減法合成
減法合成是一種利用濾波器」減去「信號中部分諧波來創造音色的聲音合成方法，其中的輸入信號通常是諧波豐富的信號，例如20 世紀60至70年代模擬合成器中的鋸齒波、脈衝波或方波。許多數字合成器、虛擬模擬和軟件合成器都在或獨立，或與其他方法結合低使用減法合成。 [1]
概述
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流程
減法合成的流程可以簡單概括為：振盪器或噪聲發生器產生原始的聲音「原料」，然後由濾波器削弱（「減」掉）不需要的部分頻率分量，同時通過帶有包絡的放大器模塊等調節音量和截止頻率等參數，得到需要的聲音。
振盪器
作為合成素材的原始波形一般都需要具有豐富的諧波，以下是一些常見的波形[2]：
- 鋸齒波，明亮，包含所有整數倍諧波。適於模仿弦樂器、貝斯和銅管樂的聲音。
- 方形波，聲音有「吹管」感，僅包含奇數倍諧波。適於模仿長笛類木管樂以及貝斯的聲音，有時也用來合成打擊樂聲。
- 三角波，類似方波，但更加「柔和」，僅包含奇數倍諧波，比方波在高頻衰減更快，幾乎只包含前五個泛音。適於模仿木管樂器和疊加聲音使其變「厚」。
- 正弦波，清晰、柔和，僅包含基頻。適於模仿音叉、口哨之類「純淨」的聲音。（註：由於純正弦波不包含任何諧波，因此無法通過線性濾波來改變音色）
一些合成器會使用更複雜的波形（如 Synapse Audio DUNE[3]），甚至是聲音採樣（如 iZotope Iris[4]）來作為原始波形，這可以為聲音帶來更多變化。
可以用一些方式來調整振盪器產生的聲音，例如脈寬調製（只用於方波）、多個振盪器的環形調製、頻率調製、幅度調製、相位調製，以及兩個振盪器的硬同步（通常簡稱為同步），雖然這些調製嚴格來說超出了減法合成的範圍，但大部分「減法合成器」都帶有其中的一個或多個功能。
濾波器
根據削弱聲音「部分」的不同（頻率分佈），濾波器包括了低通濾波器（削弱高頻）、高通濾波器（削弱低頻）、帶通濾波器（只保留特定頻段，高通和低通的組合）、帶阻濾波器（削弱特定頻段，又稱為「陷波濾波器」）和梳狀濾波器。是最常見、最重要的濾波器是低通濾波器，許多合成器（例如 Minimoog[5]）只有一個低通濾波器。
這些濾波器聽起來是這個樣子：
低通濾波器：
帶有共振的低通濾波器：
高通濾波器：
帶通濾波器：
帶阻濾波器：
在減法合成中，濾波器最重要的參數是截止頻率（信號開始大量衰減的轉折點）。與名字暗示的不同，高於截止頻率的部分並不會被完全消除，而是隨着與截止頻率距離的增加而衰減。這個衰減過程的速度被稱為濾波器的「斜率」，以每倍頻程分貝數(dB/octave) 為單位。高斜率下聲音轉變劇烈，低斜率時聲音轉折比較柔和。大多數合成器的濾波器斜率在 12 到 24 dB/八度之間。
濾波器通常還具有所謂的共振，共振會提高截止頻率附近的信號能量，使聲音帶有新的，聽起來更響亮特質。
對於大多數合成器，濾波器的截止頻率、共振，以及聲音的調製都可以通過控件手動控制，也可以通過包絡或LFO等調製器自動控制。
減法合成的代表性聲音之一，就是濾波器截止頻率在整個頻率範圍里快速掃過，就像這樣：
放大器
經過濾波器部分後，信號被發送到放大器，來得到音量隨時間變化的聲音。這種變化也是合成出的聲音特性的一部分。例如，打擊樂總有一個短促的音頭和相對較長的聲音自由減弱部分，而吹管樂器則會隨着吹奏者的氣息慢慢變大聲，一直持續，而在吹奏者不再吹氣之後立即停止。
在大部分合成器中，這種音量的變化是通過一種被稱為「起音-衰減-持續-釋放（ADSR）」的四段包絡控制的。如上面「濾波器」一節所言，這種包絡也可以用來控制其他參數，以達到對聲音的控制。
此外，低頻振盪器（LFO）也是減法合成中的重要元素，它會隨着時間的推移緩慢振盪，用這種振盪信號調製合成中的參數，能夠產生動態變化的聲音。
示例
人聲
為了理解減法合成的基本概念，可以類比一下人類的發聲方式：想像人類說話、唱歌或發出其他聲音的場景，這時聲帶可以視作振盪器，口腔和喉嚨則可以看作濾波器。想像以同樣的音高唱出「唔-」 [uː]和「啊-」 [ɑː]，並試着分辨這兩種情況之間的區別。在這兩種情況下，聲帶產生的聲音都非常相似——都是諧波豐富的聲音。兩者之間的區別在於口腔和喉嚨的濾波方式。嘴部不同的形狀，決定了濾波器的頻率響應，也就確定了哪些諧波將被削弱（」減「掉）。 「啊-」聲音中仍然存在大部分原始諧波； 「唔-」的聲音則已經消除了大部分（更準確地說，那些諧波的幅度被減少了）。控制口腔這個濾波器，逐漸把聲音從「唔-」變為「啊-」，再變回來，就完成了一次」頻譜上的滑音「，而這正是結他哇音效果的基礎。
人類還能夠通過發出「嘶嘶」聲來產生近似白噪聲的聲音。想要「合成」（或者更普通地說，模仿）噴氣式飛機着陸的聲音，就要通過改變嘴的形狀來逐漸消除白噪音的高頻部分，直到得到粉噪聲。
另一個「濾波」白噪音的例子，則是試着輕聲而拉長地說「書」字，感受「sh（ㄕ）」發音的變化。或者嘴裏持續發出「sh」聲音的同時，從咧嘴微笑變為皺起眉頭或接吻的表情。
這種」給白噪聲做濾波「的操作，在電子樂器中被用於合成海浪聲和風聲，以及創建軍鼓和其他打擊樂的聲音。
電子合成器
電子樂器中常用到減法合成，這裏的例子是用電腦程式創建的，旨在模仿模擬電路的減法合成器。在這裏，我們試着用減法合成器來模仿撥弦的聲音。
嚴格來說，這個例子並不完全屬於減法合成，而是加法合成（疊加振盪器）、脈寬調製合成（調節振盪器音調）與減法合成（用濾波器處理聲音）的組合。
首先，準備兩個產生相對複雜且諧波豐富的波形的振盪器，這裏用的是方波：
添加脈寬調製以實現動態變化的音調：
把兩個聲音混合在一起。下面的例子中，兩個聲音是等量混合的，但實際上可以使用任何比例。
混合後的結果被送入壓控放大器，從而具有音量的ADSR包絡。換句話說，它的音量根據預設模式改變。下面是一個模擬彈撥弦的包絡：
接着，聲音通過一個低通濾波器：
一般的撥弦聲音都會首先衰減高頻，因此，為了更好地模擬彈撥琴弦的聲音，濾波器的截止頻率需要從一個中間值開始，並逐漸壓低，就像這樣：
加上一個琶音器，發出有節奏和音高變化的聲音：
應用
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參見
參考文獻
- ^ Collins, Karen. Game Sound: An Introduction to the History, Theory, and Practice of Video Game Music and Sound Design. MIT Press. : 10. ISBN 9780262033787 （英語）.
- ^ 振荡器. Apple Support. [2023-07-21] （中文（中國大陸））.
- ^ Software, Synapse Audio. Synapse Audio Software DUNE 3. www.synapse-audio.com. [2023-07-21] （波蘭語）.
- ^ Iris 2—Sample Manipulation Synth. iZotope. [2023-07-21] （英語）.
- ^ Minimoog Model D. Moog music. [2023-07-21] （英語）.
外部連結
- AMS - 基於ALSA框架的免費軟件模塊合成器
- 減法合成器的工作原理 - Apple Logic Pro 幫助文件中對減法合成器原理的描述，不與特定DAW或合成器相關