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揭秘合成器(8):深入包络

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· Rejor 添加于 2020-11-22 · 共有 1 条评论

  • 作者:Gordon Reid
  • 编译:Rejor(@Evilsine)
  • 出处:Sound On Sound

在本系列上一篇文章的末尾我有提到,之所以有许多人收藏各种各样的合成器是因为他们意识到不同的合成器有各自不同的长处与短处。随着你对合成器的理解不断深入,你收藏的合成器数量很可能也会随之增长。假设让你现在购买一些经典的模拟合成器,你会选购什么呢?

毋庸置疑,Sequential 的设备会是不错的选择。一台 Prophet 5,两三台 Prophet 10 系列,一台 Prophet 600,再来一台 Prophet T8。当然,Roland 的合成器也不错,Jupiter 8、Jupiter 6 还有 JX。别忘了 Oberheim 全盛期的产品,比如说 OB8。或许再来一台 Memorymoog,纪念罗伯特博士这一合成器先驱。没准再买几台稀奇货,比如说罕见的模拟 Kawai 合成器和 Crumar Spirit。当然,能烧钱的不光仅仅是键盘,你得再买几台 Roland 的 MKS 系列机架合成器,比如说 MKS30、-70、还有 -80,没准再加上几台Crumar Bit 和 Cheetah MS6。

哇,有了这么多合成器,这世界上一定没有你制作不出来的音色了吧?唔,残忍的真相是,即便你已经拥有了上述所有合成器,你还是会有许多常见的音色无法合成。这一问题的一大原因在于这些合成器的包络生成器(或者你也可以叫它们瞬态生成器)。上面列举的所有合成器(以及大多数相同等级的其他合成器)使用的均为我们在本系列的第 3 与第 7 篇文章中讨论的 ADSR 包络。尽管 ADSR 用途十分广泛,但仍有许多音色无法使用简单的四段包络模拟。

想象你要制作一个真实的铜管音色。音色的开头会有一个「滋」的吹气声,然后铜管的声音渐渐由低沉向洪亮的状态进行。很显然,铜管的声音由无声开始,然后发出一个明显的「滋」声,然后音色突然变得显著地低沉、模糊,接着逐渐演变成洪亮、高昂的声音。最后,当演奏者停止吹奏时,音色迅速衰减至无声。因此,铜管音色的音量与亮度包络将会与图 1 中的曲线类似。


图 1: 铜管的亮度与响度包络

接下来让我们回过头看看上述「经典」合成器中的 4 段 ADSR 包络(图 2),然后想想看,为什么这些包络无法重现我们心目中的铜管音色。问题不仅仅在于 ADSR 包络生成器提供的包络阶段数量,还在于它的许多其他包络限制。


图 2: 标准的 ADSR 轮廓或包络

首先,ADSR 的起始电压只能为 0。用来合成铜管音色这一限制并不是问题,但对于部分其他音色来说这一限制可能会为你造成障碍。第二,ADSR 包络的起音阶段只能向正方向移动。第三,ADSR 总是在起音阶段的末尾达到音量的最高值。第四,衰减阶段必须以与起音阶段相反的方向移动。第五,延音阶段总是会在衰减阶段完成后开始。第六,延音阶段只能保持一个定量的电压。第七,释音阶段的起始电压总是与延音阶段的电压相等。第八,释音阶段的电压总是向负反方向移动。最后,释音总是将电压返回至零。

当然,对于图 1 所示的铜管音色来说,最致命的问题在于上述的第三与第五条限制。铜管音色起音阶段末尾的音量并非整个音色的最大音量,并且延音音量与衰减阶段结尾处的音量并不相等。所以呢,如果你的合成器使用的是 ADSR 包络,那么你就与合成器铜管音色无缘了吗?

当然不是,如果你有阅读本系列的前一篇文章,或许你已经知道了绕过这一限制的方法。比如说,使用模块化合成器的控制电压混合器,你可以将几种简单的包络生成器结合起来,从而创建更为复杂的多阶段包络,从而重现与铜管类似的音色包络。但是,在模拟模块化合成器上,很难实现实用的复音音色。

幸运的是,一部分非模块化合成器也提供除 ADSR 以外的包络。这类合成器中最常见的一台就是 Korg 的 MS20 了。MS20 具备两个包络生成器,其中一个具有五个阶段,另一个具有三个阶段。较为简单的一个是 DAR 包络:延迟(Delay)、起音(Attack)与释音(Release),如图 3。


图 3: Korg MS20 的 Envelope Generator 1 包络

不难看到,这一包络缺乏衰减(Decay)阶段和用户自定义的延音(Sustain)等级(延音阶段将总是保持最大电压)。但是,DAR 包络允许你设定一个延迟时间,这一时间决定当你按下一个琴键时,包络将等待多长时间才会开始进行。这一功能在制作延迟颤音等效果时极其实用。

MS20 的另一个包络比 DAR 更加奇怪。这一包络为 ADSHR 包络。这里的 ”H” 代表「保持(Hold)」。仔细观察图 4,你会发现图中的延音阶段在门限被释放之后继续「保持」了一段时间。保持阶段的常见用法是在你松开琴键之后继续演奏该音符一段时间,这样你就能释放你的双手,给之后演奏的音符或调整的参数一些准备的时间(别忘了,Korg 发布 MS20 的时候,延音踏板还远没有广泛用于单音合成器,并且我们现在看来理所当然的 MIDI 标准以及其他演奏设备还远远没有诞生)。但尽管拥有更为复杂的包络合成器,MS20 还是显然不能生成图 1 中的铜管包络。


图 4: Korg MS20 的 Envelope Generator 2 包络

可能我们应该更加深挖一下 Korg 的历史,Korg 700、700S、770 还有 800DV 或许是史上最古怪的单音合成器了。这些合成器使用的包络生成器在今天看来极其罕见。它们均只有两个包络滑杆——Attack/Slow 以及 Percussion/Singing,以及延音开关或者(取决于型号)打击/延音/保持控制器。尽管这些包络生成器缺乏对于衰减以及释音时间的控制,它们均具备生成常见 ADSR 包络的能力。不幸的是,尽管它们生性古怪,但还是无法生成我们需要的铜管包络。

或许我们应该再换一台合成器?史上最牛的两台 Yamaha 合成器总能满足我们的需求了吧?强大的 GX1 怎么样?这台于 1975 年售价四万英镑(换算到如今的价格大约 430 万英镑)的合成器怪兽一定有两下子吧。唔,GX1 拥有两个包络生成器,其中一个与其放大器固定连接,另一个连接至 GX1 的高通、低通两用滤波器。但其音量包络仍然只是一个普通的 ADSR 包络!不过,滤波器包络和我们之前讨论的却有所不同。GX1 的滤波器包络提供起始值控制、起音水平控制以及更传统的起音、衰减和释音时间(见图 5)。GX1 的滤波包络看上去与普通 ADSR 极其相似,但实际上两者之间有许多显著的不同之处。比如说,起音阶段的初始音量不一定等同释音阶段终止时的最低音量。另外,该包络没有明确的延音阶段——音量以指数曲线衰减至零,直至琴键释放(至少对于长音来说是如此)。不管怎样,GX1 制作铜管音色的能力并不比之前的几款合成器强多少。CS80(较为廉价的低端 GX 型号)拥有和 GX1 类似的架构。尽管这两款合成器十分强大,但并不能满足所有音色的需求。所以我们现在要怎么办呢?


图 5: Yamaha GX1 的滤波包络发生器

史上最为著名的模拟合成器 Minimoog 呢?不行,Minimoog 只具备一对 ADSD 包络,其释音时间与衰减时间相等。ARP Odyssey 和它的知己 Octave Cat 呢?还是不行,这些合成器只有 ADSR 和 AR 包络。实际上,所有常见的「经典」模拟合成器均无法满足我们铜管音色的需求。

到这里为止我们讨论的所有乐器均使用简单的旋钮或滑杆来调整其电路中电阻的数值,从而控制其电路的响应。这些电路的响应可以是,比如说振荡器的音高、滤波器的截止频率,或者是包络发生器中各个阶段的参数。

尽管如此,许多合成器使用模拟/数字混合架构,它们使用微处理器来控制其许多内存与合成器功能。当然,这些合成器有旋钮,但它们也具备模数转换器,从而将它们控制的电压转换为数字。这些数字将于电路中重新转换成电压,从而生成声音。但合成器在内存中保存的是数字参数,从而方便你使用触摸屏随时将预制调出。

众所周知,微处理器使用二进制,即一系列的 0 和 1 来控制数字。该数字的二进制位数叫做「比特(bits)」,比特决定参数设定的精度。许多模数混合合成器使用五个比特来决定电路中的重要参数,因此这些参数只具备 32 个可能的数值。许多更高档以及更昂贵的数控模拟合成器也只使用 7 个比特,也就是说各个参数只具有 128 个可能数值。这对合成器的性能产生显著的限制——尽管合成器原始的旋钮具有成千上万种独立数值设置的可能,微处理器只能处理其中的一小部分。实际上,早期合成器中使用的内存芯片极其昂贵,合成器厂商会使用尽可能少的比特数以降低成本。这样,合成器可以在相同数量的芯片中储存更多的预制,同时可以降低合成器待机时的电量消耗。

当然,合成器厂商很快意识到,键盘手并不需要调整合成器上的所有旋钮。或者说,合成器厂商很快意识到如果将合成器上所有昂贵的旋钮和滑杆移除,他们可以大幅缩减生产的成本。它们给每个音色参数分配一个编号,然后只在合成器上安装一两个旋钮和按钮,用户使用时要事先设置正在调整的是哪个参数。正是因为如此,80 年代成为了数字参数访问(Digital Parameter Access,DPA)合成器的全盛期。从廉价的 Korg Poly 800 到 Roland Alpha Junos,这些合成器才是我们寻求多时的铜管音色的关键。

纯模拟架构向数控模拟架构的转变使得现在我们看来理所当然的许多合成器功能成为了可能。数控架构解除了昂贵的控制面板对于合成器的束缚,因此合成器厂商能够对许多合成器部件的性能进行延伸。

比如说,Korg Poly 800 及其机架版 EX800 拥有整整三个包络生成器,并且每个包络生成器均具备五个段阶以及六种包络控制参数(见图 6)。


图 6: Korg EX800 的 5 段 ADBSSR 包络

Poly 800 和 EX800 将它们称为 DEG——数字包络生成器(Digital Envelope Generators),因为它们的形状均由微处理器实时生成,然后才被转换成模拟信号。正如图 6 所示,DEG 与简单的 ADSR 相比,可以提供更为丰富的功能,比如说允许你将断点放在高于或低于延音阶段的位置。但尽管如此,我们在前文中提到的种种限制仍然存在。比如说,音量的最高值仍然处于起音阶段的末尾处。另外, Poly 800 和 EX800 只采用五位精度储存其参数值,所以任一包络的六个参数的数值只能为 0-31 之间的数字。因此,参数无法被精确调整,如果你想要把起音的时值设置为,比如说 18 到 19 之间的数值,你只能乖乖认怂。


图 7: Roland Alpha Juno 2 的 5 段包络生成器

最后,让我们看看 Roland 的 Alpha Juno 系列,Alpha Juno 是一个饱受争议且被人显著低估的合成器系列。Alpha Juno 拥有几个引人注目的特质,包络生成器为其中之一。它们不光允许你对四种时值进行设定,还允许你调整三种段阶的音量。这使得其与普通的三时值一段阶的 ADSR 相比,具有极其优越的性能。观察图 7,你或许可以发现,使用 Alpha Juno,你可以轻而易举地重现普通的 ADSR 包络。通过对五段包络的参数进行精细调整,你可以制造与四段 ADSR 极其类似甚至完全一致的包络形状。事实上,不管你的包络合成器有几个段阶,你通常可以使用它制造出与其阶段数更少的包络。如果你将 ADSR 包络的延音阶段的数值设置为最大值,不管 A、D、R 的数值如何,你总能得到一个三段的不规则四边形包络。同样,将 ADSR 的延音值设置为最低可以重现两段式 AD 或 AR 包络。


图 8: 另一个 Alpha Juno 2 包络


图 9: Alpha Juno 2 的铜管吹气包络

当然,这些额外的段阶与参数允许你构建比 ADSR 更加复杂的全新包络形状。图 8 和图 9 就是两个这样的例子。图 8 是对 EX800 的五段包络的重现,我们使用了 L2 作为该包络的断点。不过我们仍然没有运用到「L1」参数,L1 允许我们将起音阶段的音量设置为与音色最高音量不同的数值。所以让我们降低 L1,并对其他参数进行适当调节,从而得到图 9。终于,我们得到了图 1 中的铜管包络!

更加复杂的包络生成器能够更精准地重现原声乐器的特征,允许我们制造更加生动的音色。

本文的最后,我想替数控参数合成器说几句公道话。或许你会经常听到有人说「我的 Jupiter 6 和 Prophet 600 才是纯正的『模拟』合成器,真音乐,不像那些数码的垃圾玩意...」尽管当今合成器界流行着「模拟、复古」的风潮,你会发现,许多高昂的「模拟」合成器仍使用数字内存以及经过量化的参数,准确地说,它们其实是模数混合合成器。这意味着它们的参数将会受到其运算系统的影响。另外,许多史上最受欢迎的合成器均使用其微处理器数字生成 LFO 及包络信号,从许多意义上讲,其实它们几乎完全不属于模拟合成器。如果你喜欢合成器,面对那些关于模拟和数码合成器的争论,最好的做法是忽视他们。别忘了,各种各样的合成器存在的意义在于创造不同的音色以及音乐。

别被当前模拟合成器的浪潮冲昏了头脑。认真思考你想要创造什么样的音色,根据你的需求选择你的合成器才是最重要的。




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