合成器的包絡(luò)、門限與觸發(fā)器在其過程中扮演的角色

包絡(luò)不就是 ADSR，對(duì)嗎？起音（Attack）決定音色的打擊感，衰減（Decay）決定音色在最初的起音階段后花多少時(shí)間衰減至延音（Sustain）音量。最后，釋音（Release）用于控制當(dāng)你放開琴鍵時(shí)聲音衰減至零的時(shí)長(zhǎng)。很簡(jiǎn)單，對(duì)嗎？唔，沒錯(cuò)，但這一理解太過表面了。事實(shí)上，除了 ADSR 之外，還有很多不同類型的包絡(luò)存在，有些包絡(luò)比 ADSR 復(fù)雜，但另外一些又比 ADSR 簡(jiǎn)單。另外，許多包絡(luò)本身還會(huì)被量度（Amount）與反轉(zhuǎn)（Invert）等參數(shù)控制。不過這些包絡(luò)的復(fù)雜細(xì)節(jié)我們要留給以后的文章討論，今天讓我們先來了解一下你所使用的合成器中的常見包絡(luò)將會(huì)對(duì)你制作的音色與你的演奏方式產(chǎn)生如何出人意料的影響。

想象一個(gè)常見波形，比如說正弦波或者方波。這些聲波具有簡(jiǎn)單、對(duì)稱的波形，隨著時(shí)間不斷重復(fù)。事實(shí)上，如果這些波形沒有一直重復(fù)，你就沒辦法感知它們的音高，你頂多只能聽到一個(gè)咔嗒聲。常見的鋸齒波和脈沖波（嚴(yán)格來講并非對(duì)稱波形，不過它們也具備某種對(duì)稱性）也以這種方式重復(fù)進(jìn)行。記住常見波形的這一特性，然后請(qǐng)?jiān)儆^察圖 1。圖 1 展示的是一個(gè)既非對(duì)稱也非反復(fù)的簡(jiǎn)單波形。

圖 1: 一個(gè)不規(guī)則、不反復(fù)的波形

記得如果將這一波形施加至合成器的其他組件，比如說壓控放大器上時(shí)會(huì)發(fā)生什么嗎（見圖 2）？

圖 2: 將圖 1 中的波形施加至 VCA 上

如果放大器在任意時(shí)刻的增益值與圖 1 的波形成比例關(guān)系，那么圖 1 將成為描述該音色響度輪廓的曲線。如果將圖 1 的包絡(luò)施加至低通濾波器（VCF）上，那么圖 1 的曲線將成為該音色的亮度曲線。很明顯，圖 1 的曲線可以作為「包絡(luò)發(fā)生器」的輸出。好吧，我已經(jīng)在第三篇文章中介紹過了上述內(nèi)容，不過這一知識(shí)值得再在這里重復(fù)一次。

圖 3: 使用多個(gè) CV 制造復(fù)合 VCA 包絡(luò)

包絡(luò)的一個(gè)很好的釋義是：某一特定參數(shù)隨時(shí)間的變化的圖形展示。但在常見合成器中，你可以在任意時(shí)間使用任意數(shù)量的調(diào)制器對(duì)參數(shù)進(jìn)行改變（見圖 3）。因此，音色實(shí)際的包絡(luò)可能是合成器的多種部件的作用的總和。我們通常說的「包絡(luò)發(fā)生器」很可能只是某一參數(shù)包絡(luò)的多種決定因素的其中之一。

或許正是因?yàn)樵撛?，部分早期的合成?a target="_blank">廠商將我們現(xiàn)在稱為「包絡(luò)發(fā)生器（Envelope Generator）」的裝置叫做「瞬態(tài)發(fā)生器（Transient Generator）」。因?yàn)椤杆矐B(tài)發(fā)生器」相對(duì)更加準(zhǔn)確，后文中我們將使用該術(shù)語(yǔ)。

讓我們回過頭來研究圖 1。其包絡(luò)的第一階段為瞬態(tài)的起音（Attack）階段，第二階段為衰減（Decay）階段。因此，圖一展示的是一個(gè)「AD」瞬態(tài)發(fā)生器的包絡(luò)。盡管 AD 看上去簡(jiǎn)單，請(qǐng)不要低估它們的力量。圖 4 展示的是將兩個(gè)不同的 AD 包絡(luò)同時(shí)施加至 VCA 或 VCF 等裝置上時(shí)得到的效果。可以看到，兩個(gè) AD 包絡(luò)疊加在一起可以得到一個(gè)復(fù)雜的四段包絡(luò)。并且你無法通過常見的 ADSR 四段包絡(luò)得到同樣的結(jié)果。

圖 4: 將兩個(gè)簡(jiǎn)單的 AD 瞬態(tài)施加至同一裝置的結(jié)果

圖 4 展示的是在任意時(shí)間將多個(gè)瞬態(tài)包絡(luò)施加于單一參數(shù)的結(jié)果。但本文要討論的并非僅僅如此，我們還要研究當(dāng)你同時(shí)演奏多個(gè)音符時(shí)將會(huì)發(fā)生什么。

正如我們所知，大多數(shù)模擬單音合成器均由鍵盤控制。但你或許不知道的是，大多數(shù)合成器中，每當(dāng)你按下一個(gè)琴鍵時(shí)，將會(huì)有三個(gè)不同的信號(hào)生成。第一個(gè)信號(hào)是音高 CV，其幫助決定合成器生成的聲音音高。第二個(gè)信號(hào)是觸發(fā)器（Trigger）。觸發(fā)器是一個(gè)短暫的脈沖，在你按下琴鍵的瞬間，觸發(fā)器將會(huì)被生成，觸發(fā)器將會(huì)觸發(fā)合成器的瞬態(tài)發(fā)生器等部件，使其開始工作。第三個(gè)信號(hào)是門限（Gate）。與觸發(fā)器類似，門限將告訴合成器的其他部件你按下了一個(gè)琴鍵。然而與觸發(fā)器不同的是，門限將在你按住琴鍵的整段時(shí)間內(nèi)保持「開放」。這也意味著門限還具備告訴合成器的其他部件你放開琴鍵的時(shí)刻的功能。圖 5 展示的是上述三種信號(hào)。認(rèn)識(shí)門限與觸發(fā)器將延伸我們對(duì)瞬態(tài)的理解。

圖 5: 觸發(fā)器、門限與音高 CV 示例

盡管觸發(fā)器會(huì)發(fā)動(dòng)瞬態(tài)發(fā)生器，但門限具有告訴合成器繼續(xù)展開包絡(luò)輪廓，直至我們松開琴鍵的能力。如果沒有門限，你只能聽到音色開頭的嗶嗶聲，而非整個(gè)音色。

圖 6: 一個(gè)梯形包絡(luò)

圖 6 展示的是一個(gè)三段瞬態(tài)發(fā)生器，它使用門限的時(shí)值信息完成起音，然后在琴鍵按下的時(shí)間段中一直維持最大音量。我們將該裝置稱為梯形瞬態(tài)發(fā)生器。EMS VCS3 是少數(shù)具備梯形瞬態(tài)發(fā)生器的合成器的其中之一。

圖 7: 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 ADSR 瞬態(tài)曲線

比三段瞬態(tài)發(fā)生器稍微復(fù)雜一點(diǎn)的就是眾人皆知的 ADSR 了。ADSR 在 70 年代是大多數(shù)合成器的標(biāo)準(zhǔn)，以至于許多鍵盤手將所有的瞬態(tài)發(fā)生器叫做 ADSR，盡管它們中的一部分并不生成 ADSR 信號(hào)。請(qǐng)?jiān)俅斡^察圖 1、圖 6 與圖 7，它們均假設(shè)每一個(gè)瞬態(tài)均為一個(gè)單獨(dú)的存在，并且每一個(gè)瞬態(tài)在下一個(gè)瞬態(tài)發(fā)動(dòng)之前擁有足夠的時(shí)間運(yùn)行其整個(gè)周期。但即便是對(duì)于單音合成器，大多數(shù)情況也并非如此。

我們將觸發(fā)器與門限的信號(hào)稱為時(shí)值信號(hào)，原因很明顯。每個(gè)合成器都需要時(shí)值信號(hào)，但為什么同時(shí)需要觸發(fā)器和門限兩種信號(hào)？很顯然門限可以起到與觸發(fā)器相同的作用，那么為什么觸發(fā)器有存在的必要呢？這一問題困惑了我很多年，直到我很幸運(yùn)地同時(shí)擁有了一臺(tái) Minimoog 和一臺(tái) ARP Odyssey。我通常使用這兩臺(tái)合成器演奏輪廓明確（起音 = 0）的音色，每個(gè)音符的開始具有打擊感極強(qiáng)的起音與鮮明的亮度。當(dāng)然，這一效果由通過對(duì) VCF 與 VCA 施加包絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

奇怪的是，盡管 Minimoog 擁有飽受贊譽(yù)的包絡(luò)發(fā)生器，我卻總覺得 Odyssey 更適合演奏快速的 Solo 音色，雖然我并不知道為什么。我只知道自己在演奏 Odyssey 時(shí)，聲音更加「有力」，并且我可以以比 Minimoog 更快的速度演奏。這一現(xiàn)象的原因與我的演奏水平無關(guān)（我在兩臺(tái)合成器上彈得同樣地爛），也與兩臺(tái)合成器鍵盤的做工沒有關(guān)系。這一現(xiàn)象的真正原因在于兩臺(tái)合成器的硬件設(shè)計(jì)：Odyssey 使用觸發(fā)器，而 Minimoog 不用。

圖 8: ARP Odyssey 上的重觸發(fā)行為。粗箭頭展示的是每次觸鍵時(shí)的觸發(fā)器信息

請(qǐng)觀察圖 8。該圖展示的是當(dāng)我在 Odyssey 上演奏一條迅速的旋律時(shí)發(fā)生了什么。你可以看到音符彼此重疊，因?yàn)槲以谘葑嘞乱粋€(gè)音符時(shí)來不及將手指從上一個(gè)琴鍵上松開。但同時(shí)可以看到，這一串音符仍然具備各自的動(dòng)態(tài)，每個(gè)音符具有明確的起始階段。這是因?yàn)?Odyssey 會(huì)在我每次按下一個(gè)琴鍵時(shí)對(duì)其瞬態(tài)發(fā)生器進(jìn)行重新觸發(fā)，無論我有沒有松開之前的琴鍵，也不管門限是否處于開放的狀態(tài)。這也就意味著我的音符將具備鮮明的輪廓，盡管我并沒有統(tǒng)一地放開琴鍵。

圖9: 缺乏重觸發(fā)行為的 Minimoog 包絡(luò)

讓我們?cè)賮砜纯?Minimoog。Minimoog 不具備生成觸發(fā)器信號(hào)的能力，它的唯一一種時(shí)值信號(hào)是一個(gè)叫做 S-Trigger 的非常規(guī)信號(hào)，盡管名字中包含「觸發(fā)器」，它實(shí)際上是一種門限信號(hào)。正是因?yàn)槿绱?，同樣的音符?Minimoog 上演奏時(shí)將會(huì)產(chǎn)生圖 9 的濾波與放大器包絡(luò)。可以看到，這一波形遠(yuǎn)沒有 Odyssey 有趣，盡管你可以聽到第二個(gè)以及緊跟其后的音符于延音音量演奏，但音符開頭的沖擊感卻完全消失了。因此，Minimoog 上的快速 Solo 演奏變得遲鈍和無聊。要想在 Minimoog 上實(shí)現(xiàn) Odyssey 的動(dòng)態(tài)和沖擊感，你必須要在按下下一個(gè)琴鍵時(shí)松開上一個(gè)琴鍵，但我在演奏快速 Solo 的時(shí)候并做不到這一點(diǎn)。對(duì)于一般演奏水平的鍵盤手來說，演奏快速的 Solo 旋律時(shí)，與 Minimoog 相比，ARP Odyssey 是一個(gè)更好的選擇（除此之外 Odyssey 的鍵盤是一個(gè)雙復(fù)音鍵盤，這也對(duì)上述演奏有所幫助，不過關(guān)于復(fù)音的話題我們要留給改天來講）。

讀到這里你或許在想，如果 Minimoog 和 Odyssey 使用的是 AD 包絡(luò)或者梯形包絡(luò)，演奏上述的音符將產(chǎn)生什么效果。這一問題的答案或許會(huì)出乎你的意料。如果兩款合成器使用的均為 AD 包絡(luò)，Odyssey 的 Solo 幾乎不會(huì)產(chǎn)生太大的變化，而 Minimoog 的聲音會(huì)在前一兩個(gè)音符之后完全消失（見圖 10、11）。

圖 10: 重觸發(fā)的 AD 瞬態(tài)

圖 11: 不具備觸發(fā)器的 AD 瞬態(tài)

奇怪的是，如果兩款合成器均使用梯形包絡(luò)，那么它們兩個(gè)的聲音幾乎不會(huì)有任何差別，前提是 Odyssey 的包絡(luò)沒有在每個(gè)音符開始時(shí)衰減至零（見圖 12、13）。

圖 12: 重觸發(fā)的梯形包絡(luò)

圖 13: 門限控制的梯形包絡(luò)

等等，衰減至零又是什么意思？請(qǐng)看下面的圖 14，該圖展示的是一系列的「衰減至零」的梯形瞬態(tài)。有些合成器會(huì)以這種方式重置其包絡(luò)發(fā)生器，這一行為可以導(dǎo)致一系列不連貫的聲音。這一現(xiàn)象在合成弦樂音色上尤其明顯，因?yàn)樗鼈兙哂芯徛钠鹨襞c釋音。部分早期的復(fù)音合成器也有這一問題，這一現(xiàn)象聽起來極為糟糕，像是合成器咬到了自己的舌頭。

圖 14: 由「零重置」瞬態(tài)發(fā)生器生成的一系列包絡(luò)

本文探討了關(guān)于包絡(luò)、門限與觸發(fā)器的基礎(chǔ)知識(shí)，但對(duì)于這一話題，今天介紹內(nèi)容僅僅只是冰山一角。對(duì)于瞬態(tài)發(fā)生器與時(shí)值信號(hào)來說，還有許多特性我們沒有講到。畢竟本文我們只介紹到了四段包絡(luò)，但即使對(duì)于簡(jiǎn)單的模擬合成器來說，許多合成器具有五段或更復(fù)雜的包絡(luò)控制，包括保持（Hold）階段以及斷點(diǎn)（Break）等等。另外，一些合成器還允許你使用控制電壓以及合成器的旋鈕和滑桿對(duì)包絡(luò)的每個(gè)階段進(jìn)行調(diào)制（該功能的常見用途之一是使瞬態(tài)在高音區(qū)域時(shí)更迅速，低音區(qū)域時(shí)則較為較慢，就像傳統(tǒng)的鋼琴和吉他包絡(luò)一樣）。并且，包絡(luò)能夠調(diào)制的遠(yuǎn)不只是音量和濾波。比如說，你可以使用包絡(luò)來調(diào)制音色的音高。許多樂器在每個(gè)音符的起音階段時(shí)的音高要稍微高于其延音位置的音高。AD 等簡(jiǎn)單的包絡(luò)可以幫助你實(shí)現(xiàn)這一效果。另一個(gè)實(shí)用的技巧是使用包絡(luò)控制調(diào)制速度。規(guī)律的顫音或震音調(diào)制通常會(huì)聽起來過于生硬。使用包絡(luò)對(duì) LFO 速度與深度進(jìn)行調(diào)制可以讓音色聽起來自然很多（這也是 Yamaha 的 GX1 與 CS80 合成器飽受贊譽(yù)的原因）。況且，就像上文提到的，你還可以向一個(gè) VCO 或 VCF 上施加多個(gè)包絡(luò)，甚至為兩個(gè)包絡(luò)之間添加些許延遲。

因?yàn)槠?，本文無法詳細(xì)討論上述細(xì)節(jié)，但我將在本文結(jié)尾給各位講一個(gè)小故事。當(dāng)我們聽到一個(gè)聲音時(shí)，大腦會(huì)使用最初的僅僅幾毫秒的時(shí)間來判斷這一聲音是由什么樂器產(chǎn)生的。Roland 是最初開始利用這一特性的合成器廠商。Roland 的線形運(yùn)算合成（Linear Arithmetic Synthesis，LA 合成）技術(shù)的原理十分巧妙：在每個(gè)音符開始的時(shí)候，即起音階段，播放一個(gè)短暫的音頻采樣，然后在延音與釋音階段時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)的合成器音色。所以說，如果你想制作一個(gè)笛子的音色，你只需要保證起音階段的采樣是笛子的吹氣聲，后面的延音與釋音不管使用什么聲音（只要不太離譜），整個(gè)音色聽起來還會(huì)像笛子聲。當(dāng)然，你無法向模擬合成器中添加音頻采樣，但如果你能夠用合成器重現(xiàn)笛子起音階段的波形（只需要為一個(gè)經(jīng)過濾波的鋸齒波添加一點(diǎn)噪音），再使用一兩個(gè)包絡(luò)發(fā)生器調(diào)整整個(gè)音色的包絡(luò)，那么你就能制作出一個(gè)十分栩栩如生的笛子音色。

所以，在本文的最后，我想告訴各位為什么許多包絡(luò)發(fā)生器以毫秒為單位，而不是簡(jiǎn)單的從「0」到「10」：

如果你想制作有趣的合成器音色或者使用合成器再現(xiàn)原聲樂器的聲音，那么你至少要具備一些對(duì)于分析與重現(xiàn)音色響度與亮度包絡(luò)的能力。

但就算你已經(jīng)制作了一個(gè)令人信服的笛子音色，你能否在合成器上演奏一段聽起來像是笛子的旋律又是完全不同的問題了。如果你使用的是 Odyssey（上文中聽起來似乎更「高級(jí)」的合成器），這一問題的答案恐怕是「八成不行」。畢竟真正的笛子不會(huì)在演奏每個(gè)音符時(shí)進(jìn)行一次起音，所以 Odyssey 的多重觸發(fā)機(jī)制反而成為了劣勢(shì)。而 Minimoog 允許你觸發(fā)一些音符（當(dāng)你松開之前的琴鍵時(shí)），同時(shí)連奏一些音符（當(dāng)你按住之前的琴鍵時(shí)），就像真正的笛子一樣。正是因?yàn)槿绱?，不同的合成器有不同的長(zhǎng)處與短處，這也就是許多人收藏各種各樣不同合成器的原因。上面的情況下，Minimoog 更適合制作逼真的笛聲獨(dú)奏，但你總能找到一臺(tái)支持在單一及多重觸發(fā)模式中切換的合成器，這樣你就可以同時(shí)制作兩種不同類型的音色。當(dāng)你意識(shí)到這一點(diǎn)時(shí)，就要小心了，或許你已經(jīng)離一個(gè)擺滿合成器的房間以及空蕩蕩的錢包不遠(yuǎn)了。