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數位音樂科技(五):聲音的原料和加工 – 上集

Muzik Online
・2014/12/11 ・1809字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 437 ・四年級

作者:官大為(Wiwi)

我在上一篇文章提到,電子樂器發出聲音的方法,大致上可以分為兩大類,一種是「數學算出來的聲音」,另一種是「預錄好的聲音」,而大部分的家用數位鋼琴使用的都是後者。

這說起來非常地合邏輯,畢竟如果你想要你的電子樂器發出逼真的鋼琴、小提琴長笛等等真實樂器的聲音,你就去拿真的鋼琴、小提琴、長笛來錄音然後存進去就好了。

但如果我們追求的不是真實樂器的聲音呢?如果我想要自己創造一個從來沒有人聽過的、也沒有任何實體樂器可以發出的聲音,要怎麼做?

這個時候你就需要一台用數學算出聲音的合成器(synthesizer)了!

合成器好難聽?

首先我需要先幫合成器平反一下。

討論到關於合成器的聲音時,許多喜愛古典音樂、以及習慣於演奏傳統樂器的人,可能會覺得合成器的聲音沒有「生命力」,或是合成器的聲音很「不像」。
「這個音色不是標記 piano 嗎?聽起來一點都不像鋼琴啊!比真的鋼琴差多了~」

我在以前自己也有這種想法,但隨著我對合成器的認識越來越深,我才理解到我根本就錯過了合成器的重點。合成器存在的重點,從來就不是要模仿真實樂器的聲音,而是要讓使用者更了解聲音物理的本質,進而能自己創造出藏在腦海裡的聲音。

我今天要很白話⋯⋯

雖然我的文章風格一直都是走很白話的路線的,但我還是要先說,合成器發聲的原理以及細節,要詳細解釋可能都可以寫一整本書了,而我現在要嘗試的,是用最淺顯易懂的語言來讓大家都可以了解它。如果你是這方面的專業人士,請原諒我必須跳過許多專有名詞以及細節。

聲音的原料

合成器發出聲音的第一步,就是用數學公式,產生一些基本的波形,一般合成器中最常見的波形大概有四種,分別是正弦波(sine wave)、三角波(triangle wave)、鋸齒波(sawtooth wave)和方波(square wave),它們長得像是下面這個樣子。

每一種波形都有各自不同的音色,如果要完全避免使用專有名詞來形容這四種音色的話,我會說正弦波聽起來最「純」、三角波「有點悶悶的」、鋸齒波聽起來「很亮、很鋸齒」,而方波像是「任天堂紅白機配樂」的那種音色。

接下來是這四種音色的聲音範例,聽聽看吧!你會用什麼形容詞來形容他們呢?
正弦波:


三角波:


鋸齒波:


方波:

像這樣子的簡單的波形,就是合成器聲音的基礎原料,然後這個原料會被丟到下一個部門「濾波器」進行加工。

就算是原料也不單純

假設我們選定了鋸齒波來當作基礎原料,我現在要用鋸齒波來彈一個音給你聽,仔細聽它的音色喔:


雖然這只是簡單的一個音而已,但這個聲音其實已經包含著許多不同頻率的成分,從很低到很高都有。我現在要把這個聲音的低頻、中頻、高頻部分分解開來,所以你能夠了解我說的「許多不同頻率的成分」是什麼意思。

低頻:


中頻:


高頻:

再聽一次一開始的聲音,現在你是否可以感覺到,這個聲音是由上面的三個成分疊合在一起而成的呢?


濾波器

「濾波器」(filter)的功能,就是用來把一個聲音中的某些頻率過濾掉,或是把某些頻率加強,藉由調整濾波器的設定,我們可以將相同的原料轉變成完全不同風味的各種音色。

我接下來同樣要用鋸齒波彈奏一小段音樂,然後我讓它經過各種不同設定的濾波器,示範光是把相同原料中不同的頻率過濾掉,就足以產生許多聽起來完全不同的音色。

原始鋸齒波:


濾波器設定 1:


濾波器設定 2:


濾波器設定 3:


濾波器設定 4:


濾波器設定 5:

濾波器不一定要永久維持靜態的設定,我們也可以在一個音持續的過程中讓濾波器不斷變化,在接下來的例子,我要彈一個鋸齒波和弦,然後慢慢地把高頻率過濾掉,再慢慢地恢復原來音色,聽聽看!


下集待續

關於合成器、聲音的原料與加工的故事還沒有完,我們還有什麼招式可以用來創造新聲音呢?我們下一篇繼續噢!

(Wiwi)

轉載自MUZiK ONLiNE 名家隨筆

文章難易度
Muzik Online
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人類的遠古好兄弟:認識鯊魚的「適應性免疫系統」——《我們為什麼還沒有死掉?》

麥田出版_96
・2021/10/23 ・1867字 ・閱讀時間約 3 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

你可能聽過這個說法:鯊魚不會得癌症。事實上,牠們的免疫系統接近完美,牠們幾乎不會得任何疾病,牠們的免疫系統在過去幾億年裡都沒多大變化。是不是很神奇?

可惜,這都是無稽之談。沒錯,鯊魚的免疫系統非常驚人,全身分布有許多有趣而且有效的抗菌和抗病毒分子,牠們患癌症的概率也的確比人們通常預計的更低,但是鯊魚仍然會患上各種疾病,包括腫瘤。除此之外,數百萬隻鯊魚每年死於愚蠢。不是牠們自己的愚蠢(就智力而言,鯊魚還行),而是人類的愚蠢,特別是那些認為鯊魚軟骨產品可以「提高免疫力」、抗發炎甚至抗癌的江湖郎中。那種認為「鯊魚有完美的免疫系統」的觀念是由那些想透過賣軟骨藥而大賺一筆的藥商推動的,這背後的研究也不可靠。真正的科學研究已經揭穿了這些騙人的鬼把戲,但是依然有人在獵殺鯊魚,依然把它們的骨骼碾碎,當成「神奇的藥方」。

所謂「鯊魚的免疫系統從未改變過」的說法也經不起推敲。根據化石證據,我們的確發現今天的鯊魚跟牠們幾億年前的祖先「看起來 」 沒什麼差別,顯然,這讓一些人認為,鯊魚在其他方面也沒有任何變化。但這裡有一個重要區別:鯊魚的體型解決的是在水中穿行的問題;鯊魚的免疫系統解決的則是對抗病原體的問題。水沒有發生演化,但是病原體卻一直在演化。想必你明白我的意思了。

模樣特別古老的皺腮鯊(Chlamydoselachus anguineus)。圖/WIKIPEDIA by Citron

鯊魚有適應性免疫系統,也有完整可辨認的 T 細胞、B 細胞、抗體,以及各種其他組成。鯊魚跟人類的適應性免疫系統有許多差異,畢竟,我們分開的時間已經很久了。不過,牠們在許多基本的細節上跟我們類似,我們可以自信地說,某種類似的適應性免疫系統在四億年前(我們分開的時候)就已經出現並且發揮功能了。

牠們選擇留在水裡,發育出可以替換的鋒利牙齒,追逐魚類,而我們(更準確地說,是那些不再是硬骨魚的我們)則爬到岸上,失去了鰓,發育出了四肢,又過了許多年,我們回到海裡,拍攝了多部關於鯊魚及其鋒利牙齒的驚悚電影。儘管如此,我們的免疫系統提醒我們,在不同的外表之下,鯊魚和我們其實是失散多年的兄弟

但是,讓我們沿著演化史再往回走一步,來到所有的脊椎動物分成兩類—有頜與無頜脊椎動物—的時間點。你也許沒聽說過還有無頜脊椎動物;老實說,這一類生物後來活得不太好,只有兩個科的動物避免了滅絕的厄運,活到了今天:七鰓鰻和盲鰻。這兩種動物長得都比較搞笑,牠們看起來像是努力要長成魚,但是好像不太合格,直到最近,人們一直都認為牠們並沒有適應性免疫系統

屬於無頷類的盲鰻,是韓國炒魚菜的原料。圖/WIKIPEDIA

也許牠們不需要:第一批有頜脊椎動物可能是掠食者,而掠食者往往會活得更久,後代更少,而且一般更注重質而不是量。同樣可以推斷,牠們在演化過程中對感染的抵抗力更強。鯊魚、人類、其他魚類以及所有有頜脊椎動物都有一個胸腺和脾臟,而且在各個物種裡無論是形狀還是功能看起來都比較類似,但是七鰓鰻和盲鰻就沒有。研究人員仔細檢查了無頜脊椎動物的基因組,發現牠們也沒有 T 細胞、B 細胞或者抗原受體的重組基因。但是問題在於,牠們實際上是有適應性免疫系統的—只是跟我們的不一樣而已。

這一點其實意義重大。我們以為我們的適應性免疫系統相當特殊,但是我們現在看到,適應性免疫系統在脊椎動物中似乎出現了兩次,而且是獨立演化出來的。

這也許是一種經典的趨同演化(convergent evolution):正如鳥類和蝙蝠各自以不同的方式演化出了翅膀,無頜脊椎動物使用一種和我們一樣的隨機重排機制,來增加抗原受體基因的多樣性,但是牠們使用的是跟我們這些有頜脊椎動物完全不同的一套基因,這種重排機制使用的是不同的酶,做著完全不同的事情。同樣地,牠們的淋巴球類型跟我們的也不一樣。不過,牠們的免疫系統看起來跟我們的一樣有效。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田出版

麥田出版_96
156 篇文章 ・ 373 位粉絲
1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。
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