模擬的模擬合成器

陳凱

相比數字計算機，模擬計算機中處理的都是狀態連續變化的物理量。用連續變化的物理量作數字符號運算不是件容易的事情，不過在某些特殊的地方，如聲波合成，模擬計算機工作起來得心應手。本文要介紹的實驗，就是在計算機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“電子合成器模擬運算”的過程。雖然這話說起來多少有點拗口，但當前許多全數字的電子合成器，特意提供了用數字技術來模擬“模擬合成器”的功能，以創造出某種懷舊的效果。

本文實驗的目標，是把方波和正弦波這兩種簡單形態的聲波疊加起來，產生出新的聲音，所使用的軟件名叫SynFactory（可從網絡上免費下載到）。該軟件的功能很多，不過實現兩個聲波的疊加還是比較簡單的。在空白的面板上點右鍵，在彈出菜單中選“Frequently used modules”，然后選“OSC”，（即震蕩發生器），在“OSC”中可以設置不同的聲波波形。為了能將聲波疊加起來并發聲，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。為了能讓實驗效果更清晰，不同的“OSC”中的聲波的頻率，也就是“Freq”參數要設的相同。

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OSC發出的聲音，然后再聆聽幾個OSC合成后所發的聲音。那么問題是兩個聲波是如何疊加起來的，其中的“ADD”究竟是什么運算呢？所以就需要把該軟件發出的聲音錄制下來，觀察波形做進一步的分析：選中菜單“Play mode→Record”，為將要錄制的聲音文件起個文件名，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（該軟件可從網絡免費下載到）。用Audacity打開剛才錄制的聲波文件后就可發現，當正弦波和方波疊加合成之后，生成了一種有規律的新波形（如圖2）。這個波形就是對模擬的聲波作“加法”后得到的結果——方波的波峰和正弦波的波峰以及波谷都疊加增強了，新生成的波兼有方波和正弦波這兩種波的形狀。這個波沒有名字，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，當然，他們用的聲波形態，比本文的“方正弦波”要復雜多了。

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