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标准

1981年:YAMAHA GS1、GS2 [日本]YAMAHA CORP.

YAMAHA GS1 FM合成器

YAMAHA GS1 FM合成器

1981年:雅马哈公司的 YAMAHA GS1、GS2

20世纪60年代,约翰·乔宁(John Chowning)曾在斯坦福大学音乐系教授计算机声音合成和作曲等课程。他是一位数学家、作曲家、音乐人,还是一位打击乐手。他曾为 PDP-8 计算机开发过 MUSIC II 语言,也就是马克思·马修斯的 MUSIC N 系列语言的一个版本。在此期间,乔宁开始尝试对正弦波进行高频调制。他发现,使用音频级(audio-rate)的频率进行调制(而不是使用低频 LFO 式调制),能够产生谐波丰富的音色。1973年,乔宁就研究成果发表了一篇题为《通过频率调制合成复杂声谱》(The Synthesis of Complex Audio Spectra by Means of Frequency Modulation)的论文,提出了一种新的声音合成方法——频率调制合成,也即FM合成法,并因此成就了全球最畅销的雅马哈 DX 系列合成器(据称,斯坦福大学在授权费获利将近两千多万美元,并因此得以重建音乐与声学计算机研究中心[CCRMA])。

YAMAHA GS1 外接编辑器

YAMAHA GS1 外接编辑器

1971年,马克思·马修斯建议乔宁,利用FM合成器能够模拟、产生丰富谐波音色(如铜管、打击乐、弦乐)的特性,建立一个典型(recognisable)音色库,并让斯坦福大学向各大公司推介他的发明成果。但沃立舍、哈蒙德等美国本土企业全都拒绝了他们的推介;乔宁和斯坦福大学,带着沮丧找到了日本的雅马哈公司。当时,雅马哈公司刚好错过了CS80和GX1合成器两台成功商品所带来的商业契机,正尝试寻找一种新的电子乐器;于是,雅马哈的风琴分部便尝试购买了一年乔宁的授权——这一年的时间足够用来调研FM技术的商业潜力。雅马哈第一台应用乔宁FM算法的合成器诞生于1975年,名为“MAD”,是一台单音的数字合成器原型机;随后,雅马哈便在1981年推出了复音版的FM合成器量产机型,也就是YAMAHA GS1。

YAMAHA GS1 广告,1982年

YAMAHA GS1 广告,1982年

GS1 是一台售价昂贵1)1981年售价为一万两千英镑,但这台乐器并不是历史上第一台FM合成器;第一台FM合成器是新英格兰数码公司在1978年发布的键盘合成器。的 FM 合成器。但面对初来乍到的FM合成技术,音乐人们却感到疑惑和恐慌——他们刚刚才习惯于模块式模拟系统的减法合成技术。FM合成几乎是一种截然不同的合成技术:减法合成是通过滤波器等调制手段,去掉复杂波形中的部分声音/谐波来产生对应的音色;加法合成虽然不用滤波器,但是也至少是跌接波形,然后使用“调制器”或是“操作器”组合来调整声音。

YAMAHA GS1 广告,1981年

YAMAHA GS1 广告,1981年

GS1共配备了八个操作器,这八个操作器被分分为两组,作为调制器使用,也就是每个音使用四个调制器(GS2 上是两个),可以说是相当基础的FM实现方式。但尽管如此,这台乐器的音质却非常生动。此外,虽然FM调制的合成过程非常复杂(雅马哈提供的一种带有500个预置音色的数据棒减轻了这种困难),GS1还是获得了当时许多大型(买得起它的)录音工作室的欢迎。(销量大概只有100多台)

YAMAHA CE20 预置音色型FM键盘

YAMAHA CE20 预置音色型FM键盘

GS1、GS2的继任型号是1982年面向大众市场推出、价格更低(850英镑)的CE20、CE25预置音色型FM键盘,以及1983年推出的经典FM合成器——DX7。






约翰.M.乔宁

约翰.M.乔宁

个人简介:约翰.M.乔宁

约翰·乔宁1934年出生于新泽西州萨勒姆(Salem)市。在部队服役、威滕伯格大学(Wittenberg University)学习四年以后,乔宁来到巴黎,与纳迪亚·布朗热(Nadia Boulanger)学习编曲。1966年,他师从利兰·史密斯(Leland Smith)获得斯坦福大学作曲专业博士学位(DMA艺术博士)。1964年,在贝尔实验室的马克思·马修斯和斯坦福大学大卫·普尔(David Poole)的帮助下,他利用斯坦福人工智能实验室的计算机制作了一个计算机音乐程序。同年,他开展了另一项研究,最终形成了“通用环绕声定位算法”(generalized surround sound localization algorithm)。1967年,乔宁发现频率调制(FM)合成算法。这一简单而高效的算法可谓声音合成技术的一大突破,可以产生、控制随时间变化的声谱。受吉恩-克劳德·里赛特(Jean-Claude Risset)知觉研究的启发,乔宁将赋予FM技术音乐意义为目标,在作品中广泛使用这种合成方法。

1973年,斯坦福大学授权日本雅马哈公司使用FM合成专利,就此创造了电子乐器历史上最成功的合成设备。乔宁在1988年获得美国人文与科学学院(American Academy of Arts and Sciences,AAAS)嘉奖,并在1990年被威滕伯格大学授予音乐学荣誉博士学位。1995年,法国文化部向他颁发了“文艺事业官员”(Diplôme d’Officier dans l’Ordre des Arts et Lettres)称号。此后,他还获得了地中海大学(Université de la Méditerranée,2002年)、贝尔法斯特女王大学(2010年)的名誉博士学位。乔宁曾一度在斯坦福大学因学习教授声音合成和作曲等课程,他与约翰·格雷(John Grey)、詹姆斯·安迪·摩尔(James Andy Moorer)、洛伦·拉什(Loren Rush)、利兰·史密斯共同创建的音乐与声学计算机研究中心(CCRMA),今天仍是计算机音乐等相关领域的领先研究机构之一。

(约翰·乔宁采访录音)


 

参考资料:

‘The Synthesis of Complex Audio Spectra by Means of Frequency Modulation’ Chowning J. Journal of the Audio Engineering Society.J. Audio Eng. Soc. 21 (7), 526-534. 1973

http://www.soundonsound.com/sos/Aug01/articles/retrofmpt1.asp

Audio Player
00:0000:00Use Up/Down Arrow keys to increase or decrease volume.
http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=4018121.PN.&OS=PN/4018121&RS=PN/4018121

http://www.spoogeworld.com/music/instruments/yamaha/main.php

http://oreilly.com/digitalmedia/2006/04/12/fm-synthesis-tutorial.html

注释   [ + ]

1. 1981年售价为一万两千英镑,但这台乐器并不是历史上第一台FM合成器;第一台FM合成器是新英格兰数码公司在1978年发布的键盘合成器。
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1981年:Sogitec 4X [法国]Giuseppe Di Giugno

朱塞佩·迪·朱尼奥与声学和音乐联合研究所(IRCAM)的4X合成器

朱塞佩·迪·朱尼奥与声学和音乐联合研究所(IRCAM)的4X合成器

1981年:朱塞佩·迪·朱尼奥的Sogitec 4X

4X 合成器的灵感诞生于卢西亚诺·贝里奥(Luciano Berio)的一个想法——他认为,电子合成的声音应该至少由1000个正弦波组成,这样,音色才能足够有趣、可以用与音乐创作中。1976年开始,意大利物理学家朱塞佩·迪·朱尼奥(Giuseppe Di Giugno)受贝里奥之托,为巴黎法国声学和音乐联合研究所(IRCAM)新建的电声音乐中心制造这样一台性能强劲的实时音频计算机.

声学和音乐联合研究所(IRCAM)设备室的4X合成器(中间)

声学和音乐联合研究所(IRCAM)设备室的4X合成器(中间)

4X 最初基于朱尼奥的4A/B处理器开发,后来则运行在 PDP-11/55 计算机上。从本质上看,4X 数字信号处理器就是一台定制的模块数字音频工作站。4X 内建了 8 块定制的处理器,每个都能够单独编辑。这些处理器的指令速度达到每秒两亿次(200 MIPS),相当于1000个正弦波振荡器,500个滤波器或是450个二阶滤波器。每个处理器都带有一段数据内存、地址内存、为程序内存和函数内存。合成器使用了一个24位的固定点(fixed point)单元实现运算工作,这一计算单元由一个倍增器(multiplier)和一个算法逻辑单元组成。此外,4X 还具备 256 个内部(可编程)时钟以及一个录音和播放使用的双缓冲区。

朱塞佩·迪·朱尼奥与4X合成器

朱塞佩·迪·朱尼奥与4X合成器

4X 最初的设计目的,是成为一种不会被淘汰的音乐创作平台。本来,4X 的后继型号 5A 也在开发计划当中,但随着用户对设备运行速度和功能的要求越来越高,性能更强、价格更低的创作平台逐渐出现,4X 最终成为声学和音乐联合研究所大型硬件开发项目的绝唱。此后,研究所便转向到 MAX/MSP 等软件开发项目上去了。

怀念卢西亚诺·贝里奥

那是1974年11月的一个晚上,正吃完饭的时候,我接到了一个电话:“我是卢西亚诺·贝里奥,请让迪·朱尼奥教授接一下电话。”这通电话戏剧性地改变了我的人生。当时,我还在那不勒斯大学(University of Naples)教授物理课程,并在日内瓦欧洲核子能研究委员会(CERN)、弗拉斯卡蒂(Frascati)的和物理研究所承担基本粒子物理学的研究工作。工作闲愉之时,我做了一台使用电脑控制的“数字声音合成器”。贝里奥在打完电话的第二天,便来到物理研究所找我,想知道用电脑到底能做什么——他被震惊了。他给了我12个音符,让我试着演奏一下,然后按照一些规则变换这些音符。我听了一下结果,然后说道,“我做同样的东西花了大概一个月的时间。”随后,贝里奥便邀请我前往罗马,我也给声学和音乐联合研究所呈交了一个合成器的设计图(当时还在设计当中)。当时,米兰的声学工作室里不过有9个音源发声器,贝里奥却提议制造一台有1000个音源发声器的设备——以当时的技术水平来看,这件事就是白日梦,根本无法完成。于是,我把想法告诉了他,他则邀请我去联合研究所工作6个月。1975年6月,我做了一台能够同时实时产生256种不同声音的设备(4A),贝里奥用过这台机器,才发现他想的那种声音合成方式不是叠加声音,而是从许多叠加的声音中去除一定频率的声音……就像雕塑一样——不是用许多石头像叠积木一样叠出雕塑,而是从一块大石头上雕去不需要的部分。这种“雕刻”的方法随后被许多音乐人所使用。

后来我又制造了另一台设备(4X),能够同时实时产生2000种声音。“实时”的意思是,按下琴键,你就能立马听到声音。许多音乐人更喜欢“有时滞”(deferred)地创作:也就是说,一台计算机按照作曲者预先设定好的各类参数“计算”出声音,但其运算时间要按声音的复杂程度而定,少则几分钟,多则几个小时。这种创作方式中,没有什么“演奏表情”(Gesture)可言。贝里奥从不用这种方式来创作,因为他说,音乐来自心中,而不是来自脑中。我们了解到,佛罗伦萨斯特罗兹别墅(Villa Strozzi)进行的相关研究,就把这种模式称为“实时”。

回到意大利后,我们又有了另一个“革命性”的想法。贝里奥不喜欢从几个扬声器中传出的音色。他想要的是多种乐器的声音,因此,我们按照创作者的特别要求,变换了扬声器的空间位置。然后我发现,与帕里阿诺(Paliano)表演艺术产业研究所(Industry and Research Institute of Performing Arts,IRIS)合作,利用他们的“声场定位器”(spatializer),才能将贝里奥最新的音乐作品带到全世界的音乐厅里。今天,电子音乐已经遍布全球,但很少有人知道其中许多应用都是起源于贝里奥的“白日梦”(当然,也有我的技术支持)。这可以说是“艺术科学”的绝佳案例。

——朱塞佩·迪·朱尼奥,于帕里阿诺,2013.5.22

80年代,声学和音乐联合研究所的许多音乐人都曾使用 4X 合成器进行声音合成、音乐创作或是数字化实时音频处理。工作室产出的作品包括:

  • 1986:《后生》(Epigenesis),吉恩-巴普蒂斯特·巴利叶(Jean-Baptiste Barrière)
  • 1986:《镜厅》(Halls of Mirrors),罗伯特·劳伊(Robert Rowe)/生长要素(Growing Elements)
  • 1986:《随便说!》(You Name It!),博比·菲尤(Bobby Few)
  • 1986/87:《朱庇特》(Jupiter),菲力浦·马努里(Philippe Manoury)
  • 1986/87:《阿洛尼》(Aloni),蒂埃里·兰西诺(Thierry Lancino)
  • 1986/87:《安塔拉》(Antara),乔治·本杰明(George Benjamin)
  • 1986/87:《艾儿》(Aér),弗朗西斯·贝耳(Fançois Bayle)
  • 1985:《回应》(Répons),皮埃尔·布莱(Pierre Boulez)


 

参考资料:

http://www.musicainformatica.org/topics/giuseppe-di-giugno.php

http://articles.ircam.fr/textes/Boulez88c/ http://www.lucianoberio.org/