MakeNoise08 - 振荡器和滤波器

制造声音，总的来说有两种思路：加性和减性。加性的方法逐步叠加多个声源，减性的方法逐步剔除声音中不想要的部分。

所以，声音设计的过程，无外乎是发出声音，修剪、调整为想要的效果。

对应的，振荡器是最主要的发声对象，而滤波器是最主要的过滤修整对象。所以这一篇的内容比较多，也会需要回顾之前所讲的一些概念。

振荡器和谐振器

在所有能够产生声音的东西（包括所有乐器）中，绝大部分都是振荡器 (Oscillators)、共振器 (Resonators) 或是两者的组合。

OSC 振荡器

电子振荡器是用来产生具有周期性的模拟信号（通常是正弦波或方波）的电子电路。音频振荡器产生频率约为 16 Hz~20 kHz。

振荡器（OSC）产生原始波形与音高，是所有合成器发声的源头。合成器一般由多个 OSC 或 Wavetable 的声音叠合而成一个音色。

如果没有 OSC 振动发出原始音高，其他元件也就没有存在的意义了。（还记得大明湖畔 440 Hz 的中央 A 音高吗？）

MakeNoise02-frequency_in_max

在 MakeNoise04 - 波形和相位中介绍过基础的波形，它们都产生于基础的振荡器：

Resonator 共振器/谐振器

In physics, resonance is a phenomenon in which a vibrating system or external force drives another system to oscillate with greater amplitude at specific frequencies. —Wiki

振荡器和共振器的区别在于，它们出现在能量流动链的什么位置，是作为原初的波源还是作为被振动源驱动（受力）的系统。

如果两个点有相同的固有频率，则相互冲突的力就变为零。即，由一个点提供给对方的阻抗变为 0 ，这被称为共振/谐振 (resonance)。共振通过在特定频率上施力，来增加震动的幅度。

这么说真的好抽象哦……还是直接到 Ableton Live 里面体验一下吧。

[Ableton]Resonators.png

拖进一段 beats，然后对比开启和关闭 Resonators 的效果：

Resonator in Ableton Live_腾讯视频

低频振荡器 LFO

Low-frequency oscillation (LFO) is an electronic signal which is usually below 20 Hz and creates a rhythmic pulse or sweep. -- Wiki

低频振荡器发出低于 20Hz 的信号，主要用来驱动其他参数、调制合成器/延迟等形成周期性响应，以此来制造出特定的音效，而不是作为主频发声振荡器。

LFO 的主要参数：

Shape：Sine、Square、Pulse、Triangle、Sawtooth 等波形
Rate：控制振动時間的快慢，可以调为预设的 BPM
Amount/Depth：控制振动的强度
Phase/Offset：波形起始位置

[Ableton]Auto_filter.png

LFO的使用范围很广泛，当需要制造往复变化的周期性效果，如音高一高一低的 Vibrato，相位一左一右的 AutoPan，音量一强一弱的 Tremolo…等等，都可以利用 LFO 来生成。在一部强大的合成器上，方便且多功能的 LFO 是不可或缺的。

滤波器 Filter

声音由振荡器/谐振器产生以后，声音塑形的第二个关键，就是调整其频率分布。Filter 起到限制信号的频率范围的作用，它其实就是最简单的 EQ。

按过滤的频率来区分，滤波器可分为以下几类：

Low Pass Filter 低通滤波（LP）：允许低于其中心频率的信号更多的通过（过滤掉高频信号）
High Pass Filter 高通滤波（HP）：允许高于其中心频率的信号更多的通过（过滤掉低频信号）
Band Pass Filter 带通滤波（BP）：允许指定频段的频率通过，过滤掉两侧的频率
Band Reject 带阻（陷波）（BR）：在频谱中过滤掉一部分频率，保留其他频段

basic filters.jpg

在 Ableton Live 的 EQ Eight 中，八个调节点都可以选择采用哪种滤波形式：

按响应方式来区分，滤波器有两类：

FIR：输出仅取决于输入的过往数值，称为有限冲激响应 Finite Impulse Respons
IIR：输出取决于过往的输入值和过往的输出值，围绕延时元件有一个反馈环路，称为循环（recursive）或无限冲激响应（Infinite Impulse Response）滤波器。可用作累加器，如果反馈很高，当前输入会被加到所有先前输入值上。

Filter 的主要参数包括 Cutoff / Freq 和 Resonance / Res。

[Ableton]Auto_filter.png

选定 Filter 波形后，需要指定过滤的频率界点(Cutoff)。比如选择低通滤波，将 Cutoff freq 指定为 800Hz，那么高于 800Hz 的频率将被滤除。通过指定 Cutoff 的落点，达到调整音色的目的。Res 的作用则主要是为了凸显 Cutoff 所在的频率位置（放大 db）。

Max/MSP 里的滤波器

Max/MSP 提供了一系列滤波器任君选择。

Onepole~: 单系数滤波器，也是最简单的 IIR(Infinite Impulse Response) 低通滤波器，常用来减少刺耳的高频信号，或者用来平滑信号。

虽然onepole~的基础用法是低通滤波，不过只要做一个简单的信号减法操作，就可以起到高通滤波的效果：

[Max]onepole.png

单系数不够？那么 Biquad~ 双系数过滤器了解一下~

为什么叫双系数呢？因为滤波公式为：

y[n] = a0 * x[n] + a1 * x[n-1] + a2 * x[n-2] - b1 * y[n-1] - b2 * y[n-2]

其中 a0, a1, a2, b1, b2 都是可调参数。

双系数不够？那么了解一下：cascade~ 级联滤波器（多个biquad~）

[Max]cascade~.png

级联可调性较差？那么 filtergraph~ 了解一下：

[Max]filtergraph~2.png

如果还是无法满足需求，请尽情折腾更为灵活的filterdesign……

[Max]filterdesign.png