精神時光屋 vol 1 - 4 "濾波器 Filter"

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20130303 精神時光屋 vol 1(基礎知識真有趣) - 4  “濾波器  Filter ”

1-4-1 聲音的旅程 - 第二站

經過上回震盪器震盪出簡易的聲波形狀(聲音的旅程-第一站) 後,為了能更精確的製造出完美理想的音色,第二站則是過濾掉音色中不需要的點滴,強調留下來某部分的特質,往後再去做更精細的處理。

就像是踏進捷運站,自在的“逼”一聲,即可通過。

身上若沒有悠游卡(當然也沒有錢…),勢必被過濾在站外。

而這個工作,就交給”濾波器 (Filter)“ 處理 。

1-4-2 樂音的組成

(“基音 Fundamental Tones” 與 “泛音 Overtones”)

再介紹濾波器前,勢必先瞭解一個音色的組成方式。

大家在上一篇中一定有很認真的回去玩玩看各種不同波型產生的不同聲音特性(沒有!?乖,快回去看看玩玩!!)

試圖製造出自己想象中的音色,會發現:”不是單純的一個簡單波型就可以做出來的!“

你開始疊加另一個振盪器震盪出的聲波,試著用兩者不同比例組合出腦內的音色。

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疊加兩個不同震盪器震盪出兩個不同“頻率”的音色,這個過程,就是在製造傳統樂器。

傳統樂器的聲音(鋼琴、小提琴、吉他、電子樂器等等大部分的樂器)都不是簡單的正弦波。

(廢話!有聽過正弦波的音色就知道是多麼單薄無趣….沒聽過?打開operator試試!)

這些傳統樂音,是由不同頻率、振幅等等最簡單的波型組合起來的“復合式波型”。

*小常識:由“傅立葉”理論得知,所有聲波都可以分解成若干不同頻率純音(pure tone,最基礎的sin、正弦波形)的加總。你問我傅立葉是誰?其實我只知道傅天穎還有葉教授…..)

舉例來說,彈奏鋼琴中央C,耳朵聽到的鋼琴聲,其實不只是只有一個中央C頻率(261.1Hz)的波,而是有比中央C頻率 (261.1Hz)更高的其它頻率的波,以不同比例加總起來的聲波。

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(上圖只有彈奏一個樂音,但spectrum產生不只一個波段的波形,這就是基音與泛音。)

既然我們聽到的樂音其實不只是有“單一頻率”,那又要如何定義音高呢?

老音樂家們決定抓出樂器發出頻率最低的波,以此波的頻率定義音高,我們稱之為“ 基頻(Fundamental Frequency) ”,而基頻所對應到的音,我們稱為”基音(Fundamental tone )“。

(學術上來說,即是震動物體的最低共振頻率,我們稱作 “基頻 Fundamental Frequency ”  )

又,除了“基頻(Fundamental Frequency)以外任何其他頻率的音,我們稱為 ”泛音 (Overtone)“

1-4-3 泛音(Overtones)之 ”諧振 Harmonic Overtones “ & “非諧振 Non-Harmonic Overtones ”

如上一小節所說,泛音(Overtone)即是任何除了基頻(Fundamental  Frequency、聲波中頻率最低的波)以外的頻率的音。

但泛音又是如何產生的呢?

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想必大家小時候一定有玩過橡皮筋。拉開橡皮筋到一定的長度後固定,手指拉扯它使之產生振動,這時候,橡皮筋會由最大振幅(同樣範圍內,只有一個波,因此為最低頻率)慢慢地趨向振幅越小(同樣範圍內,有好多好多個波,相較最大振幅有較高頻率的波形) 。

這就是泛音的組成方式,我們稱為“共振 (Resonance)“

大部份產生震動的物體,振動頻率都不只有一種,還會其他的共振頻率,就像這條橡皮筋。

而有些物體(如弦樂器、空氣管等樂器)的共振頻率,恰好等於基礎頻率的整數倍,我們稱此種共振為”諧合式共振、簡稱諧振 (Harmonics)“

若共振頻率不為基礎頻率的整數倍,我們稱為“非諧合式共振(Non-Harmonic)”

分類得更仔細一點,任何基礎頻率以外的共振頻率產生的聲音,我們稱之為”Overtone“。

若此泛音剛好等於基礎頻率的整數倍,產生的音我們稱之為”Harmonic Overtones“。

若此泛音不等於基礎頻率的整數倍,我們稱之為“Non-Harmonic Overtones“。

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(兩者的中文(Harmonics & overtones ) 很多人都稱之為 ”泛音“,專業如我們,就必須瞭解兩者的不同:D !!!!)

1-4-4 “濾波器 Filter“

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總結上述,我們知道音色的合成是由 基音 + 多種泛音 以不同的比例分配組成。(加總,小學老師有教過,術語叫做加法,也可稱為加法合成)

組成後若要讓音色更接近心裡所想像的,開始刪除過濾一些音色中泛音頻率的波段,就必須使用到我們的主角 - “濾波器 Filter “  

(刪除,小學老師也有教過,術語叫做減法,因此也稱為減法合成。)

1-4-5 “截頻點 Cut-off Frequency “ 與 ”共振度 Resonance“

過濾,相當然爾就是阻擋一定量的頻率,讓另一定量的頻率通過。

而這個最重要、超重要、爆重要的轉捩點,就稱作  “截頻點 (cut-off frequency)”

通常在任何器械上會有標示 cut off 的旋鈕,就是來調整這個點頻率的大小。

而是要濾掉這個點以上的頻率、抑或這個點以下的頻率、甚至是這個點前後範圍以外的頻率,就要藉由濾波器的種類來做選擇。

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而在Filter上次重要的旋鈕,稱作”共振度 (Resonance)”

共振度(Resonance) 可調整截頻點附近的泛音音量大小。

若共振度(Resonance)越大,截頻點(Cut-off frequency)附近泛音音量越強,越突顯截頻點附近頻率之特性。

若共振度越小,就相反囉 :)

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以上為兩種在filter上最重要的旋鈕。

(如下圖,Live的operator有兩個調整旋鈕,即是調整cut-off frequency & resonance)

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1-4-7 濾波器的分類

通常簡易的濾波器,依過濾的方法分為三種:

1.過濾小於截頻點頻率的波段 

(刪除“低頻”部分,讓高頻部分通過):稱作“高通濾波器 (High-Pass filter )“

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2.過濾大於截頻點頻率的波段

(刪除高頻部分,讓低頻部分通過):稱作“低通濾波器 (Low-Pass filter )”

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3.過濾截頻點前後範圍頻率以外的波段

(只讓帶狀範圍內音頻通過):稱作“帶通濾波器 ”( Band-Pass filter)“

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(Live 還提供了一種稱為Notch的“槽通濾波器 (Notch-Pass filter)“,完全是帶通濾波器的相反,只讓帶狀範圍外之音頻通過,如下圖。)

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1-4-8 結尾五四三

經過精美的圖文解說,相信大家已經對濾波器的細節寥落指掌。

但最重要的,還是打開你的operator,親自試試不同濾波器製造出不同音色的效果。

DJ表演在製造高潮時也可能使用到濾波器。

什麼?還不會製造音樂的高潮嗎?

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下一回走到音色旅程的第三站 - “擴大器(Amplifer)“。

過濾完不需要的頻率後,接著就是要完美地把理想音色呈現出來,這時候就需要使用到不同的擴大器,並利用介紹過的”波封 (Envelope)“做調整。

並會介紹不同總類的擴大器及在其他領域的應用。

廢話不多說,我們下次見 B-)

                                          1-5 “擴大器 (Amplifer) “ to be continued …




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