揭秘合成器：深入包絡(luò)

隨著你對(duì)合成器的理解不斷深入，你收藏的合成器數(shù)量很可能也會(huì)隨之增長。假設(shè)讓你現(xiàn)在購買一些經(jīng)典的模擬合成器，你會(huì)選購什么呢？

毋庸置疑，Sequential 的設(shè)備會(huì)是不錯(cuò)的選擇。一臺(tái) Prophet 5，兩三臺(tái) Prophet 10 系列，一臺(tái) Prophet 600，再來一臺(tái) Prophet T8。當(dāng)然，Roland 的合成器也不錯(cuò)，Jupiter 8、Jupiter 6 還有 JX。別忘了 Oberheim 全盛期的產(chǎn)品，比如說 OB8?；蛟S再來一臺(tái) Memorymoog，紀(jì)念羅伯特博士這一合成器先驅(qū)。沒準(zhǔn)再買幾臺(tái)稀奇貨，比如說罕見的模擬 Kawai 合成器和 Crumar Spirit。當(dāng)然，能燒錢的不光僅僅是鍵盤，你得再買幾臺(tái) Roland 的 MKS 系列機(jī)架合成器，比如說 MKS30、-70、還有 -80，沒準(zhǔn)再加上幾臺(tái)Crumar Bit 和 Cheetah MS6。

哇，有了這么多合成器，這世界上一定沒有你制作不出來的音色了吧？唔，殘忍的真相是，即便你已經(jīng)擁有了上述所有合成器，你還是會(huì)有許多常見的音色無法合成。這一問題的一大原因在于這些合成器的包絡(luò)生成器（或者你也可以叫它們瞬態(tài)生成器）。上面列舉的所有合成器（以及大多數(shù)相同等級(jí)的其他合成器）使用的均為我們?cè)诒鞠盗械牡?3 與第 7 篇文章中討論的 ADSR 包絡(luò)。盡管 ADSR 用途十分廣泛，但仍有許多音色無法使用簡(jiǎn)單的四段包絡(luò)模擬。

想象你要制作一個(gè)真實(shí)的銅管音色。音色的開頭會(huì)有一個(gè)「滋」的吹氣聲，然后銅管的聲音漸漸由低沉向洪亮的狀態(tài)進(jìn)行。很顯然，銅管的聲音由無聲開始，然后發(fā)出一個(gè)明顯的「滋」聲，然后音色突然變得顯著地低沉、模糊，接著逐漸演變成洪亮、高昂的聲音。最后，當(dāng)演奏者停止吹奏時(shí)，音色迅速衰減至無聲。因此，銅管音色的音量與亮度包絡(luò)將會(huì)與圖 1 中的曲線類似。

圖 1: 銅管的亮度與響度包絡(luò)

接下來讓我們回過頭看看上述「經(jīng)典」合成器中的 4 段 ADSR 包絡(luò)（圖 2），然后想想看，為什么這些包絡(luò)無法重現(xiàn)我們心目中的銅管音色。問題不僅僅在于 ADSR 包絡(luò)生成器提供的包絡(luò)階段數(shù)量，還在于它的許多其他包絡(luò)限制。

圖 2: 標(biāo)準(zhǔn)的 ADSR 輪廓或包絡(luò)

首先，ADSR 的起始電壓只能為 0。用來合成銅管音色這一限制并不是問題，但對(duì)于部分其他音色來說這一限制可能會(huì)為你造成障礙。第二，ADSR 包絡(luò)的起音階段只能向正方向移動(dòng)。第三，ADSR 總是在起音階段的末尾達(dá)到音量的最高值。第四，衰減階段必須以與起音階段相反的方向移動(dòng)。第五，延音階段總是會(huì)在衰減階段完成后開始。第六，延音階段只能保持一個(gè)定量的電壓。第七，釋音階段的起始電壓總是與延音階段的電壓相等。第八，釋音階段的電壓總是向負(fù)反方向移動(dòng)。最后，釋音總是將電壓返回至零。

當(dāng)然，對(duì)于圖 1 所示的銅管音色來說，最致命的問題在于上述的第三與第五條限制。銅管音色起音階段末尾的音量并非整個(gè)音色的最大音量，并且延音音量與衰減階段結(jié)尾處的音量并不相等。所以呢，如果你的合成器使用的是 ADSR 包絡(luò)，那么你就與合成器銅管音色無緣了嗎？

當(dāng)然不是，如果你有閱讀本系列的前一篇文章，或許你已經(jīng)知道了繞過這一限制的方法。比如說，使用模塊化合成器的控制電壓混合器，你可以將幾種簡(jiǎn)單的包絡(luò)生成器結(jié)合起來，從而創(chuàng)建更為復(fù)雜的多階段包絡(luò)，從而重現(xiàn)與銅管類似的音色包絡(luò)。但是，在模擬模塊化合成器上，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)用的復(fù)音音色。

幸運(yùn)的是，一部分非模塊化合成器也提供除 ADSR 以外的包絡(luò)。這類合成器中最常見的一臺(tái)就是 Korg 的 MS20 了。MS20 具備兩個(gè)包絡(luò)生成器，其中一個(gè)具有五個(gè)階段，另一個(gè)具有三個(gè)階段。較為簡(jiǎn)單的一個(gè)是 DAR 包絡(luò)：延遲（Delay）、起音（Attack）與釋音（Release），如圖 3。

圖 3: Korg MS20 的 Envelope Generator 1 包絡(luò)

不難看到，這一包絡(luò)缺乏衰減（Decay）階段和用戶自定義的延音（Sustain）等級(jí)（延音階段將總是保持最大電壓）。但是，DAR 包絡(luò)允許你設(shè)定一個(gè)延遲時(shí)間，這一時(shí)間決定當(dāng)你按下一個(gè)琴鍵時(shí)，包絡(luò)將等待多長時(shí)間才會(huì)開始進(jìn)行。這一功能在制作延遲顫音等效果時(shí)極其實(shí)用。

MS20 的另一個(gè)包絡(luò)比 DAR 更加奇怪。這一包絡(luò)為 ADSHR 包絡(luò)。這里的 ”H” 代表「保持（Hold）」。仔細(xì)觀察圖 4，你會(huì)發(fā)現(xiàn)圖中的延音階段在門限被釋放之后繼續(xù)「保持」了一段時(shí)間。保持階段的常見用法是在你松開琴鍵之后繼續(xù)演奏該音符一段時(shí)間，這樣你就能釋放你的雙手，給之后演奏的音符或調(diào)整的參數(shù)一些準(zhǔn)備的時(shí)間（別忘了，Korg 發(fā)布 MS20 的時(shí)候，延音踏板還遠(yuǎn)沒有廣泛用于單音合成器，并且我們現(xiàn)在看來理所當(dāng)然的 MIDI 標(biāo)準(zhǔn)以及其他演奏設(shè)備還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有誕生）。但盡管擁有更為復(fù)雜的包絡(luò)合成器，MS20 還是顯然不能生成圖 1 中的銅管包絡(luò)。

圖 4: Korg MS20 的 Envelope Generator 2 包絡(luò)

可能我們應(yīng)該更加深挖一下 Korg 的歷史，Korg 700、700S、770 還有 800DV 或許是史上最古怪的單音合成器了。這些合成器使用的包絡(luò)生成器在今天看來極其罕見。它們均只有兩個(gè)包絡(luò)滑桿——Attack/Slow 以及 Percussion/Singing，以及延音開關(guān)或者（取決于型號(hào)）打擊/延音/保持控制器。盡管這些包絡(luò)生成器缺乏對(duì)于衰減以及釋音時(shí)間的控制，它們均具備生成常見 ADSR 包絡(luò)的能力。不幸的是，盡管它們生性古怪，但還是無法生成我們需要的銅管包絡(luò)。

或許我們應(yīng)該再換一臺(tái)合成器？史上最牛的兩臺(tái) Yamaha 合成器總能滿足我們的需求了吧？強(qiáng)大的 GX1 怎么樣？這臺(tái)于 1975 年售價(jià)四萬英鎊（換算到如今的價(jià)格大約 430 萬英鎊）的合成器怪獸一定有兩下子吧。唔，GX1 擁有兩個(gè)包絡(luò)生成器，其中一個(gè)與其放大器固定連接，另一個(gè)連接至 GX1 的高通、低通兩用濾波器。但其音量包絡(luò)仍然只是一個(gè)普通的 ADSR 包絡(luò)！不過，濾波器包絡(luò)和我們之前討論的卻有所不同。GX1 的濾波器包絡(luò)提供起始值控制、起音水平控制以及更傳統(tǒng)的起音、衰減和釋音時(shí)間（見圖 5）。GX1 的濾波包絡(luò)看上去與普通 ADSR 極其相似，但實(shí)際上兩者之間有許多顯著的不同之處。比如說，起音階段的初始音量不一定等同釋音階段終止時(shí)的最低音量。另外，該包絡(luò)沒有明確的延音階段——音量以指數(shù)曲線衰減至零，直至琴鍵釋放（至少對(duì)于長音來說是如此）。不管怎樣，GX1 制作銅管音色的能力并不比之前的幾款合成器強(qiáng)多少。CS80（較為廉價(jià)的低端 GX 型號(hào)）擁有和 GX1 類似的架構(gòu)。盡管這兩款合成器十分強(qiáng)大，但并不能滿足所有音色的需求。所以我們現(xiàn)在要怎么辦呢？

圖 5: Yamaha GX1 的濾波包絡(luò)發(fā)生器

史上最為著名的模擬合成器 Minimoog 呢？不行，Minimoog 只具備一對(duì) ADSD 包絡(luò)，其釋音時(shí)間與衰減時(shí)間相等。ARP Odyssey 和它的知己 Octave Cat 呢？還是不行，這些合成器只有 ADSR 和 AR 包絡(luò)。實(shí)際上，所有常見的「經(jīng)典」模擬合成器均無法滿足我們銅管音色的需求。

到這里為止我們討論的所有樂器均使用簡(jiǎn)單的旋鈕或滑桿來調(diào)整其電路中電阻的數(shù)值，從而控制其電路的響應(yīng)。這些電路的響應(yīng)可以是，比如說振蕩器的音高、濾波器的截止頻率，或者是包絡(luò)發(fā)生器中各個(gè)階段的參數(shù)。

盡管如此，許多合成器使用模擬/數(shù)字混合架構(gòu)，它們使用微處理器來控制其許多內(nèi)存與合成器功能。當(dāng)然，這些合成器有旋鈕，但它們也具備模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而將它們控制的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字。這些數(shù)字將于電路中重新轉(zhuǎn)換成電壓，從而生成聲音。但合成器在內(nèi)存中保存的是數(shù)字參數(shù)，從而方便你使用觸摸屏隨時(shí)將預(yù)制調(diào)出。

眾所周知，微處理器使用二進(jìn)制，即一系列的 0 和 1 來控制數(shù)字。該數(shù)字的二進(jìn)制位數(shù)叫做「比特（bits）」，比特決定參數(shù)設(shè)定的精度。許多模數(shù)混合合成器使用五個(gè)比特來決定電路中的重要參數(shù)，因此這些參數(shù)只具備 32 個(gè)可能的數(shù)值。許多更高檔以及更昂貴的數(shù)控模擬合成器也只使用 7 個(gè)比特，也就是說各個(gè)參數(shù)只具有 128 個(gè)可能數(shù)值。這對(duì)合成器的性能產(chǎn)生顯著的限制——盡管合成器原始的旋鈕具有成千上萬種獨(dú)立數(shù)值設(shè)置的可能，微處理器只能處理其中的一小部分。實(shí)際上，早期合成器中使用的內(nèi)存芯片極其昂貴，合成器廠商會(huì)使用盡可能少的比特?cái)?shù)以降低成本。這樣，合成器可以在相同數(shù)量的芯片中儲(chǔ)存更多的預(yù)制，同時(shí)可以降低合成器待機(jī)時(shí)的電量消耗。

當(dāng)然，合成器廠商很快意識(shí)到，鍵盤手并不需要調(diào)整合成器上的所有旋鈕。或者說，合成器廠商很快意識(shí)到如果將合成器上所有昂貴的旋鈕和滑桿移除，他們可以大幅縮減生產(chǎn)的成本。它們給每個(gè)音色參數(shù)分配一個(gè)編號(hào)，然后只在合成器上安裝一兩個(gè)旋鈕和按鈕，用戶使用時(shí)要事先設(shè)置正在調(diào)整的是哪個(gè)參數(shù)。正是因?yàn)槿绱耍?0 年代成為了數(shù)字參數(shù)訪問（Digital Parameter Access，DPA）合成器的全盛期。從廉價(jià)的 Korg Poly 800 到 Roland Alpha Junos，這些合成器才是我們尋求多時(shí)的銅管音色的關(guān)鍵。

純模擬架構(gòu)向數(shù)控模擬架構(gòu)的轉(zhuǎn)變使得現(xiàn)在我們看來理所當(dāng)然的許多合成器功能成為了可能。數(shù)控架構(gòu)解除了昂貴的控制面板對(duì)于合成器的束縛，因此合成器廠商能夠?qū)υS多合成器部件的性能進(jìn)行延伸。

比如說，Korg Poly 800 及其機(jī)架版 EX800 擁有整整三個(gè)包絡(luò)生成器，并且每個(gè)包絡(luò)生成器均具備五個(gè)段階以及六種包絡(luò)控制參數(shù)（見圖 6）。

圖 6: Korg EX800 的 5 段 ADBSSR 包絡(luò)

Poly 800 和 EX800 將它們稱為 DEG——數(shù)字包絡(luò)生成器（Digital Envelope Generators），因?yàn)樗鼈兊男螤罹晌⑻幚砥鲗?shí)時(shí)生成，然后才被轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。正如圖 6 所示，DEG 與簡(jiǎn)單的 ADSR 相比，可以提供更為豐富的功能，比如說允許你將斷點(diǎn)放在高于或低于延音階段的位置。但盡管如此，我們?cè)谇拔闹刑岬降姆N種限制仍然存在。比如說，音量的最高值仍然處于起音階段的末尾處。另外， Poly 800 和 EX800 只采用五位精度儲(chǔ)存其參數(shù)值，所以任一包絡(luò)的六個(gè)參數(shù)的數(shù)值只能為 0-31 之間的數(shù)字。因此，參數(shù)無法被精確調(diào)整，如果你想要把起音的時(shí)值設(shè)置為，比如說 18 到 19 之間的數(shù)值，你只能乖乖認(rèn)慫。

圖 7: Roland Alpha Juno 2 的 5 段包絡(luò)生成器

最后，讓我們看看 Roland 的 Alpha Juno 系列，Alpha Juno 是一個(gè)飽受爭(zhēng)議且被人顯著低估的合成器系列。Alpha Juno 擁有幾個(gè)引人注目的特質(zhì)，包絡(luò)生成器為其中之一。它們不光允許你對(duì)四種時(shí)值進(jìn)行設(shè)定，還允許你調(diào)整三種段階的音量。這使得其與普通的三時(shí)值一段階的 ADSR 相比，具有極其優(yōu)越的性能。觀察圖 7，你或許可以發(fā)現(xiàn)，使用 Alpha Juno，你可以輕而易舉地重現(xiàn)普通的 ADSR 包絡(luò)。通過對(duì)五段包絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，你可以制造與四段 ADSR 極其類似甚至完全一致的包絡(luò)形狀。事實(shí)上，不管你的包絡(luò)合成器有幾個(gè)段階，你通常可以使用它制造出與其階段數(shù)更少的包絡(luò)。如果你將 ADSR 包絡(luò)的延音階段的數(shù)值設(shè)置為最大值，不管 A、D、R 的數(shù)值如何，你總能得到一個(gè)三段的不規(guī)則四邊形包絡(luò)。同樣，將 ADSR 的延音值設(shè)置為最低可以重現(xiàn)兩段式 AD 或 AR 包絡(luò)。

圖 8: 另一個(gè) Alpha Juno 2 包絡(luò)

圖 9: Alpha Juno 2 的銅管吹氣包絡(luò)

當(dāng)然，這些額外的段階與參數(shù)允許你構(gòu)建比 ADSR 更加復(fù)雜的全新包絡(luò)形狀。圖 8 和圖 9 就是兩個(gè)這樣的例子。圖 8 是對(duì) EX800 的五段包絡(luò)的重現(xiàn)，我們使用了 L2 作為該包絡(luò)的斷點(diǎn)。不過我們?nèi)匀粵]有運(yùn)用到「L1」參數(shù)，L1 允許我們將起音階段的音量設(shè)置為與音色最高音量不同的數(shù)值。所以讓我們降低 L1，并對(duì)其他參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，從而得到圖 9。終于，我們得到了圖 1 中的銅管包絡(luò)！

更加復(fù)雜的包絡(luò)生成器能夠更精準(zhǔn)地重現(xiàn)原聲樂器的特征，允許我們制造更加生動(dòng)的音色。

本文的最后，我想替數(shù)控參數(shù)合成器說幾句公道話。或許你會(huì)經(jīng)常聽到有人說「我的 Jupiter 6 和 Prophet 600 才是純正的『模擬』合成器，真音樂，不像那些數(shù)碼的垃圾玩意...」盡管當(dāng)今合成器界流行著「模擬、復(fù)古」的風(fēng)潮，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，許多高昂的「模擬」合成器仍使用數(shù)字內(nèi)存以及經(jīng)過量化的參數(shù)，準(zhǔn)確地說，它們其實(shí)是模數(shù)混合合成器。這意味著它們的參數(shù)將會(huì)受到其運(yùn)算系統(tǒng)的影響。另外，許多史上最受歡迎的合成器均使用其微處理器數(shù)字生成 LFO 及包絡(luò)信號(hào)，從許多意義上講，其實(shí)它們幾乎完全不屬于模擬合成器。如果你喜歡合成器，面對(duì)那些關(guān)于模擬和數(shù)碼合成器的爭(zhēng)論，最好的做法是忽視他們。別忘了，各種各樣的合成器存在的意義在于創(chuàng)造不同的音色以及音樂。

別被當(dāng)前模擬合成器的浪潮沖昏了頭腦。認(rèn)真思考你想要?jiǎng)?chuàng)造什么樣的音色，根據(jù)你的需求選擇你的合成器才是最重要的。