理解模拟合成器的振荡器同步(上)Hard Sync 是什么?

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· Rejor 添加于 2017-02-18 · 暂无评论

作者:Gordon Reid

编译:Rejor(微博:@Rejor-Evilsine)

振荡器同步(OscillatorSynchronisation,简称 Sync)自模拟合成器诞生之日就已经存在,然而它却是各种合成器上最难懂的功能。这一现象也不难理解,Sync 为非线性操作,并且有至少三种类型。本文将讲解最常见的一种:HardSync

相信许多人都曾在合成器的介绍或者评测中见到过「能够制造猛烈的 Sync 音色」这种字眼,然而当我们在调节Sync 旋钮的时候到底发生了什么呢?


图 1:理想状态下的锯齿波

上图展示了一个理想状态下的锯齿波振荡器的输出信号,它具有一定的频率,我们在这里将它的频率称之为 F。同时本文中我们将这一波形称为从属波形,因为它会受到我们接下来操作的影响。

接下来我们需要第二个波形:一个理想状态下的方波,它的频率是 F 的 2 倍,如图 2 所示。我们将其称为主波形,因为它会影响我们刚才的从属波形。


图 2:理想状态下的方波

接下来,假设我们可以通过某些神奇的电子学原理,从主波形中提取出来一系列触发点,每个触发点的位置都是主波形各个震荡周期的结尾,如图 3 所示。


图 3:从主波形中提取的触发点

现在我们使用这些触发点来做一些有意思的事情:每遇到一个触发点,我们就把从属波形初始化(更科学的说法是,把从属波形的相位重设为 0°),得到的结果由图 4 所示。


图 4:以 2F为频率,经过初始化后的从属波形

这种情况下,得到的结果是另外一个锯齿波。虽然是由从属振荡器产生的,但它和主振荡器的频率相同,振幅只有原始从属振荡器的二分之一。没错,这时候 Hard Sync 只是一种将从属振荡器频率加倍振幅减半的晦涩方法。但让我们继续...

乍一看,似乎改变主波形和从属波形的频率关系并不能造成明显的变化。为了更直观的演示,我们把主振荡器的频率从 2F 调整为 (8/3)F,如图 5 所示。得到的结果和刚才的基本一致,从属波形和主波形的频率相同,振幅更低。

图 5:以(8/3)F 的频率对锯齿波初始化

如果你再仔细观察图 4 和图 5,你就可能知道为什么我们得到的结果如此无聊了。因为,目前为止,我们考虑的都是主振荡器频率高于从属震荡器频率的情况。所以我们接下来要考虑一些从属振荡器频率高于主振荡器频率的情形。

图 6 就展示了一种这样的情况,图中主振荡器的频率为 0.8F。这时候从属振荡器在重置之前就有了完成一整个周期还多余一点点的时间。这样我们就得到了一种用其他方法很难得到的谐波成分,这一波形比刚才得到的的波形要有趣得多。


图 6:用主振荡器为 0.8F 从属振荡器为 F 的频率进行同步

即使是这样,从属振荡器的输出频率也仍然和主振荡器一致。事实上,无论两个振荡器的相对频率是怎么样的,从属振荡器的输出频率都和主振荡器一致。这就是 Hard Sync 的第一条规律:

当两个振荡器处于 Hard Sync 态时,输出频率总和主振荡器频率一致。

但我们的讨论还没有结束,接下来想想当从属振荡器的频率增加到比主振荡器频率高得多的情况时会怎么样。


图 7:对频率比原来高得多的从属振荡器进行同步

正如你在图 7 中看到的,当从属的锯齿波振荡器的频率更高时,它能在被重置之前完成一个或多个周期,从而产生一种不同的波形。频率也仍然和主振荡器一致。但音色和图 6 中展示的波形不同。所以这就是 Hard Sync 的第二条规律:

 当两个振荡器处于 Hard Sync 态并且主振荡器频率低于从属振荡器时,改变从属振荡器的频率会使音色发生改变。

这些改变非常明显。当从属振荡器频率是主振荡器的整数倍时,输出信号是锯齿波,但不是整数倍时,波形就会产生听起来很奇怪的变形,从属波形的谐波成分也会相应地被改变。所以当你对从属振荡器频率进行上调或者下调的时候,同步的振荡器输出会连续地发生变化,从锯齿波到一些奇怪的变形,再到锯齿波。只要你不断改变从属振荡器的频率,音色就会不停地变化。这就是 Hard Sync 能够产生如此有特色的音色的原因。

继续研究之前,我要说的是,尽管上述例子中我们都用锯齿波来作为从属振荡器的波形,但这并不说明我们不可以使用其他波形。使用锯齿波和方波的一个重要原因是,由于许多模拟合成器的电路限制,只能用锯齿波和方波进行 Hard Sync。但现代的数字合成器对波形的使用更加灵活,你可以用其达到更加丰富的效果,包括主振荡器频率高于从属振荡器时的音色改变。

本文开头的几个例子说明当主振荡器频率高于从属震荡器时是不能得到新的音色的。但严格来讲这一说法并不正确,虽然在从属振荡器是锯齿波或者方波的情况下这一说法并没有问题。幸运的是,一些合成器允许我们使用不同的波形进行同步,这样我们即使是在主振荡器频率更高的情况下也能产生新的波形,如下图的例子所示。


图 8:将频率为F 的正弦波与频率为 2F 的主振荡器进行同步



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