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合成器小百科:不可不知的滤波器

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· 兔子 添加于 2017-09-19 · 暂无评论

作者:Scott Riesterer  

编译:兔子

你也许一直都在用合成器里的滤波器,但是你对他们有多少了解?本文将带你进入滤波器达人的行列。

有人说滤波器是合成器里最能体现声音特性的一个部分。这些单词通常会用来描述它们——squelchy、brassy、creamy、gritty等等,这些形容词通常能让你想起一些特定的合成器。了解这些合成器和eurorack市场,你会发现有太多的“专业术语”,并且让人感到让人困惑。更糟糕的是,有很多东西居然是重复的,因为很多制造商会给它们的产品功能标上不同的名字。所以是什么让这些滤波器各有特性,又是怎么影响合成器的声音特点的呢?

基础

首先让我们来梳理一下基本的滤波器类型和特性吧。低通(low pass)滤波器是合成器中最常见的滤波器类型。正如它的名字一样,它只让低于它设定的频率通过,通常可以用来滤掉粗糙的高频。高通(high pass)滤波器功能相反,只让高于设定的频率通过,滤掉模糊的声音。结合一个高通滤波器和一个低通滤波器,你可以得到一个带通滤波器(band pass或者notch filter)。带通滤波器只允许一个相对较窄的频率通过。而咖啡滤波器(coffee filter),则会分离你的咖啡豆和咖啡(我只是试试你是否在专心看)。


市面上还有一种更罕见神奇的全通滤波器(all pass filter)。如果所有东西都能通过,那么它到底滤过了什么?尽管所有的信号都通过了,但是信号的相位会发生改变,最后与原始信号进行混合。在滤波器的cut off点,相位会进行90度的反转。这种相位抵消可以得到一种类似于phaser或者flanger的声音。类似的,梳状滤波,phaser、flanger和chorus真正的声音,是通过原始信号和稍微延迟的信号混合发生相位抵消得到的结果。Delay的长度会影响相位抵消发生的位置。改变delay time的参数就能得到类似喷射机的swishy效果。

截止频率(Cut off frequency)指的是在频谱上滤波开始发生作用的位置。共鸣(Resonance)是在截止频率上对频点进行强调的一种反馈叠加。有时候,滤波器的Resonance会标记成Q,Quality的缩写。有些情况下,增加Resonance会在共振峰附近造成下降。有的滤波器可以在很高的Resonance设定下,不需要任何输入信号就能制造足够的反馈。这种可以叫做self oscillating滤波器(自震荡),因为它们完全可以当作一个正弦波振荡器。

滤波器pole的数量,或者说slope可以决定滤波曲线的斜率,影响截止频率前后的滤波大小变化。每一个pole代表每个八度衰减6db,所以一个4 pole滤波器可以每个八度衰减24db。

大部分合成器爱好者都会熟悉以上滤波器,他们也知道不同合成器上的低通滤波器之间会有多大的区别,甚至同一型号不同版本的滤波器之间的区别他们也能分辨出来。现在我们也知道了,那么接下来让我们看看这些滤波器之间的不同构造吧。

Transistor Ladder Filter


Moog提交给美国专利局的Transistor Ladder Filter电路图

我们先从Robert Moog的专利设计开始吧,它不仅仅为moog的传奇合成器带来了巨大的成功,而且它还改变了整个合成器的市场。那个时候晶体管还是相当新的技术,Moog发现通过使用晶体管,他可以更简单地通过电压控制滤波器的截止频率。在这之前,需要用大量的昂为的电阻网络来实现,同时还很难控制。Moog的发明同时带来了一种好听的失真,带来了现在人们在Moog滤波器上追求的那种温暖有弹性的声音。

随着1971年推出的Minimoog Model D,合成器现在体积变得更小,价格也变得更加亲民。Moog在66年申请的专利,在69年获得批准,但是这并不能阻止罗兰和ARP在他们的合成器中使用这种设计。Roland SH-2000用了同样的Transistor Ladder电路,还有SH3a。ARP也在它们的2600s和Odysseys上使用了Moog风格的滤波器,直到1976年Moog采取法律措施。

Diode Ladder Filter


EMS VCS3 Putney 是最早使用 Diode Ladder 滤波器的合成器之一。讽刺的是,这种声音后来造就了Roland TB-303的声音

EMS采用了Moog的设计,为了有效避开专利问题,他们开发了Diode Ladder Filter。讽刺的是,采用这种滤波器最出名的声音是Roland的TB-303。Transis ladder设计在电路上隔离了滤波器的每个pole,而diode ladder设计会让每个pole相互之间发生影响。Diode Ladder滤波器市一中更不可预测的,非线性的设计,最后得到了一种现在我们都很喜欢的squelchy的声音。对于TB-303,很多人认为它们用了一种不常见的3-pole 18db/oct的filter的,实际上它采用的是4-pole 24db/oct的滤波器。

Sallen-Key Filter


Korg MS20里的两张 Korg35芯片

在70年代晚期,Korg的Mr.Mieda开始使用一种名叫Korg35的小型芯片。最早出现在它们的PS系列复音合成器上,后来应用在MS-10以及早期的MS-20s上,知道它们换成了OTA滤波器。数十年后,这种滤波器在Korg Monotron上再次出现,最后他们将电路图公开到了合成器 modding 社区里。

这份电路图揭秘了Korg35芯片是一种 Sallen-Key 滤波器,一种简单的低成本滤波设计。周围的电路决定了Korg35的滤波行为,比如它现在是高通或者低通,还是说自震荡。最早用在Synthacon上的Steiner Parker滤波器也在Arturia的Brute系列中重生。但是Steiner Parker滤波器可以根据需要,切换滤波模式。

Operational Transconductance Amplifiers (OTA Filters)

随着OTA的逐步完善,它逐渐成为了Transistor ladder filter的主要替代品。OTA可以通过阻抗变化来响应增益变化,从而让它们称为一种非常精确的压控电阻。OTA有更小的内部失真,因为可以得到更平滑的声音。以1969年Roland为首,将CA3080芯片应用到后来的SH-1、SH-5、SH-7以及System 700上。Roland多年来对它们的改进,将 OTA 应用在它们的复音合成器上,比如 Jupiters 和Junos。

Bill Gross 和 Don Sauer为National Semiconductor 研发了LM3600,后来用在了Korg MS20s上。Korg、Doug Curtis 和 Dave Rossum也研发了他们自己的OTA芯片——NJM2069、CEM3320和 SSM2040。众所周知,Curtis filter是Dave Smith和Sequential Circuits声音的很重要一部分,有非常多的合成器使用了Curtis芯片,包括OB-8、Matrix-12还有Oberheim的Xpander。同样的,Dave Rossum是E-Mu的共同创始人,他的芯片也被用在了Korg和很多其他的制造商的产品中。现在他名下有一家自己的公司,继续发挥他的热情和专业技能,为eurorrack改进滤波器和合成器技术。


Bill Gross 和Don Sauer 发明的 LM3600芯片被用在了后期的 Korg MS20s上

学习滤波器类型(没有专业的电子工程只是)需要学习技术的发展和进化。了解它们的相关点非常有趣,它们与Moog的Ladder滤波器有直接的关系,或者使用了同样两个人设计的芯片。显然,这些是整个合成历史中使用的各种过滤器的技巧、技术和行为的简单总结,但希望这篇文章有助于您对这些知识有所了解。




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