [( V5 d! D
事实上，这些基本波形是目前我们已知的所有声音的基础。熟练地运用好这些基本波形，我们几乎可以制作出这世界上所有的音色。


1
- g3 \( O3 [4 l: L$ z
+ B3 D! Q* s5 T/ p; J; a, j0 k( O声音基本波形的相关属性

. A4 |/ l8 l1 j# h  Q" p
1 T* M+ H8 Q. |) U6 ?- y8 o3 e' P对于声音的基本波形如正弦波来说，其属性存在着振幅、波长、频率、周期、相位等一些指标。

+ l, [0 e4 [  G* D" B- L9 G! R( U9 R

# a; m7 q" h7 z振幅(amplitude)表示的是声音在介质中传播时介质压力改变的量。在坐标系中，这个量可以视为纵轴上的最大垂直距离，即水平轴和波形峰值顶部或波形波谷底部之间的距离。
/ z- @& Q# f- G0 D! z7 c
0 }, B" V+ b6 E  o/ `
5 Z* e# Z) w9 m. i9 s




$ q2 t+ e6 M$ ^7 Y  m) u# I# l波长(wavelength)是一定频率的波形的重复循环间的距离。频率越高，波长越短。
$ ^% a1 Z0 I/ X4 F
, x+ N  Z$ ]& I5 Z9 K: `

# N& |; O  `- ?7 g周期(period)是完成一次整个波形循环所花费的时间。频率越高越快，波的周期就越短。

相位(phase)表示的是一个波在特定的时刻在其循环中的位置，即其是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度。相位描述信号波形变化的度量，通常以度（角度）作为单位，也称作相角。
  o0 K' K' M* l" H5 {5 Q9 {
, U: o8 _, q* e! x4 x+ [


7 e' g2 a0 |1 V2

声音合成的基本波形
% t! w5 ]2 C* U; ?/ ^




, g$ q4 M( j, ]* ]  o正弦波(Sine Wave)是频率成分最单一的一种波形。这种波形是数学上的正弦曲线，满足y=sin(x)的公式，因而被称为正弦波。
7 ], U/ H* S( N9 ~7 P! G
- F. g+ ^. o/ |8 L9 F

正弦波的声音是最纯的音响，其只有一个基频，而没有其他泛音。事实上，几乎所有的声音波形都可以看作是由许多频率不同、大小不等的正弦波复合而成的。


, o: D* ?$ e( d4 e" R9 a& J
" ~! A. g* i* m" M2 M2 m# L8 H
. D, w6 Z* ^7 D$ F7 D' l三角波(Triangular Wave)的形状和横轴一起构成了两个三角形。三角波的听感与正弦波的听感比较类似，其第一泛音在声音中较为明显，但其他泛音的能量则较弱，比较难分辨出来。所以，三角波常常被误辨为正弦波。
* k6 f2 c, W, t# m+ f

! i) g0 `( b! M" }! |% K1 v


锯齿波的波形形状与三角波较为相似，但是锯齿波的波形中存在着突变的点。相较三角波来说，锯齿波的声音显得更加明亮，其泛音比三角波更明显。
. o, Q- Y  R, R# y: j


: _$ @6 R# f; {* Q0 b+ n# t2 _

方波是一种非正弦曲线的波形，理想情况下的方波只有“高”和“低”两个值。波形为矩形的信号为矩形波信号，而高电平在一个波形周期内占有的时间比值为百分之五十的矩形波被称为方波。

4 K- K7 q" w2 w8 C7 _
% |7 B0 j/ _5 j+ R
方波的泛音内容较为丰富，其声音效果与正弦波之间可以形成明显的对比。
$ N  \8 m" t! g

) F% m+ o4 j' Y& o3 v
4 A& h6 @' \! d5 c2 Y( o. _0 |
4 P, J! U1 F7 g) a+ l: o" R
$ f  G. T+ Q) c& p) [: y
! z* ]$ L" u* ?8 _: {脉冲波是指一种间断的持续时间极短的突然发生的声音信号。除了正弦波和由一些正弦分量合成的连续波以外的波形都可以被称为脉冲波。

6 Q& a7 W& Z9 y. A$ ^/ S0 y, V) `2 k

常见的脉冲波有矩形波，锯齿波，三角波，尖峰波，阶梯波。其中，矩形波形制的脉冲波与方波较为相似。
& j( E2 D5 G7 i. e; S/ e
1 m; U' N' X/ }/ ]# m0 I

  L& K3 J, X! _7 [$ B0 ~$ ~; ^

一般来说，声音波形的曲线越尖锐，其泛音的内容就越丰富。

0 |6 S0 m4 J- Q



8 o, F6 y+ v  H/ V4 O. F' e  N3

频谱
! ]  F2 ^' A7 J4 G8 k. r% D

7 I. ]4 K+ U& B! @' K! E- P

" Y3 t# |! h) Y* N' j6 A
波形图将声音的振幅进行了图像化，而想要对声音的频率分布情况进行观察，便少不了频谱的参与。在这里，我们可以看一下在合成器上发出同一个音，各种不同波形的频谱。

4 d1 l  _* W( m3 u/ ~$ X% K

# ?# H3 B( N  J以下是正弦波的频谱：
4 S, T4 P8 I1 N- d# ]
# m8 j- d' [  _9 a) @

' |5 M$ o! z7 h) F& G. L8 N
5 r" ]" c) w5 o; z以下是三角波的频谱：
4 n4 n0 X' W8 n




以下是锯齿波的频谱：
5 ^; F4 o+ u, c- S5 Z1 q


9 r" J! g/ d0 b

& x0 D4 Z% V) ~+ U以下是方波的频谱：
# i' Q6 f8 R5 s/ B3 n9 E$ K: u
1 ^7 z/ ^' }: D7 }" V9 H+ n6 @



9 i% j) z5 `+ }; u通过以上图例，我们可以看出，正弦波只有一个波峰，即原始基频，而其它的波则都有数个波峰。这些除了基频之外的波峰就是泛音，而这些泛音也是决定其声音音色的关键所在。

1 a9 S8 v( m: Q2 [7 N: z