圖 1: 一個簡易的合成器信號流

我把本系列的第 1 至第 9 篇文章中的各個核心的音頻部件總結成了圖 1，一個簡單但可用的合成器信號流。可以看到，音頻信號的源頭是一個音色發生器（振蕩器）。其輸出的音頻信號首先經過濾波器，然后是放大器，最后被輸出至外部的世界。包絡發生器分別在第二和第三階段通過濾波器和放大器對音色的亮度和響度進行「塑形」（為了便于理解，圖中我用粗箭頭表示音頻信號，細箭頭表示控制信號，同時我在圖中省略了音高 CV、觸發器和門限的信號）。

現在讓我們想象一個演奏小提琴或大提琴的樂手。你或許知道，提琴的音高取決于演奏者將琴弦向琴頸處按壓的位置。琴弦的有效長度越短，聲音的音高就越高。如果你有仔細觀察過提琴演奏，你會發現提琴手在進行演奏時會經常在琴頸上前后顫動手指。提琴手每顫動一次手指，琴弦的長度就將會隨之進行輕微地縮短或延長（這一動作也會使琴弦的張力發生輕微變化，但這里我們暫且不考慮這一點）。琴弦長度的改變也隨之造成音高的輕微升高或降低，從而制造出顫音效果。圖 2 展示的是一個平穩音符的音高被顫音調制的效果。類似地，圖 3 展示的是一段時間段內顫音對于波形的（經過放大的）影響。

圖 2: 將這一調制波形施加至振蕩器的頻率控制上可以造成短暫的顫音

圖 3: 添加了顫音的三角波波形

在模擬合成器上可以十分簡單地重現這一效果。或許你們中的大多數人已經知道該如何操作：只需要將控制電壓施加至振蕩器上，從而使其音高進行輕微地升高或降低。

圖 4: 為我們的簡易合成器添加顫音

觀察圖 4，你會發現這里我們使用低頻振蕩器（LFO）制造 CV（調制波形）。你還可以看到有一個用來控制調制電壓振幅的 VCA，這一 VCA 自身則由調制輪控制。這一配置中的 VCA 和調制輪的存在十分重要，因為沒有 VCA 和調制輪，我們就無法簡單地對顫音的幅度進行控制，從而導致十分不協和的效果。

接下來讓我們討論一下震音。許多人經常把顫音（vibrato）和震音（tremolo）搞混，但兩者的區別其實十分簡單。顫音指的是聲音音高的周期性變化，而震音則是指聲音響度的周期性變化（見圖 5）。圖 6 和圖 3 的刻度完全相同，但該圖的形狀卻與圖 3 有明顯的差別，可以看到，這一音符的頻率保持恒定，但其音量隨時間進行變化。

圖 5: 將該控制波形施加至 VCA 上可以造成短暫的震音

圖 6: 添加了震音的三角波波形

現在我們理解了顫音和震音兩者的差異，不難想象合成器是如何將這它們區別開來的。顫音需要對振蕩器的音高進行調制，而震音則需要對信號鏈末尾的音頻放大器的增益進行調制，見圖 7。

圖7: 為我們的簡易合成器添加震音

第三種常見的調制效果是對合成器的壓控濾波器進行調制（圖 8）。該效果或許沒有顫音或震音那么容易理解。使用 LFO 對濾波器的截止頻率進行調制時，通過對 LFO 的頻率進行調整，可以制造出三種十分不同的效果。LFO 的頻率最慢時（比如說 0.1Hz），你可以得到一種緩慢的濾波器掃頻聲，這一效果對于氛圍音樂十分實用。如果把 LFO 頻率提升至 1 到 2Hz，掃頻聲將會變成哇聲效果。如果你將 LFO 的頻率進一步提升，使其到達至次聲頻率的上限位置處（大約 10 到 20 Hz），可以得到一種嗥聲效果，十分適合用來模擬管樂器的聲音。

圖 8: 將該控制波形施加至濾波器的截止頻率上可以造成短暫的嗥聲效果

濾波器調制效果很難使用波形表示，因為濾波器調制造成的波形變化十分微小（見圖 9、10）。不過你可以很容易地聽到這一效果，濾波器調制造成的音頻效果十分明顯，但你需要使用示波器才可以看到當截止頻率變低，波形的邊緣會變得些許圓滑，高頻諧波的衰減也會導致振幅一定程度地降低。

圖 9: 嗥聲效果對于三角波波形的影響

圖10: 為我們的簡易合成器添加濾波器掃頻、哇聲以及嗥聲效果

當然，你完全可以同時使用顫音、震音和濾波器調制三種效果。許多強大的合成器會允許你使用 LFO 調制上述三者中的任意一個。一些更高端的合成器還會提供多個具有調制深度控制功能的 LFO，從而允許你對多個參數同時進行調制。調制深度控制器可以包含調制輪，鍵盤觸后以及踏板控制。圖 11 或許看上去十分復雜，但它其實將一個包含三個 LFO 以及多個調制控制器的合成器以易于理解的流程圖表示了出來。

圖 11: 一個擁有三個 LFO 以及多個調制控制器的簡易合成器

不過，大多數情況下我們并不需要三個單獨的控制器同時控制三個調制 VCA 的調制幅度。因此大多數合成器會包含用于切換不同調制源以及調制對象的開關。合成器制造的音色以及合成器的演奏方式將受如何對參數進行調制以及使用什么樣的控制器對調制幅度進行控制影響。

大多數強大的模擬合成器還具備另外一種常見的調制方式。要對該調制方式進行理解，首先讓我們回顧我在本系列的第四篇文章，對低通濾波器進行討論時介紹的一種波形——方波（square wave）。我們之所以管它叫方波并不是因為它的形狀是完全的正方形，而是因為它是一個波形在峰值與最低處持續的時間相等的脈沖波，見圖 12。

圖 12: 一個方波波形

很顯然，方波是一類叫做脈沖波（pulse wave）的波形中的一個特例。所有脈沖波都具有同樣的「矩形」形狀，然而不同的脈沖波在「頂部」和「底部」處擁有不同的時值。脈沖波在波形頂部維持的時間和一個周期的總時間的比例叫做這一波形的「占空比（duty cycle）」。因為方波在波形頂部持續的時間正好是波形周期的一半，所以說方波的占空比為 1: 2，即百分之 50。一個頂部時間占據周期三分之一的脈沖波的占空比為 1: 3，即百分之 33.3，頂部時間為周期四分之一的脈沖波的占空比則為 1: 4，百分之 25，以此類推（見圖 13、14）。

圖 13: 一個占空比為百分之 33.3 的脈沖波

圖 14: 一個占空比為百分之 25 的脈沖波

注意：你可能會在一些地方看到占空比大于百分之 50 的波形。實際上，對于任何處于 0 到 50 之間的數字 X 來說，占空比為 50 + X 和占空比 50 - X 的波形其實完全一致，不過兩者的相位處于相反的位置。本文我們暫且不對波形的相位進行討論。

占空比不同的鋸齒波形彼此的聲音特征具有明顯的差異。占空比較短（約百分之 5 到百分之 10）的脈沖波具有稀薄的聽感，通常用于制作雙簧管等樂器的音色。占空比越接近百分之 50，聲音就越變得越厚重，占空比為百分之 50 的方波具有典型中空的特征，適合用于模擬單簧管以及其他「木制」樂器的音色。

這些音色變化是由各個波形的諧波成分以及各個諧波的振幅差異所造成的。我們可以簡單地將脈沖波的占空比以及對應波形的諧波分布用下面一條規律總結:

脈沖波和鋸齒波具有相同的諧波分布，然而對于占空比為 1 比 n（n為整數）的脈沖波來說，其頻譜中的每 n 個諧波的振幅為 0。

（如果你不清楚鋸齒波具有什么樣的諧波分布，請回顧本系列的第 1 篇文章。）

了解了該條規律之后，讓我們回過頭來再考慮一下方波。方波的占空比為 1: 2，所以依據上面的規律我們可以推斷方波的所有偶數倍諧波的振幅均為 0。換句話說，方波并不具備偶數諧波，它的頻譜完全由第 1、第 3、第 5、第 7 等等奇數諧波構成。

接下來讓我們考慮一下圖 13 和圖 14 中的兩個脈沖波。它們的占空比分別為 1:3 和 1:4。因此，前者的頻譜由第 1、第 2、第 4、第 5、第 7、第 8 等等諧波諧波構成，3 的倍數的諧波均不存在。圖 14 的頻譜則由第 1、第 2、第 3、第 5、第 6、第 7、第 9、第 10 等等諧波構成，4 的倍數的諧波均不存在。

你可能會問，當占空比的比例為非整數倍的時候會發生什么呢？比如說，一個占空比為百分之 28.5 的脈沖波的諧波構成會是什么樣的呢？答案很簡單，因為百分之 28.5 的位置處于占空比 1:3 與 1:4 之間，3 的倍數的諧波將會被一定程度地削減，4 的倍數的諧波的振幅也同樣地會被減弱，不過并不會從頻譜中完全消失。

希望通過上面的介紹，你已經對于脈沖波擁有了一定的了解。因為現在我們要將脈沖波的脈沖寬度和調制的相關知識結合起來，從而引入…脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation）。脈沖寬度調制需要使用一個 CV 輸入對振蕩器進行調制，不過這里我們調制的并非振蕩器的振蕩頻率，而是脈沖波振蕩器的占空比。如果使用 LFO 對脈沖寬度進行調制，我們可以得到類似圖 15 的脈沖波形。這一調制的流程如圖 16 所示。

圖 15: 經過脈沖寬度調制的脈沖波波形

圖 16: 使用 LFO 對脈沖寬度進行調制

圖 16 中的調制配置十分常見，它可以制作出許多模擬合成器經典的豐滿的「合唱（choruse）」效果。雖然脈沖寬度調制通常只運用于脈沖波波形，但許多合成器允許你向鋸齒波等波形施加脈沖寬度調制。當然，該類調制并無法使用脈沖的占空比描述，管它們叫做脈沖寬度調制其實并非準確。不過該類功能可以幫助我們制作出更加細致、豐富的音色。
脈沖寬度調試適合用于制作弦樂合奏音色以及豐滿的合成器 lead 音色。但不要將其和市面上以及合成器內置的合唱效果器搞混。這類合唱效果器的原理是將樂器輸出的最終信號分為兩路，然后對其進行延遲或調制處理。脈沖寬度調制而是通過對振蕩器的各個諧波的響度進行調制，從而獲得獨特的音色效果。