模擬的模擬合成器

陳凱

相比數(shù)字計(jì)算機(jī)，模擬計(jì)算機(jī)中處理的都是狀態(tài)連續(xù)變化的物理量。用連續(xù)變化的物理量作數(shù)字符號運(yùn)算不是件容易的事情，不過在某些特殊的地方，如聲波合成，模擬計(jì)算機(jī)工作起來得心應(yīng)手。本文要介紹的實(shí)驗(yàn)，就是在計(jì)算機(jī)中用軟件的電子合成器模擬器來合成聲波，也就是說，用軟件來模擬“電子合成器模擬運(yùn)算”的過程。雖然這話說起來多少有點(diǎn)拗口，但當(dāng)前許多全數(shù)字的電子合成器，特意提供了用數(shù)字技術(shù)來模擬“模擬合成器”的功能，以創(chuàng)造出某種懷舊的效果。

本文實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，是把方波和正弦波這兩種簡單形態(tài)的聲波疊加起來，產(chǎn)生出新的聲音，所使用的軟件名叫SynFactory（可從網(wǎng)絡(luò)上免費(fèi)下載到）。該軟件的功能很多，不過實(shí)現(xiàn)兩個(gè)聲波的疊加還是比較簡單的。在空白的面板上點(diǎn)右鍵，在彈出菜單中選“Frequently used modules”，然后選“OSC”，（即震蕩發(fā)生器），在“OSC”中可以設(shè)置不同的聲波波形。為了能將聲波疊加起來并發(fā)聲，還要在面板上增添“ADD”和“OUT”模塊，并按圖1將各模塊連接起來。為了能讓實(shí)驗(yàn)效果更清晰，不同的“OSC”中的聲波的頻率，也就是“Freq”參數(shù)要設(shè)的相同。

然后，就可以按下工具欄里的播放按鈕來播放聲音了，建議依次聆聽單個(gè)OSC發(fā)出的聲音，然后再聆聽幾個(gè)OSC合成后所發(fā)的聲音。那么問題是兩個(gè)聲波是如何疊加起來的，其中的“ADD”究竟是什么運(yùn)算呢？所以就需要把該軟件發(fā)出的聲音錄制下來，觀察波形做進(jìn)一步的分析：選中菜單“Play mode→Record”，為將要錄制的聲音文件起個(gè)文件名，然后就可以用工具欄里的“錄制”按鈕錄制聲音了。

錄制好的是一個(gè)WAV文件，為了分析“ADD”模塊具體所起的作用，就要觀察WAV文件的波形形狀，有很多軟件可以用來觀察和編輯聲波波形，如開源的Audacity（該軟件可從網(wǎng)絡(luò)免費(fèi)下載到）。用Audacity打開剛才錄制的聲波文件后就可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)正弦波和方波疊加合成之后，生成了一種有規(guī)律的新波形（如圖2）。這個(gè)波形就是對模擬的聲波作“加法”后得到的結(jié)果——方波的波峰和正弦波的波峰以及波谷都疊加增強(qiáng)了，新生成的波兼有方波和正弦波這兩種波的形狀。這個(gè)波沒有名字，這里姑且稱之為“方正弦波”。這是一種簡單的人造的聲波，一些音樂家，如范吉利斯、富田勛、楊道火等，就非常喜歡使用人造聲波來編配音樂，當(dāng)然，他們用的聲波形態(tài)，比本文的“方正弦波”要復(fù)雜多了。

最后給出一個(gè)有點(diǎn)難度的問題：假如沒有現(xiàn)成的方波，那么能否用多個(gè)正弦波來合成出方波？答案當(dāng)然是肯定的。但怎么用正弦波來制作出方波并將這個(gè)波的聲音播放出來呢？若要解答問題并親自驗(yàn)證，需要綜合數(shù)學(xué)、音樂和計(jì)算機(jī)等多方面的知識。（答案在本期找）endprint