合成器的波形都是相同的,为何声音不同?

两年前我写了一个知乎回答,现在翻到便更新了一些内容,突然觉得这篇回答的内容还是蛮适合作为一篇博客文章的,搬运一下,希望对各位有帮助robert-moog-moog-board-inventor-getty-images-3207324-768x768

实际上大部分合成器,无论是模拟的还是数字的,它们的波形都不是完全相同的

让我们从模拟合成器开始

首先,在模拟合成器的年代,即使我们选择了相同的波形,由于电路设计不同,输出的实际波形是有差异的,早期Moog的锯齿波波形向外凸,音高有较大漂移,而罗兰DCO的锯齿波就更理想,更尖锐,音高接近完美。到今天,由于电路的老化,甚至是同一款合成器也会听起来不一样
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Bob Moog手绘的vco设计图

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Voyager上的锯齿波

罗兰的Dco震荡器是数字控制的,触发信号由主时钟切分而来,也就意味着所有相同音高的震荡器总会处于一致相位,这从一定程度上减少了声音的密度。为了弥补这一点,Juno系列都有一个低频提升功能,把高通滤波器推子推至最低就可以开启。此外,Juno没有跑调问题,这也造成了演奏和弦的听感与传统模拟合成器差异巨大。
DCO
罗兰的DCO波形塑造电路,可以看到触发三极管给积分电路放电的信号由一个主时钟切分而来

VCO的原理导致了它的音高并不稳定,有个名词叫Oscillator Drift,就是形容音高不稳定的现象(现在的VA合成器为了追求模拟质感也会故意的赋予走音的振荡器)。不同的振荡器的drift风格也不同,minilogue系列合成器会在空闲时自动校准音高,这也导致不同的声音(来源:Aphex twin与tats的访谈)
另外如果你看了很多合成器测评,你会发现高端的合成器(如Moog Matriarch)相较于低端合成器(如Mother-32),即使是同一波形也会有更加丰富的低频,听起来更加饱满,更“hifi”,在电路设计上,因为成本,厂家也会有取舍,
第二,滤波器有很大差异。滤波器是减法合成器的核心部件,分类非常多。
Moog的Ladder设计是最为经典的一种,是24dB/Oct的,据当初的工程师Bill Hemsath说,Minimoog上的滤波器由于一个计算错误被过载了12dB左右,造成声音极具冲击力。

"Our instrument has punch to it, 
because we inadvertently overdrove the filter like crazy."

filter
在开始生产一个月以后,团队发现了这个错误,他们说: Leave it alone!

Korg的MS20上的12dB/Oct滤波器采用了非常不同的设计,在共鸣的反馈回路上增加了一个clipper,在高共鸣时会产生非常狂野的失真效果。而罗兰在Juno60上采用的滤波器设计在高共鸣时可以使声音拥有如玻璃的质感,并且设定的频率是对齐到音高的,很适合用来设计声音。
此外,就算使用了相同的IC,连接方式不同,配合的时间常数不同,也会得到不同的效果,例如Pro-one和SH-101都使用了CEM3340,但是听起来完全不一样,当然,滤波器乃至vca都会影响声音听感,据说ARP Axxe的vca非常出彩。
Jupiter-6
罗兰Jupiter-6的滤波器,在Juno60上也在使用,当时的滤波器多已ic化,模块化

![ladder filter](/images/ladder filter.gif)
1969年专利,Moog的ladder滤波器,一代经典,后来的设计多用运放代替三极管

![ms20 filter](/images/ms20 filter.jpg)
Korg Ms20的滤波器,注意D1 D2两个削波二极管

第三,调制上有许多区别。光是影响波形的调制方式就有非常多——Hard Sync、FM、AM、WaveFold、PWM等等,由于各家的电路不可能完全一致,因而同样的信号也会产生不同的结果,而之前提到,各家的振荡器本身就有很大差异,在调制中,这种差异又被成倍放大。例如FM就有线性FM,指数FM,其中又分成过零FM和单向FM,这在模块合成器中体现的尤其明显。
调制源本身也有差异,例如SH-101的包络是非线性的,可以听到有趣的衰减过程;DX7的包络有多个衰减环节,可以创造出富有变化的调制;Waldorf Blofeld可以用振荡器输出作为滤波器的过载曲线,这些都是它们独特的地方。
![pro one](/images/pro one.jpg)
Sequential Pro-1,其标志性的Hardsync音色广泛出现于摇滚乐之中

第四,是技术进步带来的声音变化,简单来说就是能做的事情更多了。数字时代,各种新的合成引擎和算法层出不穷,为更多声音创造了基础。例如罗兰的JP-8000,其SuperSaw波形是由7个解谐的锯齿波组合而成,这在此前是想都不敢想的。
JP-8000
罗兰JP-8000,定义了Trance音乐的经典声音

采样器的存在也大大改变了“合成器”的定义,罗兰D50为代表的合成器将采样与减法合成结合起来,实现了更真实的声音,声部叠加也是一个新概念。
还有,国产的Hydrasynth。在数学天才陈洁珺的帮助下实现了非常精确非常夸张的的调制算法,结合新的WaveMorph引擎,可以在波表间平滑变换,必然产生前所未有的声音。
所以不同合成器声音听起来不同几乎是必然的,就像造楼房的混凝土几乎没有差别,建筑样式却层出不穷。这也是为什么合成器不存在更新换代的原因,每一台合成器的声音都是独特的,是无法被替代的,就不难理解为什么一个人会拥有各种不同的合成器了,

另外一点是合成器的能力被很多人低估了,许多人也没有掌握完备的声音设计知识(当然这很难)。808的声音都是通过模拟电路合成出来的,而电子音乐中的电子鼓也是合成出来的,它们的原理与其它合成器并无本质差别。再看最近几年重新火起来的Eurorack模块合成器,各样的新模块重新定义了声音的边界,你会发现,限制声音的是操作合成器的人