军营生活(十七) 电子乐器的启迪和研制


 

     当电影还比较单调的年代,一部“甜蜜的事业”电影片在全国放映了,到处可以听到电影甜蜜的事业主题歌在飘扬:
“幸福的花儿心中开放,
爱情的歌儿随风飘荡,
我们的心儿飞向远方,
憧憬那美好的革命理想。
 啊!
亲爱的人儿携手前进,
携手前进,
我们的生活充满阳光,
充满阳光。

并蒂的花儿竞相开放,
比翼的鸟儿展翅飞翔,
迎着那长征路上战斗的风雨,
为祖国贡献出青春和力量。”

 

    我被这首歌吸引是因为歌中美妙的电子音乐伴奏,那电子琴的动听音乐深深的吸引了我的兴趣,使我开始了研究电子乐器经历。

    当我开始研究电子乐器的时候,开始一有时间就去青岛图书馆查有关乐理的知识,从音节的组成原理,录音机录下传统乐器的声音,播放时用示波器看各种乐器的波形,研究如何用电路来模仿波形改变音色。

经过学习,才知道原来音乐的基本音节是由十二音分律组成的,也叫十二平均律,将八度分成十二个均等的部分-半音-的音律叫做十二平均律。半音是十二平均律组织中最小的音高距离。两音间的距离等于两个半音的叫做全音。八度内包括有十二个半音,也就是六个全音。在音列的基本音级中间,除了E到F、B到C是半音外,其余相邻两音间的距离都是全音。在钢琴上,相邻的两个琴键(包括黑键)都构成半音,隔开一个琴键的两个音则都构成。

    十二平均律早在古代希腊时便有人提出了,但并未加以科学的计算。世界上最早根据数学来制订十二平均律的是我国明朝大音乐家朱载。

  十二平均律,亦称“十二等程律”,是指将八度的音程(二倍频程)按频率等比例地分成十二等份,每一等份称为一个半音即小二度。一个大二度则是两等份。将一个八度分成12等份有着惊人的一些凑巧。它的纯五度音程的两个音的频率比(即 2 的 7/12 次方)与 1.5 非常接近,人耳基本上听不出“五度相生律”和“十二平均律”的五度音程的差别。同时,“十二平均律”的纯四度和大三度,两个音的频率比分别与 4/3 和 5/4 比较接近。也就是说,“十二平均律”的几个主要的和弦音符,都跟自然泛音序列中的几个音符相符合的,只有极小的差别,这为小号等按键吹奏乐器在乐队中使用提供了必要条件,因为这些乐器是靠自然泛音级(如前文所述,自然泛音序列,其频率是基音频率的整数倍序列,成等差数列)来形成音阶的。半音是十二平均律组织中最小的音高距离。十二平均律在交响乐队和键盘乐器中得到广泛使用,现在的钢琴即是根据十二平均律来定音的,因为只有 “十二平均律”才能方便地进行移调。

将八度音等分为十二等分,其数学意义如下:

    八度音指的是频率加倍(即二倍频率)。因此在八度音中分为十二等分乃是分为十二个等比级数,其结果就是每个音的频率为前一个音的2开12次方,即1.059463倍。

    简单的说就是音乐的规律就是先找到一个基准音: 简谱中中音的“6”标准频率为440Hz,低音的“6”就是2分频为220Hz,高音的“6”为2倍频为880Hz,再高一音节的“6”为880Hz的2倍频1760Hz,再低一个音节的“6”为220Hz的2分频为110Hz,而把频率440Hz到880Hz频率间分成12等分音律,就构成了中音组音节,把880Hz到1760Hz间的频率分成12等分音律,就构成了高音组音节,把220Hz到440Hz间的频率分成12等分音律就构成了低音组音节,根据这个原理,我先用电子电路制作了12个产生方波的振荡器,调试产生了{zg}音节组的12个频率,输出为高音节组的音节,每一个振荡器再经过用双稳态电路4级2分频,产生出了下边的4组音节,就产生了60个键盘音节,每个音节对应一个电子开关,由键盘控制开关开启和关闭,也就控制了音节是否输出到放大器中,这样一台电子琴就设计出来了。

    在完成设计的时候可就问题都出来了,首先制作每一个电路当时还都是分立元件,振荡器,分频器都是用分立元件做,光电路就一大片,元件成本也很高,为了自己的业余爱好,我把每个月的积蓄全部买了元器件还不够,又把我爸爸给我买的手表,自行车都卖了,全部投入到电子琴的试验中。

    经过一个多月的努力,上千个元件终于连接完成了,满怀着喜悦的心情进行总体调试,才发现不是想象的那样简单,虽然每个振荡器都分开调试到了所需的音节上了,但一开机60多个振荡器同时产生的音频都串音到了输出放大器中,嗡嗡的噪音淹没了按键控制输出的弹奏音乐,经过反复的追查原因,才发现噪音是通过公用电源串扰的,又对每一路振荡器的供电系统进行分开滤波,分开地线的接入信号控制,不弹奏选择该音节时就对该电路输出信号采取音频导地xx方式,使噪音xx在信号进入前置放大器前。

    噪音问题解决了,但是虽然弹奏音节出了歌曲的音调,可是声音像黑管声,但又没有黑管声的柔软,很生硬。

    我用示波器检查了我做的电子琴输出的波形,每个音节输出的都是经过双稳态电路分频后的方波,又正玄波对照别的乐器出来的音乐,发现单簧管发出的声音有点像方波,但是边锋带有谐波的颤音,而且随着感情的变化波形的幅度在变化,钢琴的声音有点像有多次谐波的正弦波,振幅在开始大,随后逐渐减小,小提琴的声音是有点像锯齿波等等,小号声,双簧管声,鼓声,都有自己的特色,我经过各种电路的模拟,把方波进行改造,模拟出了各种乐器的声音。

    我用微分电路把方波改变成锯齿波,然后用电感和电容把锯齿的峰值削掉一点,使它模拟出了小提琴声,把方波用积分电路变成了三角波,然后通过电感和电容电路使它变得近似于正弦波,模拟出了笛子的声音,改变积分电路的数值,改变三角波的角度,通过滤波电路改变幅值变化,使幅度前大后衰减小,又在不同的频段使用,模拟出了钢琴声和敲鼓的声,用噪音发生器和衰减器组成了打击乐声等等。。。。。。。

有一个时间段我的脑海里除了在工作时间外,业余时间里满脑子都是想着各种乐器的波形和如何去模仿它,简直有点走火入魔了。

    各种音色模拟出来了,可是弹奏起来还是觉得生硬的很,音色不柔软,经过反复试验,在键盘控制音节的输出到放大器间加了一个音频频率调制器和一个音频幅度调制器,使输出的音频信号增加了点颤音的的效果,音色明显的得到了改善,解决了音色单调的问题。

    弹奏音乐解决了,又开始研究如何自动伴奏的节拍控制,通过组合二极管和三极管组成的与非门电路,控制几个打击乐模拟信号输出的电子开关电路的开启与关断,组合出了进行曲,探戈,桑巴等7种节拍节奏。

    经过大约半年时间的反复试验,终于一台电子乐器诞生了,虽然由于全部是由分立元件组成的,庞大的电路组合在一起搬动时需要2个人才能抬得动,但是我觉得对我收益之大是无法用金钱衡量的,由于各种电路的模拟和调试试验,基本上常用的分立电路的原理和各个点上输入何种信号,经过电路工作后输出会是何种信号波形不用测量就会在我的脑海中浮现出来,看起来是一台简单的电子乐器,可是在其中从振荡器,放大器,射随器,滤波器,频率调制器,幅度调制器,分频器等电路到开关电路的与门电路,非门电路,与非门电路,逻辑电路,单稳态电路,双稳态电路等等都深深的刻在了我的脑海中,这对于我以后的工作中解决各种工作中遇到的电路分析打好了坚实的基础,当时我们xx装备的设备都是电子管时代的设备,晶体管电路的设备刚刚开始逐渐替代电子管设备时代,晶体管开关电路也是刚刚开始普及应用,通过这台电子乐器的研制,使我很快对晶体管电路熟悉了,经过许多年后回忆起这段经历我都觉得很感激这台电子乐器给我带来的知识更新的机遇,因为它使我每天在思考每一个电路的作用和功能,是每一个电路的原理和作用都深深的刻在了我的脑海中,这种影响是平时一般的看书学习不能达到的,每一个电路都是我亲手做过试验后确定的,上百个分立电路的组合,上千个元件每一个工作点都经过测量和调试,这么大的工作量是我牺牲了半年多的休息时间和倾注了我的全部资金和心血来完成的,它使我学到了真正的知识,为我以后的道路中打下了对电子电路结实的理论和实践的基础,直到现在工作中遇到排除设备的电路中出现的故障时,分析电路工作原理就会联想到在研制电子乐器时各种电路每个工作点的波形。

    谈到这里,我也得把电子乐器介绍一下了:

    电子乐器是20世纪50年代兴起的一种新音乐,1951年西德科隆广播电台最初进行电子音乐试验,而影响{zd0}的是西德的斯托克豪森,他于1954年制作了《习作Ⅰ、Ⅱ》并灌成唱片,以后电子音乐开始流行。电子音乐的制作,是用电子技术获得各种音源,它造成无泛音的纯音,或用打击乐器、嘈杂乐器发出的杂音,也用人声和具体音乐相结合,通过声音滤波器和反响设备,使之变形、调频、调幅,再经其它电子仪器和录音技术加以剪结处理,使之再生、复合,组成作品。在50年代前期,电子音乐是经过计算后才制作的。50年代末产生的电子音乐合成器,可以直接控制音调、节奏、力度和音色,制作者选择应用电钮就能产生各种奇妙的音乐。

  从广义上来说,电子音乐这个词可以指很多的音乐类型,因为电子乐器的使用变的越来越普遍了,而且很多80年代后期的跳舞音乐都是电子的.

  广义而言,只要是使用电子设备所创造的音乐,任何以电子合成器、效果器、电脑音乐软件、鼓机等“乐器”所产生的电子声响,都可合理地称为电子音乐。

    电子音乐的应用范围相当广泛,电影配乐、广告配乐,甚至某些流行歌、摇滚乐中都会出现,只是常人不易发觉。

    电子音乐与其说是高科技的产物,不如说是时代的产物,与过去的摇滚乐有所不同,它更提倡青年人的参与精神,每一个电子音乐的追随者都坚信只有TECHML近乎一百分贝的震撼,才能使人获得心跳每分钟一百三十下的刺激与享受。它要求并不是用耳朵去听,而是要用全身心去感觉。

    然而,通常电子音乐是指当它刚成形时艺术家们通过电子设备所探索出的各种{dywe}的声响,以及后人们所创造出的继承这些先驱们的作品。前卫作曲家们长时间的着迷于利用先进的技术手段,创造那些前所未有的电子声响。法国作曲家Edgard Vare是这个领域的一个先驱,早在上世纪20年代就发明了自己的电子乐设备,50年代一直在实验磁带延时技术。然而,直到上世纪70年代,音序器和合成器变得越来越便宜和简便时,电子乐才真正的进入大众的视野。

    音响合成器是用电子技术实时地产生和加工音响。五十年代初,赫伯特 贝拉尔(Herbert Belar)和哈里 奥尔森(Harry Olsen)建造了Mark II RCA型音响合成器,后来捐献给哥伦比亚-普林斯顿电子音乐中心,这架机器只造了一种型号,是当时{zxj}的电子音乐仪器,给予作曲家相当大的控制合成音响的各个方面的能力,可是没有成果。后来,设计出大量生产的合成器,主要采用更新的半导体工艺。纽约的罗伯特莫格(RobertMoog)、加利福尼亚的唐纳德布奇拉(Donald Buchla)和罗马的保尔 凯托夫(Paul Ketoff)分别制造过这类合成器,1964年{dy}批商业型号上市。
    电子合成器可以直接创造音响,音高、包络、振幅、音色、回响、调制等特点一概自动控制,不必象以前的磁带那样经过剪辑才能产生延绵不断的音响进行。
    大多数合成器都是电压控制的,合成器上的各种装置都可以单独由外界电压加以控制,可以不需操作者的干预而使音响特点的振幅变化。
    合成器可产生大量不同的音响,远远超过任何机械乐器,这些声响与传统乐器的音响相象,而不接近语言或自然声响。

    我的这台电子乐器研制出来后,我去青岛市歌舞团请歌舞团的乐器弹奏师来给我研制的电子乐器做个评价,他来看了后给了很高的评价,并提出希望能借给他们歌舞团演出用,我很高兴地同意了。

    这台电子乐器由歌舞团借去后,他们给它做了个外壳,同时在青岛日报上介绍了电子乐器演奏的消息,很多人为了看电子乐器演奏买票去看歌舞团的演出,在首场演出时歌舞团给我们海航xx机关送来了几十张演出票,请我们xx的首长去观看演出,每场电子乐器演出前都有一个报幕员专门介绍电子乐器的兴起,并且说XXXXxxXX经过半年多的时间研制出来这台电子乐器等等给予介绍。

    通过研制电子乐器的经历,也同时也是给我一个磨练,说明一个道理:任何事情只要有信心和毅力,都会达到预期的目标的。



 

 

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