|
来源：电子音乐与计算机音乐基础理论
常见的几种声音资源与声电、数模转换
音乐声学基础之三
5.1电子音乐中常见的几种波形和声音资源
客观物质世界的声音资源是丰富多彩的，但音频合成技术往往是从一些基本的声音材料入手，从而有利于控制和把握。下面，我们介绍音频合成中最常见的几个基本波形。这些基本波形在模拟声音合成中，是电压控制振荡器（VCO）与低频振荡器（LFO）的发声依据。当然在数字音频合成中，也是最基本的和需要了解的波形。
一、正弦波（Sine Wave）
前面已经对正弦波作了一般的介绍。需要进一步说明的是，正弦音是最纯的音响，它只由一个力度水平均匀的单一频率构成，即只有一个基频，也就是它自已本身，而没有其他泛音。之所以称作“正弦”音，是因为在图表显示中，正弦波波形振动曲线是随三角函数正弦曲线的规律来变化的。
二、三角波（Triangle Wave）
三角波的形状包含两个线性阶段，所以三角波的泛音的位置会落在其奇数的地方。如果与相同频率的正弦波来作比较，三角波听起来有C,E,G,B四个音，三角波第一泛音可以明显地辨别出来，而其他泛音能量很小，因此我们经常将三角波误认为正弦波。
三、锯齿波（Sawtooth Wave）
锯齿波的形状类似于三角波，但锯齿波包含了奇数与偶数的泛音，只是分为正向（Positive Sawtooth）和反向（Negative Sawtooth），锯齿波的声音听起来非常明亮。
四、方波（Square Wave）
方波的泛音只落在奇数位位置，方波有着丰富的泛音内容，因此，其产生的声音效果与正弦音形成对照，在古典工作室里被广泛应用。方波发生器不只在早期工作室里受到欢迎，由于其丰富的声音资源，后来已经成为标准的设备。
五、脉冲波（Pulse Wave）
将方波在时域上变化正负级长度从而带来频谱的变化，就形成了脉冲波。脉冲波与方波比较接近，都拥有丰富的泛音，因此有些教科书将两者视为一类。脉冲波的最大特点是会随着时域变化与所设定的参数来变化调整泛音数，泛音的多少取决于脉冲波形状的变化。
一般来说，波形的曲线越尖锐，频谱内容越丰富。图5-6显示了频率相同但波形不同的两个声音，这将会带来不同的频道谱和不同的音色。
六、噪音
从客观物理现象看，噪音与乐音相比，乐音含有确定的音高，有突出的谐和的频谱，而噪音包含有理论上无限、持续的频率分布。波形不是规律的周期循环，振幅是任意无规律的波动起伏。
而从主观上看，噪声泛指听者主观不需要的一切声音。凡时对人来说不需要的声音，那怕是乐音，或本人曾经喜欢的乐音，都可能被视为噪音。当然对噪音的界定，往往主客观两者有着紧密的联系。
总之，从声音合成的角度看，噪音有着丰富的频谱内容。这就为计算机合成、加工提供了理想的材料，这尤其表现在后面介绍的减法合成中。因此，对于计算机音乐来说，噪音是电子音响合成至关重要的声音资源。
七、白噪声
所谓白噪声（White Noise），是指一种声音信号，（一般是噪音）其所有频率的振幅强度与它的频率高低相对应。就是说，高频振幅相对高，低频振幅相对低。白噪声有时也称作白声，辞源上是从光学中的“白光”（White Light）一词引申而来。白光是指同时呈现所有光谱的光学现象。
纯粹的白噪声在现实物理世界中几乎是没有的，它只能通过白噪声发生器来产生。由于白噪声丰富的频谱和极大的可塑空间，它一直是计算机声音合成中非常有用的声音资源。
一个频率变化在三个八度的白噪声频谱。可以看出它的特点是随着频率的增高，其振幅能量也在增长。与此相对应的是粉噪声（Pink Noise），它的振幅不随着频率变化，各个八度频率的振幅能量都是一样的。
5.2声电转换
前面，我们介绍了音频技术中一些基本声音资源。下面我们进一步介绍声音资源的转换，即声电转换和数模转换。对于电子声学和数字音频技术来说，声电转换和数模转换是最基本的技术原理。
声电转换主要是指机械振动所发出的声信号转换为音频电流信号，最后又还原为声信号的一个系统。整个过程可以概括为换能、放大、还原三个环节。
如同一般物理振动可以产生机械振动一样，电流也可以产生振动。电流的振动称为电振动。随衰减作周期性变化的电流称为振荡电流。能够产生振荡电流的电路中做振荡电路，它一般由电阻、电感和电容等电子元件组成。电路所产生的振荡频率，即电路的固有频率，由该组成元件的不同参数所决定。
电振荡是声电转换的关键因素。
在声电转换过程中，声学能量以电压波的形式通过适当的传感器（或称变换器）如麦克风，转换为一种相似的电子信号，这种电子信号被称为电压（Voltage），它与声波一致，总是在变化着。为了证明电压记述了麦克风接收的声音，可以连接一个放大器来驱动扩音器，这样，电子信号会再转换为声音，然后与原始声音作比较。由于电压发生的变化与声音的振动相类似，因此，电子信号双被称为模拟信号（Analog Signal）。图5-9是声电、电声转换的基本图示。
5.3数模转换
以计算机以主要平台操作的电子音乐，是以数字音频为基础的技术操作。计算机系统可以用几种不同的操作模式生成和处理声音，但要做到这一点，声音必须成为一种适合计算机处理的格式--数字化的音频模式。有两种可以使数字计算机与外部模拟声音世界连接起来的输入、输出（I/O）设备，两种设备以信息传输的方向不同来区别：1.模拟数字转换器（Analog-digital Converter）简称A/D转换器。2.数字模拟转换器（Digital-to-analog Converter）简称D/A转换器。
在计算机音乐的数字音频技术中，A/D、D/A转换器工作应用声音系统的流程可概括为三种主要方式（类型）。
一、方式1--计算机可以作信息处理。
计算机可以作信息处理。在这里，计算机在将数字信息输入D/A转换器之前，先对数字信息进行修改。这种修改可以是最简单的将现信息与以前储存的信息混合，也可以是比较复杂的工作，在传统音乐中，如将管弦乐部分从为之伴奏的声乐独唱中分离开来等等。而在电子声学音乐中，计算机可以采用多种合成、变形等处理手段对声音进行复杂的修饰、处理和加工
二、方式2--计算机可以编程分析信息
计算机可以编程分析信息。运用信号分析器，计算机可以用数字的方式处理信号。如：计算机分析可以解释某一声音或语音的声学特征，这种能力，不仅对于合成声音，而且对于声学研究来说都是至关重要的。
三、方式3--通过计算机生成、合成声音
除此之外，计算机还可以生成、合成声音。这种方式，除了计算机之外，只需D/A转换器和与之相连带的低通滤波器就可以了。这是获得计算机生成的音频声音的最低配置。 () | 
