謝朝鐘
2000 年 4 月 20 日國立台灣科技大學演講
聲音是美妙的世界，也是極富有想像力的範疇。人類在追求高度組織化音樂的同時，也不忘探討聲音本身的美。中國音樂一向講求音色的調和、變化，像古琴那樣講究音色的樂器世上僅見；像南管那樣講究音色協調的樂種，也是鮮有所聞。西洋中古以及文藝復興時期對聲音清純的要求、巴洛克時期對聲音變化的愛好、以至於古典時期以降對樂器製造、音色、配器、和聲的要求，都是對純音樂以外世界的挑戰。印象樂派對於音色、音樂織度 (texture), 發音方式 (articulation) 的追求，開啟了人們對完美聲音追求的新境界。現代音樂幾乎把聲音視為與音調一樣重要，序列主義 (serialism) 更是把聲音的現象獨立地作為作曲的素材。而電子音樂更是不需要音調組織 (至少不需要傳統的音調組織) 就能作曲。總之，聲音不但是音樂思想的載具，它本身也有自己的一片天，而且越來越寬廣。
在音樂中去追求聲音的完美，一直是音樂家的終極要求。作曲家除了安排音樂的結構之外，也為音色的美和變化，在樂器和配器上努力經營；演奏家除了詮釋音樂之外，也為音色的完美無瑕下工夫苦練。專業的音樂欣賞者對音響的要求，也到了苛刻的程度。音樂廳的、家用音響的效果，都是聆聽者十分關心的問題。
聲音的科技相當廣，一般人不易窺探其全貌。受限於硬體設施，我們經常無法作更多實驗。所幸目前已有許多應用軟體，可以讓我們在軟體上作模擬，至少在原理上探究其一班。
自然的聲音本來就十分豐富，而且許多是十分有價值的創作資源。我們可以從自然界採取一些聲音，作各種處理。
例如我們採取一段火車聲，這是日常生活中常聽到的聲音。
我們可以看到兩個聲道 (上面的波形是左聲道，下面是右聲道) 非常不同，左聲道振幅大於右聲道很多。這表示音源是從左邊而來 ─ 當然右邊也有回音。
我們用 Cool Edit 軟體分析一下這段聲音的波頻 (spectrum), 我們發現主要的音頻大約在 500-12,000 Hz 之間，而根本沒有 22,050 Hz 以上的泛音出現。這是因為我們每秒鐘採了 44,100 個樣 (音樂 CD 的採樣規格)，而兩個樣本 (即兩個位元) 才能形成一次振動，故只能採到 22,050 Hz 的音 ─ 這也是絕大多數的人所能聽到的最高音。
如果我們重新以每秒 22,050 Hz 取樣，波頻會變成：
也就是完全沒有 11,025 Hz 以上的泛音出現。這樣的音色當然比較差。
上面的音波的每一個採樣是以 16 位元 (65,536 階) 表達，動態範圍大。如果我們改以 8 位元採樣，其波形就不如先前細緻，聲音也就沒有彈性了。
在採了樣以後，我們可以作各種程序的處理，例如 Sound Forge 這個軟體，它兼有程序處理、音效處理、採樣、合成、以及配合影像的功能。
在作程序處理時，我們可以選擇一段，作等化 (EQ), 淡入／淡出 (fade), 反轉 (invert), 音場 (pan) 等處理。
在作效果處理時，我們可以作合音 (chorus), 延遲／回音 (delay/echo), 變形 (distortion), 波套 (envelop), 邊緣化 (flange/wah-wah), 噪音門檻 (noise gate), 音高 (pitch), 殘響 (reverb) 及抖音 (vibrato) 等變化。
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在作採樣時，首先我們可以只採一小段聲音作為素材。因為採樣只需一小段，太長則音頻及音色都一直在變，難以控制。 |
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然後我們把這一小段聲音拉長到五秒：
然後我們可以利用這個採樣作音高的變化，
甚至是旋律化的音效：
聲音的合成是以改變振動波形、音色、及回授、振幅等因素而造成各種變化。
合成器迴路包括
Oscillator (振動器) – Filter (過濾器) – Amplifier (擴大器) – Modulator (調變器) 四個部門。振動器有電壓控制
(voltage control) 及數位控制 (digital control) 兩種，是聲音的來源。它可以不同的波形發出，例如：正弦波 (sine wave), 方波 (square wave), 三角波 (triangle wave), 鋸齒波 (saw wave) 及噪音 (noise) 等。過濾器濾掉聲音中的某些成分
(泛音), 因而改變音色。一般可分為 low pass, high pass 及 band pass 等三類。擴大器把把聲音呈現出來。波形波套
(wave envelop) 控制振幅的大小。波套可以 attack – decay – sustain – release (ADSR) 四個流程來設計。調變器是用一個振動器
(或波形) 去調變別的振動器 (或波形)，因而形成新的音色 ─ 這有一點類似色彩的調色過程。調變的方法有：低頻振動器是利用低頻率的音波，去調變另一個音波。這樣作並不只是混合兩種音色，而常常會產生新的效果。例如低頻的三角波調變另一音波，會游走兩個音之間；低頻方形波調變另一波形，音會在兩個音之間快速變動。
FM (frequency modulation) 合成技術利用承載波 (carrier) 和調變波 (modular) 的頻率來合成聲音，並用累加的技術，豐富其變化。FM 加上累和合成，所能創造出來的聲音幾乎無限多。
在 FM 合成中，一個基本波形 (承載波) 的頻率，被另一個音波 (調變波) 影響，而創造出新的波形。例如 Sound Forge 軟體有四個操作元 (operator), 可作各種設定組合 (configuration).
首先我們可以從單一操作元設定開始，嘗試它所有不同的波形。每一種波形用回授
(feedback) 來聽聽自我調變的各種效果。回授在自我調變時加上泛音，0 回授就是最簡合成。
第二步我們可以設定兩個未調變的操作元混合在一起
(水平連接)，同時聽兩種聲音。
然後，我們開始設定重疊操作元。在下面的是承載波，在上面的是調變波。我們可以用各種波形和頻率作實驗。
假如調變波頻率低，承載波就會變得慢。但當調變波頻率高時，承載波就會被很快地調整，而產生許多附加的頻率
(或稱週邊波段，sideband).當調變波頻率低
(1-5 Hz) 時，也把調變振幅降低，以造成小調變。把振幅調大會造成較大的泛音帶。假如調變頻率高，就會產生許多不尋常的 FM 聲音。要注意調變振幅不要太高，否則會產生粗糙的噪音。把調變頻率設為
0.00, 能以調變波套百分之百控制承載波。加入更多操作元，並作各種不同的組合設定，會再增加波形的複雜度。
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