幅度调制与环形调制

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· 兔子 添加于 2016-05-13 · 暂无评论


原文:BOB MOOG

编译:兔子

继续借着键盘杂志40周年庆典,我们重新把Bob Moog的“关于合成器”完整专栏展现给大家。

除去我在上两篇专栏中提到的频率调制,大部分合成器会提供以下至少一种调制方式:幅度调制(AM,amplitude modulation)、环形调制(ring modulation),滤波调制(filter/ formant modulation)和波形宽度调制(waveform width modulation)。在这篇文章里,我们从最简单也是最基础的两种调制方式开始,聊聊幅度调制与环形调制。

音频信号的振幅(amplitude)是它的音量或者能量,纯粹的幅度调制只会让声音变强或者变弱,并不会影响它的频率(frequency),波形(waveform)以及谐波成分(harmonic content)。吉他AMP上的颤音(tremolo)功能是幅度调制(用一个慢速的正弦波进行调制)的最好的例子。吉他AMP上的颤音控制通常会有两个参数:速度(speed)和强度(intensity)。速度参数决定调制信号的频率,而强度参数决定音频信号的振幅受调制影响的量。另一个幅度调制的例子是电管风琴上的Repeat Percussion,这是电管风琴上的一种模拟班卓琴和曼陀罗的快速拨弦的效果。这种效果使用的不是正弦波,而是用锯齿波作为调制信号。在图一里我们可以看到未调制的音频,调至波形以及调制后的音频信号(颤音和repeat percussion)。


图一:tremolohe repeat percusion使用的幅度调制示意图

如果你的合成器可以跳线的话,你可以将一个调制振荡器的输出通过衰减器连接到一个VCA(voltage-controlled amplifier)上的控制输入来建立一个幅度调制。需要被调制的音频输出连接到放大器的信号输入口,从放大器的输出的信号就是经过调制的信号。如果VCA上有增益控制的话,需要将没有控制信号输入时的增益量控制在放大器可承受的最大值的一半,这样才能保证调制信号在增加或者减少音频信号振幅的时候不会产生失真。

当调制频率混合进音频信号中,由幅度调制带来的加信号(sum)和减信号(difference)(统称为sidebands,边带)是可以听见的。加/减信号的数量实际上是由未调制的信号的谐波成分和调制波形的谐波成分决定的。举个例子,假设未调制的原始信号为500Hz的正弦波(除了基波外没有谐波成分),调制波形为100Hz的正弦波。没有调制波形的时候,振幅调制器的输出中只有500Hz的成分(未调制的音频信号)。随着100Hz的调制波形的量增加,我们会发现出了500Hz以外,出现了400Hz的减信号和600Hz的加信号。这样正好组成了一组自然大三和弦。当未调制信号与调制信号的频率比例离开5:1之后,输出的三个频率成分的音程关系会有急剧的变化,通常来说是他们之间的音程关系是不协和的。当调制频率从100Hz开始增加时,减信号会从400Hz开始减小,而加信号会从600Hz开始增加。当调制信号的频率是500Hz时(与未调制信号的频率一致),减信号为0,加信号为1000Hz。从音乐上来说,这个时候减信号的听不见的,而加信号刚好是500Hz的第二谐波,这时候输出听起来就像单独的500Hz而不是三和弦!当调制信号的频率继续从500Hz开始上升,减信号从0开始上升。数学上来说,这个频率是负数。但是从我们的听觉来看,正负之间是没有差别的,我们可以听见减信号和加信号都在上升,他们之间的频率差正好是1000Hz。

用正弦波对正弦波进行幅度调制从技术上来说应该是最简单的例子,这种情况下边带(sidebands)只有两个。但是我们实际上可以使用的音乐素材是非常多的。当调制波形频率很慢的话,可以产生颤音(Tremolo)。随着调制频率的上升,我们首先会听见一个音程密集的三个音的和声,然后是附带谐波成分的单音,最后,三个音,其中两个会有巨大的频率差异。

当原始信号与调制信号都带有谐波成分的时候,调制结果就会变得非常复杂。如果原始信号和调制信号都是带有一个基波和一个谐波的情况下,调制后会有4组边带。如果原始信号和调制信号带有10个甚至更多的谐波,那么就会有上百组边带!因此,用复杂的波形进行幅度调制是一种制作浓厚素材的非常有效率的方法,之后可以用滤波来制作独一无二的嘹亮的声音。


图二:环形调制示意图

环形调制是幅度调制中的一种特殊情况,在调制信号出现的时候,VCA的增益为0,然后随着调制波形,增益正负交替。如图二中典型的原始信号和经过环形调制的信号。可以发现每个调制波形周期里,输出信号会有两次减小到零。这种调制的结果是只有加信号和减信号会出现在调制输出中。原始信号和调制信号都会消失。从音乐上来说,经过环形调制的声音拥有和原始信号一样的articulation,但是在频谱上完全不同。环形调制的这种特性,被很多电子音乐人用来从原声乐器、原始噪音甚至其他电子乐器中获得新的鲜活的音色。

下一期的专栏会有更多关于调制的内容。




本文出自《midifan月刊》2016年04月第121期


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