环保工程师知识点：音频合成技术实践

 在音频合成技术实践中，作曲家们力图寻求比加法合成、减法合成更有效率的多种手段，一些合成技术经过发展改进，逐渐成熟，并成为音频合成技术中经较重要的技术手段，这些技术被称作变形合成（Distortion Synthesie）或非线性合成（Nonlinear Synthesis），其具体技术包括声音调制技术、非线性波塑形（Nonlinear Waveshaping）和离散加法法公式（Discrete Summation Formulas）等技术。

所谓声音调制（Modulation），就是通过一个声信号的振幅、频率和相位来修饰（调制）另一个声信号的振幅、频率和相位。被调制信号称作载波体（或叫做载波器，Carrier），调制信号叫做调制体（或叫做调制器Modulator）。

声音调制技术在广播电台声音传播中很早就得以应用。而在计算机音乐声音合成技术中，它人作为一种不可或缺的技术手段起着极为重要的作用。声音调制技术主要包括振幅调制、频率调制两种。下面我们首先介绍振幅调制。

声音的振幅调制，就是通过一个声信号的振幅来修饰另一个声音信号的振幅。振幅调制同样包括两个方面：载波体（Carrier）与调制体（Modulator），载波体提供了整个系统运作的基本频率，调制体本身则以另一种频谱内容与载波体相互作用。

振幅调制技术大致有三种：传统振幅调制（Classical）、环行调制和单边频调制（Single-Sideband）。般振幅调制（AM）更多是指第一种调制手段。而单边频调制在计算机中应用非常少。

在传统振幅调制（AM）中，载波体振荡器带有一个稳定的载波频率fc（carierfrequency），调制体振荡器带有一个调制频率fm（modulation frequency），如果调制信号是一个低频，那么，我们还可听到类似颤音的声音，这种情况一般出现在调制频率低于25hz的情况下。低频调制是产生有意思的声音效果的简便方式，不过，要想制作出真正复杂的声音，我们通常还是更倾心于高频调制。

怎样利用振幅调制来建构一个计算机音乐中的声音合成Instrument.图中两个椭圆形称作单位发生器（Unit Generators），它是一些类似振荡器、混合器、滤波器、包络发生器等软件程序设计，一般都有输入和输出，用来生成或改变数字信号。

两个振荡器，即调制振荡器和载波振荡器，调制体影响载波体的振幅。调制体和载波体都是带有频率、振幅和波形的周期或近似周期的振荡器。

在这个例子中，每个振荡器的波形都是正弦曲线。调制振荡器的振幅与未调制前的载波振荡器振幅有一种比例关系，这种比例用可变的M来表示，叫做调制指数。当调掉指数（M）等于0时，表示没有调制，载波振荡器产生一个不变的正弦曲线振幅（AMP），当调制指数（M）大于0时，载波体会带有一个正弦曲线的包络变化。

我们可以总结：1、调制体的频率影响载波体振幅的变化速率（Rate）。2、调制体的振幅影响载波体振幅的变化深度。3、调制体的波形（或单色）影响载波体振幅的波形变化。

根据调制体的调制指数变化，调制指数又有两极（Dipolar，包括正负两极）和单数（Unipolar，只有正极）之分。图12-3显示了两极、单极调制指数的区别。

当调制指数m等于1时，调制振荡器的振幅与未调制的载波振荡器的振幅持平，这时，就会发生100%的调制。

振幅调制也可以理解为利用两个不同区域频率做相加与相减的计算。当载波和调制波形都是正弦曲线时，AM振幅调制信号的频率会含有三种频率能量（Energy）：载波频fc，和两个边频（Sideband）--从fc+fm与fc-fm中获得的边频，在载波频上的振幅不会随着调制指数而变化。但每一个边频的振幅，只是载波振幅的一半，表明这种调制过程将上下边频之间的能量均等分开。

载波体为正弦波1000Hz，调制体为正弦波750Hz，所输出的频率应分别是250Hz、1000Hz、1750Hz.可以看出，边频的振幅只有载波体振幅的一半。

显然，调制体本身所负载的频率并没有在调制后所输出的声音中出现。如若载波体负载着一个正弦波频率，调制体负载一个非正弦波频率（即含有两个以上泛音结构），那么，调制体的非正弦波结构内的每个泛音应视为独立的调制个体，每个泛音都可以调制发音体负载的声音。

振幅调制，输入的载波体是一个正弦波，调制体是一个非正弦波，在输出中，我们只例出调制体三个谐波分音在调制过程中频率的变化，但已经很复杂了。

如果发音体与调制体都负载非正弦波频率，发音体本身就已经含有多个泛音结构，加上调制体也含有多个泛音结构，因此，所调制出来的边际频率就会显得更加丰富。

而且，调制了的信号还可以制作下一个信号。我们可以用两个或者更多的振荡器（或任何产生信号的媒介），将这些振荡器的输出信号加以结合，从而形成比较复杂的振幅调制合成技术。