合成器

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合成器是一种能够产生各种声音的组合设备。它们通过产生的电信号通过放大器推动扬声器产生声音，这一点其实跟我们的电吉他/电贝斯这些电声乐器很像。合成器同样可以模拟现实存在的乐器的声音，比如钢琴、提琴、底鼓、军鼓等。说到音乐制作需要用到的合成器，这涵盖的和涉及到的内容就太广泛了，我尽量言简意赅点，好让刚刚对电脑音乐制作感兴趣的朋友能够很快听得明白。


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合成器的内容可能需要分为两篇或三篇讲，这个不比音序器等音乐制作软件，因为涉及面实在太大了，是一个广泛的大家族，希望简单点，但还是要准确些。开讲之前，有必要讲一些合成器的前世今生。合成器英文名为Musical Synthesizer，意指音乐的合成设备，是电子琴家族的一个分支，用来产生并修改正弦波形并叠加，然后通过声音产生器和扬声器发出特定的声音。

合成器中最基本的部件，是振荡器（Oscillator），这是声音合成的第一步，但最早的振荡器其实早在19世纪就被美国一电子工程师Elisha Gray发明出来，属于一个意外的发现，那时候的振荡器仅仅只能发出一个固定音高，随后经过了电子管的发明与应用等等的吧，后由苏联的一名音频工程师设计了早期的加法合成器—ANS，直到三十四年代后才开始被应用某些领域。40、50年代出现了单音合成器，用于现场演出等。与此同时，加拿大发明家兼作曲家Hugh Le Caine发明了一种用电压控制音量、音高跟音色的乐器，名叫Electronic Sackbut，

很让人感慨的是：这个也是我们现在经常用到的力感键盘、曲音轮与控制轮的最初原型啦，Hugh Le Caine自己可能也没有想到他有这么伟大，对音乐领域的来说哈...


硬件合成器
回归正题，合成器分为硬件合成器和软件合成器。1983年，Yamaha推出了DX7，这是一款数字合成器，相比于模拟合成器，数字合成器更加的可靠，模拟合成器开机需要预热，不然有些时候会跑调，当然不稳定有些时候也是一个优点——即使是你自己，也不能扭出一个一模一样的音色，有一种独一无二的感觉。数字合成器的失真与噪音更小，主观感觉上声音更加明亮，而模拟合成器则温暖模糊。但DX7一定程度占领了接下来十年的流行乐音色走向，自此合成器从最初的振荡器模拟成功走向数字转型。


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在这里，主要介绍的当然是软合成器了，硬件的合成器那都得上万的投入，呵呵，不是我们老百姓的菜。玩硬件的哥们那都得是这行很专业的了。来到20世纪90年代，随着电脑不断变强，软件的合成器也成为了一个可靠的工具，如今随便一个Synthesizer就能弄出超多音色，还有各种各样复刻经典硬件合成器的软件合成器。

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声音合成( sound synthesis )即制作电子声音，从它们的属性开始，如正弦音调和其他简单的波形。

        之所以称为合成器( synthesizer )是由于它们可以模拟或合成各种各样的声音，例如其他乐器、嗓音、直升机、汽车或狗叫的声音。合成器也可以制作自然界中没有的声音。这种可生成任何其他方式都无法创造的音调的能力，使合成器成为别具一格的音乐工具。

        最简单的合成器就是基本的正弦波发生器( sine wave generator )，它几乎不能控制音高。不幸的是，除了正弦波，并无法使用这种简单的合成器来合成任何声波。

        但是，将多个正弦发生器和音高控制结合起来使用，就可以创造出许多有趣又实用的音调。

        在合成器中，由称为振荡器( oscillator )的组件来执行生成音调的任务。大多数合成器振荡器都会生成泛音丰富的波形，例如方波( square ) 、三角波( triangle )和锯齿波( sawtooth )。给这些波这样命名是因为它们的形状与锯子刀片上的锯齿、三角形、正方形等很相似。



        通过在合成器中将信号从某个模块( module )发送到另一个或模块，可以将基础音调及相关泛音塑造成另一种声音。每个模块会执行不同的工作，而这些工作会影响源信号。

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合成器种类
模块化合成器( modular synthesizer)
        在模块化合成器中，可以通过将模块相互连线来实现这种发送。但是，在大多数现代合成器中，在模块间发送信号均经过内部预置，通常使用开关( switch )、旋钮( control knob )和其他控制来更改。



Wendy Carlos 与模块化合成器

模拟合成器  ( analog synthesizers )
        模拟合成器结合电压  ( voltage )  控制电路，例如振荡器、滤波器( filter )和放大器( amplifier )，来产生并形成声音。电压 通常与波形音高直接相关，电压越高，音高就越高。



Minimoog  模拟合成器

数字合成器( digital synthesizer )
        数字合成器中的信号使用了数字信号处理( digital signal processing )的技术。信号以二进制表示（由0和1组成的字符串）从一种算法馈入另一种算法。



Yamaha DX7，第一台商业上成功的数字合成器

混合数字模拟合成器( digital/analog hybrid synthesizer )
        某些合成器具有数字振荡器（digitally controlled oscillator, DCO，生成发送到模拟滤波器的信号）和放大器。这种方法的主要优点在于，数字振荡器不会改变音高，而模拟振荡器经常发生这种问题。



Buchla 500系列， 第一台混合数字模拟合成器

虚拟模拟合成器 ( analog modeling synthesizer )
        虚拟模拟合成器是一种数字合成器，它模仿了模拟合成器的体系结构、功能和特性。使用DSP或者借助CPU的软件算法( algorithm )模仿模拟合成器中的振荡器、滤波器和其他模块的操作和功能。比起模拟合成器，虚拟模拟合成器还有一些优点：它们完全可编辑（储存声音设置），可完全自动化（可录制和播放音准和旋钮的移动），并且通常具有多音色（可同时在不同的乐器轨道中播放不同的声音）。大多数虚拟模拟合成器中都有复音（polyphony，播放多个音符的能力）和力度感应功能( velocity sensitivity )，但这在模拟合成器中却鲜有所见。



Korg MS2000  虚拟模拟合成器

软件合成器( software synthesizer )
        软件合成器是一种电脑程序( computer program )或产生数字音频( digital audio )的音频插件( audio plug-ins )，完全以程序运算的方式进行合成。它们不但承袭了虚拟模拟合成器的优点，比起早期复杂且体积庞大的硬件合成器，除了价格较低，处理速度更为迅速外，携带上亦更为方便。软件介面( software interface )间的沟通容易，使得软件合成器常搭配数字音频工作站( digital audio workstation, DAW )或音序器( music sequencer )软件等使用。

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所周知声音来源于振动，而合成器最基本的原理，就是让设备发生持续稳定的振动，而通过控制振动的频率和振幅，就可以发出不同的声音。这也就是振荡器（Oscillator）的原理。最早的振荡器早于1876年诞生，而发明它的人则是电话技术的重要奠基人之一Elisha Gray。最初这个振荡器只能发出一个固定的音高，后来他通过控制电磁电路的自振，可以演奏出两个八度的音域，随后又在单音振荡器的基础上进一步增加了放大器和弯音轮，由此诞生了这个历史上最古老的“电子乐器”。同时，它也是爱迪生留声机的灵感来源之一。


二． 电传簧风琴（Telharmonium）、特雷门琴（Theremin organ）、马特诺音波琴（Ondes Martenot）

这些乐器各有千秋，不过的共同之处在于偏向使用电子机械设计来辅助产生音色。比较好玩的是特雷门琴，它通过手在两条天线的控制杆直接改变位置来从而改变电容大小，影响声音高低与大小的。它也是世界上唯一不需要直接的身体接触的电子乐器。音色有点像收音机调台时出现的扭曲声，古早的恐怖片里经常会用它渲染气氛。


三． 历史上真正的第一台合成器

虽然合成器的原理早已有之，同时又有许多人反复进行了无数实验，诞生了许多奇奇怪怪的电声乐器，不过，真正的第一台合成器直到1953年才诞生，也就是美国无线贷公司的音乐合成器MKI。它由大量的电子管组成，可以将不同的谐波的正弦波组合形成复杂的声音。它拥有着如今我们大多数合成器上还在使用的模块（比如包络发生器、滤波器、滑音器等），同时利用机械钢琴作为输入设备。不过，此时的合成器仍然是个庞然大物，并不适合作为商业产品广泛使用。


四． 从电子管到晶体管

1956年，巴丁、布拉顿及肖克利因为对半导体及晶体管效应的研究获得诺贝尔物理奖。随后，德国工程师Harald Bode提出用晶体管技术替换电子管，从而大大缩小了合成器的体积和成本。于是，1961年诞生了Moog Modular


同一年，东德政府也诞生了“次谐波合成器（Subharchord）”，很显然，新技术的使用让合成器越来越小、越来越便携成为可能。


1971年，Moog公司的Minimoog Modle D诞生，它成为第一台在商业上真正取得成功的键盘合成器、第一台真正意义上的便携合成器，同时也是后来所有电子键盘的原型。兼具足够丰富的音色和足够大而稳定的音量，使它一时间受到无数青睐。九寸钉的主唱Trent Reznor就曾经是它的忠粉，而Beatles的著名白专辑中也有它的身影。


另外一个比较著名的、真正让音乐家实现了把乐器随声携带的合成器是EMS公司的VCS3，只有手提箱大小。Pink Floyd、Gong、Brian Eno、Sonic Youth都曾经用过这款合成器。


五． 单音合成器和复音合成器

直到70年代早期，大多数的合成器都是单音的，也就是一次只能演奏一个音符，产生一条清晰的旋律线。想要获得多音轨的和弦，就只能通过分别在不同音轨上演奏合成器的方式来实现。

而随着技术的发展，合成器中可以同时控制多个振荡器，就可以产生更加丰富的声音了。1975年，Roland率先生产了弦乐生成器RS-101，随后，Yamaha设计制造了CS-80。不过它们仍旧比较笨重而且造价不菲，直到1978年Sequential Circuits发布Prophet-5。它兼有简单的模拟可调性和相对便携性。5个复音的能力，每个声音配有两个振荡器，可产生脉冲宽度可变的锯齿波和方波，这让它可以产生更多丰富的、多种多样的音色，不仅仅是旋律，也包括复杂的、充满了氛围感的声音。这款复音合成器甚至直到90年代都仍然有非常广泛的市场，比如Radiohead的《Everything in its Right Place》，你就可以听出它是如何发挥出神妙的作用的。


另一台史上赫赫有名的复音合成器就是ROLAND 在1981年推出的TB-303低音合成器。它的创新之处在于改变了合成器的编辑操作方式。在TB-303之前，你首先要会弹钢琴，才能得心应手的在合成器上制作一段曲子，而TB-303内置了一个step音序器，每个step都是一个可编程的音符，每个step可以有自己的重音或是滑音，在播放的同时拧动面板上的旋钮就可以调整滤波器的频率或共鸣，你可以非常简单直观的手动编辑所有的音符，再播放出来，完全不必去学什么钢琴课。直到现在，它仍然是许多电子音乐人的必备单品。


六． 从模拟合成器到数字合成器

物理振荡器让合成器的声音显得更加自然温暖，但是，它的体积注定了模拟合成器没有办法容纳过多的振荡器，从而产生更加丰富的声音。Prophet-5最多只能生成五个复音，显然是不够用的。再次感谢技术革命吧！数字合成器的出现，使整个游戏规则发生了翻天覆地的改变。


世界上最早的数字合成器由加州理工学院（CIT）的三名学生——蒂姆·赖安（Tim Ryan）、阿兰·丹其格（Alan Danziger）和唐·利伯曼（Don Lieberman）设计，最初是为大学中听觉感知（audio perception）研究而设计的一种设备。康布里奥高级数字合成器 100、200（Con Brio Advanced Digital Synthesizer），凭借它们惊人的价格和极具科技感的未来主义外形，多少成为了一种“传奇乐器”——1980年，它的价格曾高达三万美元，接近一万七千英镑。

这台乐器后来“进化”成为ADS 100合成器——ADS 100 拥有64个振荡器，具备多种合成模式，尽管 ADS 100 售价极高且销量极低，但由于它为电影《星际旅行2：可汗怒吼》（Star Trek II: The Wrath of Khan）制作了音效，因而多少获得了一些名声。


1983年，YAMAHA推出了自己的第一台数字合成器DX7.相比模拟合成器，数字合成器的优越性过于突出——它体积小、音色丰富、支持多达16复音、不必预热、不会跑调，更加清晰而且失真更小。DX7在一定程度上定义了接下来十数年的流行乐音色走向。因为它广泛的音色和灵活性让它成为填补声音空间的理想方式，仅凭一个键盘就可以兼任钢琴、管风琴、管乐甚至弦乐的部分。这强大的多功能性自有它的繁琐之处，但是并不能阻止人们对它的热衷。


到了这时候，合成器的价格已经变得相当低廉，操作体验也更加人性化。同时，MIDI技术和数字音频技术的普及，使得春电子音色的创作和音乐编排变得更加简易。合成器成为80年代流行音乐的主导，席卷全球，涌现了大批合成器流行的音乐人和乐队团体。不过，在合成器浪潮大肆流行的同时，也有不少更趋向于传统乐器的音乐家联盟试图提出抵制。于是，在这种相互作用的影响下，不少乐队开始将传统乐器与合成器融合使用，产生了更多听觉感受丰富的作品。


技术发展到20世纪90年代，越来越发达的技术让软件得以取代硬件，再多的音轨、再多的音色，只要你的电脑性能足够，都不是问题了。不过，正如数字合成器虽然强大却没办法完全复制模拟合成器模糊却温暖的质感一样，软件合成器也不可能完全取代硬件合成器的重要性。科技让人们的选择变得更加灵活多变，而工作流程的直观也让制作音乐的门槛变得更低。

现在的人们对合成器习以为常，它早已成为很多音乐人必不可少的武器之一，并在任何你可能听得出或者听不出的地方发挥作用。这是一个多么神奇的时代——人人都可能成为音乐家、甚至一个人就可以创作出整个乐队的声音来。