在聲音合成中有哪些基本波形?

相信同學們在初學電子音樂的音色制作的時候,都會接觸到構成聲音的幾種基本波形,諸如正弦波、鋸齒波和方波等等。

事實上,這些基本波形是目前我們已知的所有聲音的基礎。熟練地運用好這些基本波形,我們幾乎可以制作出這世界上所有的音色。

聲音基本波形的相關屬性

對於聲音的基本波形如正弦波來說,其屬性存在著振幅、波長、頻率、周期、相位等一些指標。

振幅(amplitude)表示的是聲音在介質中傳播時介質壓力改變的量。在坐標系中,這個量可以視為縱軸上的最大垂直距離,即水平軸和波形峰值頂部或波形波谷底部之間的距離。

波長(wavelength)是一定頻率的波形的重復循環間的距離。頻率越高,波長越短。

周期(period)是完成一次整個波形循環所花費的時間。頻率越高越快,波的周期就越短。

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相位(phase)表示的是一個波在特定的時刻在其循環中的位置,即其是否在波峰、波谷或它們之間的某點的標度。相位描述信號波形變化的度量,通常以度(角度)作為單位,也稱作相角。

聲音合成的基本波形

正弦波(Sine Wave)是頻率成分最單一的一種波形。這種波形是數學上的正弦曲線,滿足y=sin(x)的公式,因而被稱為正弦波。

正弦波的聲音是最純的音響,其隻有一個基頻,而沒有其他泛音。事實上,幾乎所有的聲音波形都可以看作是由許多頻率不同、大小不等的正弦波復合而成的。

三角波(Triangular Wave)的形狀和橫軸一起構成瞭兩個三角形。三角波的聽感與正弦波的聽感比較類似,其第一泛音在聲音中較為明顯,但其他泛音的能量則較弱,比較難分辨出來。所以,三角波常常被誤辨為正弦波。

鋸齒波的波形形狀與三角波較為相似,但是鋸齒波的波形中存在著突變的點。相較三角波來說,鋸齒波的聲音顯得更加明亮,其泛音比三角波更明顯。

方波是一種非正弦曲線的波形,理想情況下的方波隻有“高”和“低”兩個值。波形為矩形的信號為矩形波信號,而高電平在一個波形周期內占有的時間比值為百分之五十的矩形波被稱為方波。

方波的泛音內容較為豐富,其聲音效果與正弦波之間可以形成明顯的對比。

脈沖波是指一種間斷的持續時間極短的突然發生的聲音信號。除瞭正弦波和由一些正弦分量合成的連續波以外的波形都可以被稱為脈沖波。

常見的脈沖波有矩形波,鋸齒波,三角波,尖峰波,階梯波。其中,矩形波形制的脈沖波與方波較為相似。

一般來說,聲音波形的曲線越尖銳,其泛音的內容就越豐富。

頻譜

波形圖將聲音的振幅進行瞭圖像化,而想要對聲音的頻率分佈情況進行觀察,便少不瞭頻譜的參與。在這裡,我們可以看一下在合成器上發出同一個音,各種不同波形的頻譜。

以下是正弦波的頻譜:

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以下是三角波的頻譜:

以下是鋸齒波的頻譜:

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以下是方波的頻譜:

通過以上圖例,我們可以看出,正弦波隻有一個波峰,即原始基頻,而其它的波則都有數個波峰。這些除瞭基頻之外的波峰就是泛音,而這些泛音也是決定其聲音音色的關鍵所在。

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