簡述：聲音合成
合成器歷史
合成器 (synthesizer) 是一種用來創造聲音的電子樂器，而聲音合成 (sound synthesis) 則是去模擬現有的聲音、或者創造出新的聲音。典型的合成器通常利用幾種不同的元件將電子訊號轉換成聲音，可以是實際存在的樂器、現實生活中的環境音或是利用想像力創造出前所未聞的新聲音。
愛迪生 (Thomas Edison) 在 1877 年所製造的留聲機，可說是歷史上最早的合成器之一。愛迪生將連續聲波的訊號刻製至圓柱上，利用磁針的震動，從上面的刻痕去模擬出原本的聲音。留聲機是合成器浪潮的開端，磁帶機的發明更是允許了人們錄下與播放更久的聲音。在二十世紀初期，那些屬於現代合成器一部分的元件們逐漸在世界各地出現。同時間在德國與法國，許多走在音樂浪潮尖端的錄音室們也開始收集起這些合成器的基本元件與模組。
有趣的是，最早一批開始應用合成器於音樂上的其實是古典音樂家。Pierre Schaeffer 在 1940 年代於 Paris radio 舉辦了多次的 Musique Concreteproduced ；Karlheinz Stockhausen 也開始製作電子音樂； Edgar Varese 於 1958 年在布魯塞爾舉辦的世界博覽會上首次在演出了 Poeme Electronique。在現今的音樂裡，合成器的使用可說是無所不在。
BUCHLA & MOOG
下一個世代的新舞台則是由 Donald Buchla 與 Bob Moog 這兩人揭開序幕，Buchla 於 1962 至 1963 年間製作出了第一台現代的合成器，而 Moog 則是自從 1964 年後就被視為合成器的代名詞。Moog 的合成器將所有現代合成器的元件組合在一起，然後利用鍵盤來操作它們，易於使用的特點讓它瞬間成為了極為熱門的樂器選擇。而隱藏在合成器背後的核心技術則是電壓控制 (Voltage Control)，簡單來說，就是利用改變電壓來產生不同的聲音。要是沒有這項技術，我們是不可能擁有現今這些種類繁多的合成器的！ (當然還要感謝其他將元件們越做越小與越便宜的技術)
如何合成聲音？
從輸入電流後，到實際產生聲音，這個過程牽涉了不同元件的應用。Voltage Control Oscillator (VCO) 可以產生不同的波形，例如正弦波 (sine) 、鋸齒波 (sawtooth)、三角波 (triangle) 與方波 (square)。當這些波型經過 Voltage Control Filters (VCF)、Voltage Control Amplifiers (VCA)、Envelopes 以及 Modulators 的處理，可以過濾特定的頻率、增強振幅、或是調整聲音的發聲過程，去影響其音高、音色與音量。使用者可以很輕鬆的藉由 keyboard 去調整想要的結果。最早的合成器每個元件之間都是彼此獨立，需要藉由很多條導線將它們連結在一起。到了 1970 年代。逐漸演變成一台機器內就包含了所有的元件，例如經典的 Minimoog Model D。而 Moog 合成器的技術到現今仍然被使用著，只是其中的元件被替換成更新更強的類比元件，或者被數位化成為虛擬合成器的一部分。
VCO
Voltage Control Oscillator (VCO) 是一個將電流轉換成聲音的基本元件。取決於輸入電壓的高低產生不同的頻率，也就是決定了音高。自從 Moog 使用 keyboard 做為輸入工具後，讓我們更簡單地轉換特定電壓至相對的音高， VCO 最後將電流轉成波形輸出。基本上 VCO 可以分成兩種，線性與非線性。線性的 VCO 產生正弦波，而非線性可以的產生方波、鋸齒波與三角波。使用者便可以從這些選項中選擇一個波形，然後開始塑造理想的聲音。
「波形」就是將聲音視覺化，來表示在不同時間上聲音的強弱。正弦波是最基本的波形，其他的波形則是將基本波形與諧波 (harmonics) 做組合，讓聲音變得更複雜且雕塑出不同的特色。因為正弦波是最基本的波形，它代表了單一頻率的振動過程；鋸齒波則是由基本波形以及與該頻率相關的諧波所組成；三角波則是由基本波形與其他的奇數諧波組成，越高次的諧波就衰減的越快；方波跟三角波類似，都是由基本波形與奇數諧波所組成，但是所利用的轉換公式不同。
VCF
Voltage Control Filter (VCF) 讓我們有能力去選擇怎樣的頻率的聲音可以被聽見、或者被阻絕，而我們會把過濾的門檻稱為 cutoff frequency。如果你在典型的 Moog 合成器上選擇了低頻的 cutoff，可以得到肥大甜美的低頻聲。在 Techno 音樂類型中，便可常見到 DJ 們藉由調整 VCF ，無論是快速地或慢速地，來增加或削減不同頻率的聲音的出現，高頻被消減的時候就會聽起來比較悶，反之則是顯得清脆與明亮。這項技術為音樂本身與聽眾們帶來了更多有趣及多變的可能性！
VCA
Voltage Controlled Amplifier (VCA) 藉由電壓的不同來改變聲音的響度。簡單來說，平常隨處可見的音量鈕，就是 VCA 的應用。當使用類比合成器時，VCA 更是特別重要，因為在利用不同元件形塑聲音的同時，可能已經讓聲音損失了原本的強度。所以聲音最後被傳到喇叭前，都會需要 VCA 來增強訊號的強度。
Envelopes & ADSR
Envelope 是用來描述聲音在經過增強後的一連串強度變化過程，這些變化分別為 attack 、decay、sustain 與 release，我們將這整個過程稱作 ADSR。而該過程也是描述聲音特徵最重要的步驟之一，模擬了聲音在自然界中實際的行為。Envelope 的調整就是去改變不同階段在時間上的變化。Attack 用來描述「聲音需要多久的時間達到最大響度」，短 attack 的聲音就像是小鼓或是鋼琴這類以敲擊來製造聲音的樂器；長 attack 的聲音則是像弦樂器或是用弓演奏的樂器，像是提琴。Decay 決定了「聲音需要多久時間降到 sustain 水平的響度」，有些樂器因為它們的聲音不管是出現與消失都是一瞬間的，這樣的聲音就不會有 decay，像是管風琴。Sustain 描述了「聲音的主要部分可以被聽見多久」。最後的 release 則是「聲音在衰退時所能延續的時間」，因為 release 是接續自 sustain，如果該聲音沒有 sustain 這個階段，那麼同樣的也不會有 release 的存在。藉由控制 ADSR 不同階段的變化，讓我們能夠更自由地調整音色細微的特徵。
Modulation & LFO
Modulation 是用來改變合成波的特定部分的一種技術。許多不同的元件都可以被用在合成器上產生不同的波形，其中比較常見的方式是使用 ring modulator 或是 low-frequency oscillator (LFO) 來做 modulation。
Ring modulator 是拿來把原始波形與其他不同波形混合在一起的元件，通常會混合簡單的正弦波。藉由這種方式，可以創造出在泛音上極為豐富的音色，結果可能會比原本的聲音複雜許多，難以辨識出原本的聲音。
LFO 跟我們前面討論的 VCO 不同，雖然也是一種電子震盪器。LFO 使用了非常低的頻率去改變聲音原本的波形，可以產生像是顫音般不穩定的效果。LFO 可以與其他的效果一起使用，像是控制音高、響度或是將聲音 pan 至左右不同聲道。有些 keyboard 的左側會附有一個「Mod Wheel」，這個裝置連動了許多不同的 modulation ，允許樂手一邊彈奏，一邊用另一隻手去調整效果，來產生很酷炫的即時特效。
結語
合成器的出現讓我們有更多不同的方式來呈現音樂，已經很難想像回到那個沒有合成器的年代。幾乎所有的曲風都會使用合成器，不論是實體的類比合成器或者虛擬的數位合成器，即使沒有直接使用合成器演奏，當使用電腦或是類比磁帶錄製時，別忘了播放聲音也是合成的一種。
在現今的 DAW (Digital Audio Workstation) 中，不管是想要使用 subtractive、additive、frequency modulation (FM)、physical modeling, phase distortion & analysis 或者 sample based synthesis，這些東西都與聲音合成有著密不可分的關係，選擇一個你喜歡的效果，就從今天開始實作你的音樂吧！
