粒子合成（GranularSynthesis）
　　
　　前面，在介绍加法合成时，我们知道了复杂的声音可以通过众多简单的波形（一般是正弦波）相加来形成。粒子合成也是采用相同的理念，所不同的是，粒子合成不是只采用频率和振幅时刻在变化着的正弦波，而是采用成千上万非常短小、相互重叠的声音材料，或称声音粒子（Grain），来实现声音的合成。这些粒子的成分可以是正弦波形，但更多的时候，这些粒子往往是比正弦波频谱丰富得多的声音材料。通过处理这些成千上万的粒子在时间上的位置、它们的频率、振幅包络，乃至波形（Waveshapes），我们就能创造出非常复杂、千变万化的声音。
　　
　　·发展历史
　　粒子合成理论最早可以追溯到1616年荷兰学者IsaacBeekman所提出的粒子声音物理论。1946年，物理学家丹尼斯.加伯（DennisGabor）以量子物理相关试验证明，任何能量、频率的声音都可以用原始的质量或粒子来分析与重组。他的光粒子声音模拟试验，一段声音经过任何时间压缩或扩张，即使原来的声音长度已经改变，但声音的音高不会改变。
　　1960年，作曲家欣纳基斯（IannisXenakis）第一个将加伯的相关试验理论应用于声音合成领域之中，并提出下列假设，即所有的声音，即使是一段乐句，都可视为上结声音的基本粒子（Grain），存在于单位时间内的排列组合中。他将粒子合成理论应用于作品AnalogiqueA-B弦乐演奏曲中，1974年，美国的柯蒂斯.罗兹（CurtisRoads）研发了粒子合成器（GrandularSynthesis）。
　　尽管粒子合成理论的历史可以追溯到很远，但粒子合成技术在20世纪末才逐渐成为一门热门的合成技术。这是计算机发展的技术条件决定的。按照粒子合成的原理，你不仅要改变那些成千上万的微粒的音色、长度、音高、频率，还要将它们按不同的顺序再重新排列组合起来。由于可调变参数众多，而粒子数量更是一个庞大的数据，在计算机技术和速度都很低的最初几十年，实现起来有很大的难度。所以粒子合成直到90年代才真正被人们所运用。
　　
　　·基本概念
　　任何一个声音都可以视为成千上万个声音粒子的排列组合。作为粒子合成理论中声音的最小基本单位，每一个声音基本粒子的长度大约只占1ms至100ms的时值，几乎是声音可辨别的最小单位，或可辨最小单位界限之外的声音。声音基本粒子可以很形象地比作一个坚果，这个坚果由两部分组成，果壳和果肉。在粒子合成中，果壳就是声音包络，而果肉就是组成声音的成分（如波形）。单独的声音微粒也许看不出来什么，但成千上万的微粒组成一个完整声音的时候，“果壳”和“果肉”将决定这个声音的最终形态。
　　
　　
　　·基本粒子成分的划分
　　基本粒子成分（即“果肉”）的划分，大致可分为两类：1.由振荡器直接产生，称为综合合成化（Synthetic）成分。综合合成方式通过控制振荡器不同的参数所形成的各种波形来作为基本粒子成分。2.由声音的采样取代振荡器，称为采样粒子化（Granulated），即将采样融入粒子合成理论之中。这种粒子成分可以是任何先期录制或日常生活中获得的声音。
　　第一类声音微粒可以由任何波形构成，如正弦波、锯齿波、方波、脉冲波、三角波等等。最简单的波形成分就是正弦波，只在粒子合成中，最纯净的正弦波并不适合于创造出丰富的音色，只不过在这里，因为其波形简单，便于理解，所以我们还是使用正弦波为例。
　　将正弦波作为基本声音粒子，被限定了时间长度的正弦波在这里被称为正弦微粒。一个正弦微粒，其时间被限定为0.020秒，而两端的振幅都被衰减了，看起来像一个坚果壳。
　　
　　振幅包络对于一个波形化粒子成分的影响。我们取一个正弦波波形，然后用一个振幅包络与其相乘，最终获得最下面的波形。
　　
　　粒子成分的第二类是将采样的声音作为粒子成分。通过采样技术获得的粒子成分其声音的丰富性是不言而喻的，可以是任何先期录制或日常生活中获得的声音。
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　　根据采样声音的长度，又可分长采样、短采样两类，它们在粒子合成中的使用方法是不同的。短采样的长度可以直接当做一个基本粒子来使用，而长采样则是将其切割成多达一系列的微粒使用，当然也可以只使用其中某几个微粒。总之，将这些采样声音切割、拉伸或压缩，以适应作曲家所需要的微粒长度。
　　
　　
　　·基本粒子的包络
　　
　　基本微粒的包络，即坚果的“果壳”决定了这个基本粒子的长度和外形。
　　微粒加包络的处理方法也叫做“开窗术”（Windowing），是一种振幅调制的图形化技术。
　　
　　粒子合成中的微粒包络不仅限于我们熟悉的ADSR（Attack-Decay-Sustain-Release），而包含了更为丰富的内容。一个微粒的包络，它包括Attack（起音）、Sustain（延持）、Decay（衰减）、Amplitude（振幅）、Duration（持续时间）。
　　
　　Duration（持续时间）决定了一个微粒的持续时间，一般来说10~15毫秒是最佳时间长度。如果微粒的持续时间较短，其会占用更多的频谱带宽而带来噪音，使得声音含混不清。
　　
　　Amplitude（振幅）决定着微粒的音量。一般基本微粒的振幅调制最大只能到100%，也就是说微粒的声音不能变大，只能按比例减小。
　　
　　Attack（起音）时间决定着微粒从最开始到最大音量持续的时间长短，很短的起音时间会带来噪音，还有一些边带频谱，这都是我们不希望得到的。
　　
　　Sustain（延持）时间决定着在起音之后，微粒在最大振幅停留的时间。如果微粒的Duration时间很长而延持时间很短，就会产生一些噪音。一般来说粒子合成中不能调整延持的时间，其长短是由duration-attack-decay得出的。
　　
　　Decay（衰减）时间决定了微粒由最大振幅到无声的时间，在粒子合成中Decay的时间与Attack时间可以不同（也就是说果壳的两头不一定是一样尖的），但是不同的Attack和Decay会带来噪音和频谱的边带，所以一般情况下果壳的两头还是一样尖的。
　　
　　总之，粒子的包络决定了粒子坚果的外形，就像决定各种树木的树叶形状一样，基本粒子的振幅包络，可以是直线，也可以是带有拐变的直线，甚至可以是曲线，总之，包络的变化是根据作曲家的想法而决定的。下面的图示是我们随意变化的有限的几种样式，只是想形象地说明包络的多样性。
　　
　　
　　·粒子的组合与粒子云
　　对基本粒子成分的界定，即成分的选择与包络的设定，是粒子合成理论的关键部分。有了基本粒子成分的理解，似乎进一步的合成手段会很简单。其实不然，由于粒子合成技术可塑性极大，其参数控制手段很多，如粒子的长度、包络、波形、振幅、空间位置等。使得基本粒子的组合成为一门极为复杂的技术。
　　
　　为了更便于理解，我们可以将粒子组合比喻成树叶与大树的关系。每个声音微粒可看作一棵大树的每片叶子，而整个声音是一棵大树的整个面貌。从粒子成分和包络的角度看，叶子的形状、颜色、脉络都将决定整棵树的外观，不同的叶子代表了不同类型的树。而从微粒组合的角度看，整个声音音色又可以从众多叶子的分布、疏密来影响整棵大树的面貌，这时，园丁在修剪树木时不是修剪每片叶子（改变基本粒子成分），而是对整棵树的形状、长势做修整。
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　　为了有效地组织这些基本粒子，管理控制这些参数，需要一个高效管理控制手段，可叫做粒子合成“记谱”，而更多的时候称为粒子云，或称作声云（CloudsofSound）。之所以称为粒子云，或许是由于粒子声音能量在区位上的移动，给人的感觉似乎是在一个声音的空间里游动。那么成千上万的微粒是如何组合在一起，即左右粒子云的参数又有哪些呢？
　　
　　一、粒子云类型（CloudType）可分为同步（Synchronous）或非同步（Asynchronous）
　　同步粒子云，意味着每个粒子与粒子之间的时间距离（FixedDelayPeriod）都相等，所有的微粒的时间长度都是相同的，或者是一种线性递增/递减的关系。同步的粒子合成可以分别调节每个微粒的振幅、微粒密度、音高、时值。
　　非同步粒子声云，就是粒子之间距离不相同，所有微粒都是随机截取的，它们之间的时间关系不像同步粒子合成那样是线性的，而是完全没有规律的。但其可调参数与同步粒子合成是相同的，包含了振幅、微粒密度、音高、时值。
　　不管是同步还是异步，所有微粒最后都是按照截取的顺序来排列的，这样才能形成原采样类似的声音。当然如果是直接使用粒子合成新的声音而不是改造采样音色，那么微粒的顺序就需要重新排列。
　　
　　二、微粒密度
　　微粒密度是粒子合成器中比较重要的一个参数，其决定了微粒的分布，以每秒内的微粒数量为单位。每秒低于30个微粒就算是低密度了，这样做可以使最后发出的声音带有一些节奏感。当基本粒子密度每秒低于20粒时，将产生一个具有旋律性的节奏。而随着密度的增大，整个声音的频谱就会越复杂，声音的振幅（音量）也会越大，音高会变高。
　　
　　密度与微粒持续时间之间的关系也会带来声音的变化，单个微粒的持续时间越短，微粒密度越大，那么声音产生的重叠就越多。
　　
　　同步和非同步粒子分布以不同的方式影响粒子密度对声音产生的效果。在同步粒子合成中200微粒/秒，表示在一秒的时间内平均截取200个微粒，密度越大音高越高。而在非同步粒子合成中，这200个微粒是随机截取的，密度与音高没有直接关系。
　　
　　在每秒基本粒子的密度分布中，低密度造成粒子结构分散，听起来有颗粒状的声音；高密度则使粒子相互重叠，制造出一持续的声音或某种杂讯带（NoiseBands）。
　　
　　其他影响粒子云变化的参数还有；1、粒子云的起始时间（StartTime）也粒子云层长度（CloudDuration）。2、粒子分布位置（GrainSpatialPosition），不同粒子的曲线分布位置将决定声音的相位（上、下、左、右、前、后等三维空间听觉位置）。3、粒子云的带宽（frequencyBandwidthofCloud），它泛指基本粒子于是高与最低频率之间的分布范围。基本粒子密度取决于粒子云层的带宽。
　　
　　最后，我们看一下图15-7粒子合成“记谱”（粒子云）的形象化呈示。下面的图示每个点代表着一个拥有特定频率和时间的粒子（Grain），尽管一些诸如频率、波形、振幅包络等重要的参数信息在图中难以显示，但这种形象化图示还是可以给我们很好的提示，告诉我们这个声音记谱大概有怎样的声音效果。