你現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)了解大多數(shù)自然界中的聲音，因為其發(fā)聲物體的構(gòu)造與特性不同，導致了其復(fù)雜的諧波結(jié)構(gòu)。另外，無論你怎樣演奏或者錄制打擊樂器，其音色都會和管弦樂器等其他「傳統(tǒng)」樂器相比有明顯差異。但為了理解并使用合成器來合成音色僅僅知道這兩點還遠遠不夠，你還需要了解如何使用控制器與調(diào)制器來塑造你聽到的聲音。不妨這樣想：如果只需要諧波構(gòu)成就能完美重現(xiàn)一個音色的話，那么合成器廠商就不會浪費大筆錢為他們的產(chǎn)品添加濾波器和包絡(luò)發(fā)生器等等「沒用」的功能了。那么本文就讓我們來看看如何為冰冷的振蕩器聲音添彩，合成出更加自然、生動的音色吧。

沒有聲音可以完全用其諧波構(gòu)成來定義。盡管是音調(diào)和音量聽起來都沒有變化的聲音，也肯定有聲音開始與結(jié)束的階段，也就是說它的響度一定會有一個動態(tài)的輪廓。

拋開聲音開始與終止的階段不談，如果一個聲音的音色完全保持靜止，那么從音樂角度上講這一定是一個無聊的聲音。由于自然界中不存在完全靜止或停滯的聲音，所以你很可能只能夠通過信號發(fā)生器（比如模擬合成器的振蕩器）才可以聽到這樣的聲音。信號發(fā)生器可以產(chǎn)生波動的電壓，將其使用放大器放大之后使用揚聲器播放，即可將電壓轉(zhuǎn)化為你可以聽到的聲音（見圖 1）。

圖 1：信號發(fā)生器的信號流

讓我們把這一過程變得有趣一些，假設(shè)圖 1 中的放大器就是你音響的放大器，雖然信號發(fā)生器正在生成一個音調(diào)，但是音量旋鈕被擰到了零點，所以你現(xiàn)在聽不到任何聲音。現(xiàn)在想象你順時針轉(zhuǎn)動音量旋鈕，到音量最大的位置之后再將其逆時針擰回零點，這一過程中聲音由零漸漸變大，然后又漸漸再次靜止。

圖 2 ：使用控制器控制放大器的音量

如圖 2，上述過程中轉(zhuǎn)動放大器的旋鈕實際上是為放大器添加了一個控制器，從而使得音頻信號隨之更改。但是每演奏一個音符都要手動轉(zhuǎn)動一次旋鈕顯然并不現(xiàn)實，也很難保證每次都能得到理想、精確的結(jié)果。你需要一個精準的控制器信號來控制聲音的響度，因此我們需要引入電壓控制（Voltage Control）這一重要概念。

想象圖 2 中的控制器也是一種波動的電壓，我們將其稱為「控制電壓（Control Voltage，簡寫為 CV）」。我們暫時不考慮控制電壓是如何被生成的，只需要知道為放大器的「控制器」輸入施加一定幅度的電壓，放大器就能隨之為音頻信號提供相應(yīng)幅度的增益，這也就是壓控放大器（Voltage Controlled Amplifier，簡寫為 VCA）的工作原理。現(xiàn)在讓我們來看看使用什么工具可以生成控制放大器的 CV。

讓我們重新回到上文調(diào)節(jié)音響音量旋鈕的例子中。假如說音響的音量旋鈕被調(diào)到最低時其被施加的 CV 為 0 伏特（0V），這時音頻信號增益為 0；音響的音量開到最大的時候 CV 是 10V，音頻信號的增益此時最大。這樣轉(zhuǎn)動音量旋鈕的過程就可以被電壓的變化過程替代，比如說，CV 最開始為 0V，漸漸升高至 10V，接著降至 5V，然后保持這一狀態(tài)一小會，之后又漸漸降至 0V。將這一過程用圖形表示就得到了圖 3。

圖 3：控制電壓隨時間的變化（左）與聲音響度隨時間的變化（右）

可以看到，CV 的輪廓與聲音響度的輪廓完全一致。換句話說，你使用了 CV 控制聲音在任意時間片刻的響度。圖 3 中展示的形狀被稱為「包絡(luò)（Envelopes）」，可以生成上述包絡(luò)的設(shè)備被稱為「包絡(luò)發(fā)生器（Envelope Generator，簡稱 EG）」。EG 有很多種不同的類型，但不管是簡單的 EG 還是復(fù)雜的 EG，它們都具備一個共同點：每次 EG 被觸發(fā)都會生成一個連續(xù)的包絡(luò)，其產(chǎn)生的 CV 與 CV 變化時間都相同（前提是 EG 本身沒有通過其他方式或者信號被調(diào)制）。

最著名的，同時也是合成器歷史中很長一段時間內(nèi)最常見的包絡(luò)發(fā)生器叫做 ADSR。ADSR 是該 EG 四個階段：起音（Attack）、衰減（Decay）、延音（Sustain）、釋音（Release）的縮寫。其中起音、衰減與釋音三個參數(shù)描述的是該階段的時間，剩下的一個延音描述的是該階段的電壓幅度（見圖 4）。

圖 4：一個 ADSR 包絡(luò)

從很多角度上講，ADSR 都是一個極其偉大的發(fā)明，雖然它極為簡單，但使用 ADSR 我們可以模擬出大量真實樂器的音量輪廓。

比如說，想象管風琴、長號以及雷鳴聲等不同聲音，以及如何使用 A、D、S、R 四個階段描述它們的響度輪廓。記住：

• 起音（Attack）決定了聲音從零開始到達其最高響度所需的時間；
• 衰減（Decay）決定了聲音從最高響度下降至延音階段所需的時間；
• 延音（Sustain）決定了直到釋音階段之前聲音需要保持的響度；
• 釋音（Release）決定了音量從釋音階段下降至最終音量（通常為零）所需的時間。

管風琴起音十分迅速，直到演奏者松開鍵盤之前管風琴會一直保持其最大音量，因此管風琴的響度包絡(luò)看起來像一個精準的長方形。實際上，這個包絡(luò)形狀與管風琴的音色特征及其相關(guān)，所以這類形狀的包絡(luò)通常又被稱為「管風琴包絡(luò)」，即使是在它被用于與管風琴完全不相干的音色的時候。

相反，長號的「語速」與管風琴相比要慢得多，其響度的最高值往往在起音階段的末尾，在此之后其響度會下降至一個較低的延音值。樂手停止吹奏之后，聲音會隨之迅速降低至零。

雷聲的響度包絡(luò)與上述兩種樂器區(qū)別較大，其響度的上升速度較為緩慢，并且沒有衰減和延音階段，音量達到頂峰之后立即慢速降低至零。

圖 5：長號（上）、管風琴（中）與雷聲（下）的音量包絡(luò)

從圖 5 中可以看到，不同音色的音量包絡(luò)彼此差別可能會十分巨大。讓我們先從長號說起：長號的音量包絡(luò)需要 ADSR 的全部四個階段，起音、衰減與釋音時間都較為中等，延音階段的音量也比較中等。管風琴的音色包絡(luò)顯然較為簡單，只需起音、延音與釋音三個階段，起音與釋音十分迅速，時間幾乎為零，延音階段保持最大的音量。相比之下，雷聲則只運用了 ADSR 中的起音與衰減，完全沒有延音和釋音階段。

圖 2 中的「控制器」是一個寬泛的概念。無論你怎樣調(diào)整包絡(luò)發(fā)生器的參數(shù)，只要它連接的是合成器的 VCA，并且你可以隨意觸發(fā)其控制音色的參數(shù)，那么它就可以被稱為「控制器」（見圖 6）。

圖 6：包絡(luò)發(fā)生器作為控制器，控制 VCA 的音量參數(shù)

讓我們回過頭來看震蕩器的概念，你可能還記得我們在本系列的第一篇文章中說明了每個具有調(diào)性的音色都有一個基礎(chǔ)頻率，該頻率由震蕩器最簡單的震動模式產(chǎn)生。如果該基礎(chǔ)頻率位于 20Hz（每秒鐘震動 20 次）與 20kHz（每秒鐘震動 20000 次）之間，那么你在聆聽這一聲音的時候就可以感知到一個固定的音高。

讓我們再次回到音響和音量旋鈕的比喻中。如果你以每秒鐘一到兩次的速度來回旋轉(zhuǎn)音響的音量旋鈕，那么你就會為音響的聲音引入另一個周期性變化的效果：震音（tremolo）。用手周期性來回旋轉(zhuǎn)音量旋鈕的過程實際上是為音響的音量施加了一個震蕩器，盡管這一震蕩器的震動速度遠遠低于 20 Hz，但它還是可以使音色發(fā)生明顯的變化。

為了達到類似的目的，大多數(shù)合成器都有一個專門的設(shè)備用來生成低頻信號，用于控制合成器的其他參數(shù)，這類設(shè)備叫做「低頻振蕩器（Low-Frequency Oscillators，簡稱LFO）」。大多數(shù)合成器的 LFO 可以生成從 0.1Hz（每十秒為一個周期） 到 20Hz 的低頻信號。這類低頻信號適合用來制作較為簡單的聲音效果，上文提到的震音只是這類聲音效果中的其中一種。如圖 7 所示，為了實現(xiàn)震音，作為控制器，調(diào)制放大器增益的是 LFO 而不是 EG。

圖 7：使用 LFO 控制放大器增益

可能許多讀者并沒有注意到，圖 7 中其實展示了幾乎每個合成器都具備的三個最重要的模塊：

• 信號發(fā)生器——用于生成最基礎(chǔ)的音色；
• 壓控放大器——作為調(diào)制器，調(diào)制由信號發(fā)生器生成的聲音；
• 正弦波 LFO 發(fā)生器，作為控制器，決定調(diào)制器用什么方式調(diào)制信號。

盡管上面的例子非常簡單，但利用這一結(jié)構(gòu)可以合成出極為復(fù)雜的音色。

在一些較為高檔的合成器中，LFO 通常可以生成位于聽覺范圍內(nèi)的高頻信號，并且具有種類豐富的波形。但如果聽覺范圍內(nèi)的 LFO 信號可以用來調(diào)制聲音參數(shù)的話，為什么不可以直接使用信號發(fā)生器呢？當然可以，圖 8 就使用了這一流程，用信號發(fā)生器來調(diào)制放大器的增益，從而生成更加復(fù)雜的音色。

圖 8：使用信號發(fā)生器調(diào)制放大器的增益參數(shù)

本文介紹了控制電壓、包絡(luò)發(fā)生器以及低頻振蕩器三個基礎(chǔ)概念，但為了理解模擬合成器，你還需要理解一個更為重要的概念。

仔細觀察本文中的圖示，我特意將音頻信號以橫向排布，控制信號縱向排布。為了方便理解，你可以認為音頻信號是你可以聽到的信號，控制信號是用于控制你可以聽到什么的信號。但實際上你必須還要從電壓的角度理解上述信號，作為電壓，控制信號和音頻信號其實并沒有任何差別。因此，取決于你以什么方式使用它們，以及將它們放置于什么位置，許多合成器模塊可以同時被用作信號發(fā)生器、調(diào)制器和控制器。

換句話說，模擬合成器以波動的電壓為形式代表音頻信號，同樣類型的波動電壓也可以被用來控制與更改音頻信號。當你在判定一個模塊是音頻模塊還是控制模塊的時候，信號的輸出方向要比信號源更加重要。

這也是對于合成器來說最重要的秘密之一。