减法合成：修订间差异
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* [https://support.apple.com/zh-cn/guide/logicpro/lgsife41a22f/mac 减法合成器的工作原理] - [[Logic Pro|Apple Logic Pro]] 帮助文件中对减法合成器原理的描述，不与特定DAW或合成器相关 |
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* [https://blog.landr.com/subtractive-synthesis/ Subtractive Synthesis: Learn Synthesizer Sound Design | LANDR Blog] |
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* [https://www.midifan.com/modulearticle-detailview-444.htm 解读模拟合成器『1』--震荡器与波形] |
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2023年7月22日 (六) 14:04的版本
减法合成是一种利用滤波器”减去“有大量谐波的原始信号中部分谐波来创造音色的声音合成方法。减法合成是最早被电子合成器使用的合成技术[1]，也是目前最主要的合成技术之一[2]。许多数字合成器、虚拟模拟合成器和软件合成器都在或独立，或与其他方法结合地使用减法合成。 [3]
概述
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流程
减法合成的流程可以简单概括为：振荡器或噪声发生器产生原始的声音“原料”，然后由滤波器削弱（“减”掉）不需要的部分频率分量，同时通过带有包络的放大器模块等调节音量和截止频率等参数，得到需要的声音。
振荡器
作为合成素材的原始波形一般都需要具有丰富的谐波，以下是一些常见的波形[4]：
- 锯齿波，明亮，包含所有整数倍谐波。适于模仿弦乐器、贝斯和铜管乐的声音。
- 方形波，声音有“吹管”感，仅包含奇数倍谐波。适于模仿长笛类木管乐以及贝斯的声音，有时也用来合成打击乐声。
- 三角波，类似方波，但更加“柔和”，仅包含奇数倍谐波，比方波在高频衰减更快，几乎只包含前五个泛音。适于模仿木管乐器和叠加声音使其变“厚”。
- 正弦波，清晰、柔和，仅包含基频。适于模仿音叉、口哨之类“纯净”的声音。（注：由于纯正弦波不包含任何谐波，因此无法通过线性滤波来改变音色）
一些合成器会使用更复杂的波形（如 Synapse Audio DUNE[5]），甚至是声音采样（如 iZotope Iris[6]）来作为原始波形，这可以为声音带来更多变化。
可以用一些方式来调整振荡器产生的声音，例如脉宽调制（只用于方波）、多个振荡器的环形调制、频率调制、幅度调制、相位调制，以及两个振荡器的硬同步（通常简称为同步），虽然这些调制严格来说超出了减法合成的范围，但大部分“减法合成器”都带有其中的一个或多个功能。
滤波器
根据削弱声音“部分”的不同（频率分布），滤波器包括了低通滤波器（削弱高频）、高通滤波器（削弱低频）、带通滤波器（只保留特定频段，高通和低通的组合）、带阻滤波器（削弱特定频段，又称为“陷波滤波器”）和梳状滤波器。是最常见、最重要的滤波器是低通滤波器，许多合成器（例如 Minimoog[7]）只有一个低通滤波器。
这些滤波器听起来是这个样子：
低通滤波器：
带有共振的低通滤波器：
高通滤波器：
带通滤波器：
带阻滤波器：
在减法合成中，滤波器最重要的参数是截止频率（信号开始大量衰减的转折点）。与名字暗示的不同，高于截止频率的部分并不会被完全消除，而是随着与截止频率距离的增加而衰减。这个衰减过程的速度被称为滤波器的“斜率”，以每倍频程分贝数(dB/octave) 为单位。高斜率下声音转变剧烈，低斜率时声音转折比较柔和。大多数合成器的滤波器斜率在 12 到 24 dB/八度之间。
滤波器通常还具有所谓的共振，共振会提高截止频率附近的信号能量，使声音带有新的，听起来更响亮特质。
对于大多数合成器，滤波器的截止频率、共振，以及声音的调制都可以通过控件手动控制，也可以通过包络或LFO等调制器自动控制。
减法合成的代表性声音之一，就是滤波器截止频率在整个频率范围里快速扫过，就像这样：
放大器
经过滤波器部分后，信号被发送到放大器，来得到音量随时间变化的声音。这种变化也是合成出的声音特性的一部分。例如，打击乐总有一个短促的音头和相对较长的声音自由减弱部分，而吹管乐器则会随着吹奏者的气息慢慢变大声，一直持续，而在吹奏者不再吹气之后立即停止。
在大部分合成器中，这种音量的变化是通过一种被称为“起音-衰减-持续-释放（ADSR）”的四段包络控制的。如上面“滤波器”一节所言，这种包络也可以用来控制其他参数，以达到对声音的控制。
此外，低频振荡器（LFO）也是减法合成中的重要元素，它会随着时间的推移缓慢振荡，用这种振荡信号调制合成中的参数，能够产生动态变化的声音。
示例
人声
为了理解减法合成的基本概念，可以类比一下人类的发声方式：想象人类说话、唱歌或发出其他声音的场景，这时声带可以视作振荡器，口腔和喉咙则可以看作滤波器。想象以同样的音高唱出“唔-” [uː]和“啊-” [ɑː]，并试着分辨这两种情况之间的区别。在这两种情况下，声带产生的声音都非常相似——都是谐波丰富的声音。两者之间的区别在于口腔和喉咙的滤波方式。嘴部不同的形状，决定了滤波器的频率响应，也就确定了哪些谐波将被削弱（”减“掉）。 “啊-”声音中仍然存在大部分原始谐波； “唔-”的声音则已经消除了大部分（更准确地说，那些谐波的幅度被减少了）。控制口腔这个滤波器，逐渐把声音从“唔-”变为“啊-”，再变回来，就完成了一次”频谱上的滑音“，而这正是吉他哇音效果的基础。
人类还能够通过发出“嘶嘶”声来产生近似白噪声的声音。想要“合成”（或者更普通地说，模仿）喷气式飞机着陆的声音，就要通过改变嘴的形状来逐渐消除白噪音的高频部分，直到得到粉噪声。
另一个“滤波”白噪音的例子，则是试着轻声而拉长地说“书”字，感受“sh（ㄕ）”发音的变化。或者嘴里持续发出“sh”声音的同时，从咧嘴微笑变为皱起眉头或接吻的表情。
这种”给白噪声做滤波“的操作，在电子乐器中被用于合成海浪声和风声，以及创建军鼓和其他打击乐的声音。
电子合成器
电子乐器中常用到减法合成，这里的例子是用计算机程序创建的，旨在模仿模拟电路的减法合成器。在这里，我们试着用减法合成器来模仿拨弦的声音。
严格来说，这个例子并不完全属于减法合成，而是加法合成（叠加振荡器）、脉宽调制合成（调节振荡器音调）与减法合成（用滤波器处理声音）的组合。
首先，准备两个产生相对复杂且谐波丰富的波形的振荡器，这里用的是方波：
添加脉宽调制以实现动态变化的音调：
把两个声音混合在一起。下面的例子中，两个声音是等量混合的，但实际上可以使用任何比例。
混合后的结果被送入压控放大器，从而具有音量的ADSR包络。换句话说，它的音量根据预设模式改变。下面是一个模拟弹拨弦的包络：
接着，声音通过一个低通滤波器：
一般的拨弦声音都会首先衰减高频，因此，为了更好地模拟弹拨琴弦的声音，滤波器的截止频率需要从一个中间值开始，并逐渐压低，就像这样：
加上一个琶音器，发出有节奏和音高变化的声音：
应用
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参见
参考文献
- ^ Valimaki, Vesa; Huovilainen, Antti. Antialiasing Oscillators in Subtractive Synthesis. IEEE Signal Processing Magazine. 2007-03, 24 (2). ISSN 1558-0792. doi:10.1109/MSP.2007.323276.
- ^ Corporation, Roland. Roland - A Beginner’s Guide To Subtractive Synthesis. Roland. [2023-07-22].
- ^ Collins, Karen. Game Sound: An Introduction to the History, Theory, and Practice of Video Game Music and Sound Design. MIT Press. : 10. ISBN 9780262033787 （英语）.
- ^ 振荡器. Apple Support. [2023-07-21] （中文（中国大陆））.
- ^ Software, Synapse Audio. Synapse Audio Software DUNE 3. www.synapse-audio.com. [2023-07-21] （波兰语）.
- ^ Iris 2—Sample Manipulation Synth. iZotope. [2023-07-21] （英语）.
- ^ Minimoog Model D. Moog music. [2023-07-21] （英语）.
外部链接
- AMS - 基于ALSA框架的免费软件模块合成器
- 减法合成器的工作原理 - Apple Logic Pro 帮助文件中对减法合成器原理的描述，不与特定DAW或合成器相关
- Subtractive Synthesis: Learn Synthesizer Sound Design | LANDR Blog
- 解读模拟合成器『1』--震荡器与波形