在机核你甚至可以学习音乐：什么是“模块化合成器”？

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大家好，我们今天来系统了解下Modular Synth，也就是‘模块化合成器’。关于合成器的历史与其发展大家可以去看《电子合成器入门浅读（一）：合成器“古代史”》，或重轻老师的视频Korg Monologue简介、新手向系列教学、合成器兴趣入门来深入了解正常的非模块化‘合成器’。我们这里先简单讲下‘合成器’与‘模块化合成器’的一些区别，之后我们会讲解什么是‘模块化合成器’。一篇文章不可能把所有内容说清，但通过这篇文章，我希望能把一些入门知识讲解给想要入门Modular synth的读者。文章有些长，大家请耐心观看，对合成器基本构成已有所了解的读者可以跳过开头部分。
发声逻辑与构成
首先，我们需要知道，合成器是通过电流，或电压 （Voltage）的波动或振幅来产生声音的（这里我们不去讲其中的物理学原理是什么，大家想去了解的话可以去百度一下）。通过电压的变化，合成器可以产生声音，改变声音的音高、长短、形状等任何有关声音的参数。而用来改变这些参数的原件被称为：
VCO（Voltage Controlled Oscillator）- 电压可控振荡器， 一般是发音源。其中包括如‘正弦波’Sine Wave，‘锯齿波’Sawtooth Wave，‘方形波’Square Wave等简单或复杂的波形；
VCF（Voltage Controlled Filter）- 电压可控滤波器，一般是通过减弱或删除声音的部分‘泛音（Harmonics）’改变声音的音色。其中包括如‘低通滤波器’（LPF或Low-Pass Filter），‘高通滤波器’（HPF或High-Pass Filter），‘带通滤波器’（BP或Band-Pass Filter）等简单或复杂的滤波模式；
VCAs（Voltage Controlled Amplifiers）- 电压可控扩音器，一般是通过改变电/声音讯号的强弱程度来改变如音量的大小，或者改变电压控制的深度（此功用稍微有些复杂）。大体可分为‘直线形响应’（Linear Response）或者‘指数形响应’（Exponential Response）两种响应方式；
EGs（Envelope Generators）- 包络生成器，一般是用来定义一个声音从开始到结束的声音大小变化。一般包括‘起音’（A-Attack），‘衰落’（D-Decay），‘延续’（S-Sustain），‘落音’（R-Release），以及稍微复杂一些的‘保持’（H-Hold），‘延期’（D-Delay通常发生于Attack之前），（中断）（O-Off）等阶段。一条包络线通常可以由：AD，ADSR，AR或ADASR，ADSAR，或更复杂的阶段线形组成。其中阶段与阶段之间的形状被称为‘斜面形态’（Slope Shape），基本分为：‘指数形形态’（Exponential Shape），‘直线形形态’（Linear Shape）以及‘对数形形态’（Logarithm Shape）等，在此不细说；
LFO（Low Frequency Oscillator）- 低频振荡器，与VCO有些类似，但LFO振荡的是我们人耳听不到的低频，一般是与其他模块像VCO一起使用来制造出如类似于颤音，震音或滑音等效果；
Mixer – 混频器，这个比较好理解，就是把两个或多个声音或电讯号以百分比的形式混合，并输出；
Effect – 效果器，比如‘声音延迟’（Delay），可以作出类似回音的效果，混响（Reverb）等；
还有很多其他的部件模块这里先不赘述，我们回归正题。
“模块化”的意义在哪里？
知道了这些组成部分的名称和基本用处之后，我们就可以来说下‘模块化合成器（Modular Synth）’与正常的‘合成器（Analog Synth）’的区别了，此处不用大笔文字来详细说明，我们就简单说下：
合成器Synth的内部电路板设计是固定的，一体式的，内部模块或结构固定的。通过内部自有逻辑，也就是固定电路结构来发声（当然你需要连接音箱来做声音输出），没有可供外部连接改变模块顺序的‘插孔’或‘插线板’（Patch Bay）。如图Korg Minilogue， 大家可以看到在ta的表面上没有‘插孔’或‘插线板’。通过自有的逻辑从左到右来改变声音最后的形状，音色等。可以想像ta为固定起来的的乐高战争机器，不能拆开重新组合，但可以通过活动四肢，或各个部位来摆出不同的造型。

‘模块化合成器 （Modular Synth）’是由一个一个分开的，单独的‘模块’（Module），通过插孔或插线板，来彼此连接。那么这里又有一个分支，‘模块化合成器（Modular Synth）’和‘半模块化合成器（Semi-Modular Synth）’又有什么区别呢？简单来讲，‘半模块化合成器’可以想象成是‘模块化合成器’与正常的‘合成器（Analog Synth）’的孩子：在没有使用‘电缆（Patch Cables）’来连接之前，可以像正常的‘合成器’一样，利用自有的电路设计来使用。同时，再通过使用Patch Cables与Patch Bay中的连接插口，又可以像‘模块化合成器’一样，按照自己的思路或想法来重新分配其其中的各个模块。
这里用‘半模块化合成器’（Semi-Modular）Moog Mother 32来举例：

Ta的表面是一体的，像之前的korg minilogue一样，分为各个功能区域如左上角的VCO，中间的Mixer，Filter，EG，以及LFO等。在不使用Patch Bay的情况下，通过内部电路板设计就是一套完整的像正常的‘合成器’一般的系统。大家可以看到红线圈起来的部分就是Patch Bay。其中有小字体标写了如VCA， VCA CV，VCA， LFO，EG等等标志，这是什么意思呢？这个的意思就是，你可以任意使用Patch Cable来重新按照你的意思来连接任何的Input（黑底白字）与任何的Output（白底黑字），比如你可以把LFO Tri(triangle wave) output连接到VCA CV input来让LFO控制音量的大小变化；LFO Tri(triangle wave) output连接到Gate input来让LFO控制声音通过Gate的频率；LFO Tri(triangle wave) output连接到VCO 1V/OCT（意思是1 volt/伏特的电压可以控制1个八度。比如发送一个1 volt的信号控制VCO来演奏一个C3，那么发送一个2 volt的信号VCO就会演奏一个高八度的音，就是C4。也就是1/12 volt 就等于1个半音，因为一个八度包含12个半音）来让LFO控制VCO的音高变化等等。虽然‘半模块化合成器’给了我们重新连接各模块的自由，但由于ta本身还是一个完整的系统，所以其自由度还是有所限制，只能在其Patch Bay中给你的那些选项之间互相连接。所以‘半模块化合成器’也是入门‘模块化合成器’最好，也最实惠的选择。可以想像成是一个一套已经设计好的乐高，因为没有用胶水固定在一起，所以你可以把ta组成一体，也可以拆开各部分变成其他样式。
而‘模块化合成器’把这个限制拿掉，给了你全部的自由，ta没有一个固定的形态，你永远不知道每次把Patch Cables拔掉再重新分配出来的声音是什么样。就像给了你一个乐高旗舰店，你可以拿出来其中城市系列的一盒做成一个建筑，可以把几盒该系列拿出来建成一个城市，可以把城市系列和星球大站系列混合在一起建成一个星球，甚至可以把蝙蝠侠系列，Technic，守望先锋，复联，哈利波特，等等系列全都混合在一起，你就有了整个世界（当然，这些都要花钱）。所以，当你从‘半模块化合成器’比如之前提到的Moog Mother 32入门之后，你完全可以把ta在加入到新入手的‘模块化合成器’中，作为一个单独的‘模块’来和其他的‘模块’产生交互。
规格与具体的技术细节都有什么用？
好，知道了什么是‘模块化合成器’后，我们需要了解通用的‘模块化合成器 （Modular Synth）’有3种规格： 1.3U Eurorack规格；2.4U Surge/Buchla规格，3.5U Moog/Synthesizers.com规格。目前市面上最为流行也是最通用的就是3U Eurorack规格的‘模块’。注意，此处的规格不是指制造厂商，同时因为电路板及物理相容性的原因，各规格之间不能互相连接，但相同规格不同厂商之间可以相互连接。此处的3U，4U，5U指的是模块的高度，U=Rack Units（机架高度），1U大概相当于44.45毫米，或者1.75英寸。而每个模块的宽度由小到大个不一样，用‘水平间距HP（Horizontal pitch units）’来表示，1hp=0.2inch/5.08mm。模块之间通过使用3.5m TS 插头的‘接线电缆’（Patch Cables）来连接。这里我们还需要了解，不同于合成器的完全使用电流，或Analog的模拟信号，模块化合成器在使用电流Analog模拟信号的同时，大部分模块其实是digital的，也就是通过电脑编码输入0或1来实现自身各种功能的，这里不多说。

不同于Analog合成器，Modular合成器首先需要一个Case，也就是外壳，或者机架（Rack），用来安装一个一个的模块（Module）。通常来说，新手入门一般会选用3U 84Hp或者104Hp。不过大部分情况是，你会发现这些hp空间很快就被填满了，然后你就需要额外的空间来放置更多Module，所以，有经验的模块合成器演奏者会推荐新人尽量买大一些的外壳，这样之后想入手新的模块就不需要再多花一笔钱来升级外壳。外壳的形式有很多，但只要认准3U的高度标准就不会有问题，比如3U=1排，6U=2排，9U=3排等。

有了Case，有了Module，下边我们还需要最重要的一个模块，电源（Power Supply）。不像Analog合成器，Modular Synth的电源是需要自己来购买安置的。有些Case会自带电源（如上图），但价格大多较贵，更实惠的办法是使用独立的电源模块来供电。电源并不是简单的起到供电作用，ta还为其他模块提供电流，而其他模块需要电流才能产生声音，并对声音进行各种处理，所以，千万不能小瞧这个小小的‘供电设备’。如下图左侧黑色模块为较常用的4ms（厂商名） ROW Power 40 （模块名）以及右侧长条状用来电源分流的Flying Bus Cable（理解成线形汇电板就好）。

之后，我们就需要准备好上边提到的几个基本模块，以3U Eurorack规格的模块为准，很多厂商都有自己不同的VCO，VCF，VCA，EG，LFO，Effects，Mixer等等模块，一般都会在某方面与其他厂商的设备有所区别，而功能的多少也是选择模块的一个重要考虑内容，但具体要选择哪种纯凭个人喜好来定。比如1厂的VCO1号模块主要负责Sine wave以及Sawtooth wave；VCO2号模块主要负责Square wave以及Triangle wave；2厂的VCO1号模块可以作出‘梯形Trapezoid wave’，VCO2号可以作出‘变体波形Morphed waveshape’等等。这里列举一些比较受欢迎的生产商：Erica Synths，Mutable Instruments，MengQiMusic，Happy Nerding，Doepfer，intellijel，4ms，2hp，Make Noise，Music Things，Roland，Moog，Expert Sleepers，Qu-Bit，WMD等等，此处再明确一下，因为都是3U Eurorack规格，不同厂商之间的模块可以互相连接。大家感兴趣可以去各官网详细了解他们的模块。
如图为我设计的一套‘模块化合成器’系统，这个系统由3排（9U）104hp的机壳组成。大家可以看到每个‘模块（Module）’上都有或多或少的插孔，可以区分为‘输入（Input）’‘输入（Output）’，通过Patch cable来把你所选的模块连接在一起，同时一个模块可以连接多个其他模块，一个input可以连接多个output，一个output也可以连接多个input （通过利用‘可堆叠电缆’ - Stackable Cable）。

所有模块都就位之后，我们就可以开始‘模块化合成器’最有意思的部分了，也就是Patching-接线。我给大家找了张图来说明什么是Patching。我们可以看到各模块之间利用了各种颜色的Patch Cable来连接Input和Output，一般用不同颜色来区分不同功能的电信号，比如黄色一般为声音信号，灰色一般为音高信号，蓝色一般为控制电压信号，红色一般为触发器信号，绿色一般为节拍信号等。

在Patching的过程，我们需要记住模块合成器三个必备的组成部分：音源（如VCO，Resonator，Noise等），声音修改（如LFO，EG，VCF，Waveshape，Effects等），声音输出（如Mixer，Output等）；以及声音、讯号的运行方向（从Output到Input，不能Input到Input，Output到Output）。除此之外，大家可以自由的按照自己的想法去连接。有时最好的音乐反而是在没有计划的随意连接中产生的‘美好的意外’。
考虑到硬件模块化合成器的价格，在入坑之前推荐三个常用的软件可以让大家试试手：1.Softube Modular； 2.VCV Rack； 3. Reaktor Blocks。这三个软件或免费或价格较便宜，自然都有一些缺陷，不能代替硬件来使用，但拿来练手或者入门学习、练习也是足够的了。
最后，‘模块化合成器’可以制作什么类型的音乐呢？答案是：任何音乐。‘模块化合成器’的目标是 -- 能够制作你所能想到或听到的任何声音，意思就是说你可以用‘模块化合成器’制作声学乐器音色如扬琴/钢琴/古琴/古筝/，小/中/大提琴/二胡，架子鼓/低音鼓/定音鼓/中国大鼓，笛子/长笛/单双簧管；电子乐器如电钢琴/电吉他/电贝斯/合成器/各类电音；音效如风声/雨声/水生/敲门声等等等等，只有想不到没有做不到。所以你可以用ta来创作交响乐，二重奏，四重奏，独奏，可以创作摇滚乐，爵士乐，古典乐，流行乐，电子乐，DJ，环境/氛围音乐，生成音乐，舞乐等。当然，你需要合适的多模块之间的连接与各参数的精细调整才能达到理想的效果。
课上完了！希望大家过得愉快
我们今天主要讲解了‘模块化合成器’与‘合成器’通用的各组成部分的基本内容，两者简单的区分，以及‘模块化合成器’的入门知识。短短几千字不能详细的为大家介绍各模块的功能和用法，如果想讲完、讲清楚所有的基本知识可能要写几本书。如果大家有兴趣，我之后会更加深入地讲解每个模块。希望这篇文章能帮助大家更清晰的入门模块化合成器。最后，在电子音乐学习的旅程上我也还是个初学者，如果有不够精确的地方欢迎大家指正，我们一起在交流中学习。

参考阅读：
Bjorn, K. and Meyer, C., Patch & Tweak: Exploring Modular Synthesis；
MakeNoise05 - Envelope 包络（ADSR）：https://zhuanlan.zhihu.com/p/38619552；
电子合成器入门浅读（一）：合成器“古代史”: https://www.gcores.com/articles/111115;
Korg Monologue简介、新手向系列教学、合成器兴趣入门:https://www.bilibili.com/video/av37061966;