声音合成的秘密5(滤波器深入探讨I).doc

声音合成的秘密5（滤波器深入探讨I）苏抵婆 添加于 2002-06-07 声音合成的秘密5（滤波器深入探讨I）继续进行减法合成理论系列，深挖模拟音频滤波器的迷人复杂世界。上一课，我们谈到了滤波器，举例说明它们的相位变换实质，因而引入混合音频信号的不止一种的方法。但是我们跳过了这个系统的很重要的一个因素 ：它们通过移除频谱的部分来创造新的音色的能力。如果你认为你那很容易，或者你已经掌握了一些关于滤波器削减信号的方法，那么你错了。让我们继续吧，但同时也要抛开所谓的神秘感消极滤波器图一显示了上回介绍的消极低通RC滤波器(顺便说一下，可以认为消极组成除了作为信号输入的部分外没有任何能量输入?所以电阻、电容和感应器是消极组成部分的例子，而晶体管和放大器不是）。如果你看过上一章的内容的话，你会记起通过为那两个消极组成选择适当的值来决定cutoff的频率。很好?这告诉我们在这方面对于可听的频谱滤波器是可以发生作用的，但是并没告诉我们效果所能达到的程度。滤波器输入和滤波器输出的关系称为转换功能，严格地讲，这包含振幅反应（意思是音量效果）和滤波器相位反应。但是既然上次我们讨论了相位变换的因素，那么这次就得考虑一振幅反应的问题。RC滤波器理想的转换功能很简单：对于高过cutoff频率的每个两倍进度，对应增益也为半分进度（图二）。例如，若Fc为1kHz，增益在2kHz时为1/2 (半分）,4kHz时为1/4 以此类推。因为每一个两倍进度频率就增了一个八度，而连续的增益则半分表现为6分贝，这种反应通常称为6dB/八度滤波器。不幸的是图二其实是错误的。图三才显示了更为正确的转换功能。正如你所看到的，振幅信号在cutoff点已经下降了3dB。这并不是个错误。实际上的情况是，在cutoff点已经下降了3dB。3dB是很容易被人耳所察觉的，这意味着你已经很明显地影响了cutoff点频率的信号。现在，让我们回到话题，考虑一下简单的低通滤波器都对一般的波形做了些什么。为了简化形式，我们将采用理性低通反应模型来阐述。图四最一般的模拟合成器波形的谐波结构：锯齿波。所有的谐波皆显示于此信号中，它们的基频相关振幅由简单的关系一定义/（谐波数量）。然而图四远远不是代表这些谐波的最好方式。最好的方式图五所示的对数形式图象。这看起来很是不同，但它代表了恰当的信息，那么请不要担心不知道对数是个什么东东。进一步讲，这就是我为什么选择这个图示的原因，即使你不知道什么是对数关系：不象图四，振幅关系现在为一条直线，这样可在接下来的图象里使观察滤波器效果更为简单。若你回头看一下图二和图三，它们其实也是对数关系。运用滤波器那么来看一下一个6dB/八度 RC滤波器（cutoff频率为3kHz）都对谐波及100Hz的锯齿波做了些什么。图六显示了滤波器削弱3kHz以上频率的方式。现在看一下图7和图8，你会看到第一个图象（显示了所谓理想100Hz锯齿波，所有20kHz以上削弱），而第二个显示了经3kHz滤波器处理的同样的信号。并没有多大区别吗？这是因为3kHz cutoff频率允许前30个谐波通过，而只有低幅高频谐波被有所影响尽管如此，人耳的敏感性也可以让你听出它们的不同来。倾斜曲线带有6dB/八度特性的滤波器被用于立体声系统的音调控制，也偶尔用于合成器的亮度补充控制，但是不太经常用于真实的合成器系统。这是因为波形变化不大音调效果还不够明显?除了有点“钝”的感觉。很明显需要另一个很牛的滤波器来创造新的音色。那么消极滤波器可以让我们来创造简单的电路来进行更强大的12dB/octave, 18dB/octave甚至是 24dB/octave削弱吗？不幸的是，不可能?那么就该换一个方法了。例如，两个滤波器可以被一块用为创造12dB/octave滤波器,三个用来18dB/octave,四个用来24dB/octave。图9中的四因素滤波器就象是理想的电路了，你会希望它的理想转换功能看起来就象是图10一样。然而事情不是想象得那么简单