減法合成器的工作原理
使用合成器，可以通過多種方法來創造聲音。雖然合成器的型號各不相同，但大多數合成器都遵循減法合成原理 (subtractive synthesis )，具有相似的基礎體系結構和訊號流 (audio signal flow )。 其他合成方法將在下一篇進行解說。
本質上，這就是減法合成的工作原理：過濾掉（剪切掉）不想要聽到的聲音部分。換句話說，減去頻譜中的某些部分，包括基礎音調和相關聯的泛音。
減法合成方法假設將原聲樂器 (acousitic instruments ) 大致視為簡單的振蕩器，生成不同頻譜的波形。將訊號從振蕩器發送到濾波器，這些訊號表示樂器主體中與頻率相關的損耗和諧音。過濾的（或未過濾的）訊號由合成器的放大器部分隨時間形成。
透過原聲樂器的原理以相似的方式進行模擬，理論上 可以 重現真實樂器獨一無二的音色、音調和音量。 但實際上，減法合成器不適用於模擬真實樂器，經過合成的類單簧管聲欺騙不了任何人，尤其是現在的取樣機 ( sampler )更提供了近乎無限的音色庫。
減法合成器的真正優勢在於，它們自身能提供獨一無二的聲音。 所有模擬和虛擬模擬合成器都使用減法合成來生成聲音。
減法合成器組件概覽
大多數減法合成器的前面板包括一組生成和處理相似 訊號 的模組，還結合了大量的調變 (modulation ) 和控制模組。 訊號 生成和處理模組通常從左到右運行，反映真實合成器的訊號流。
訊號 生成和處理組件
振蕩器 (oscillator )： 用來產生具有周期性的模擬信號（通常是正弦波或方波）的電子電路。通常此波形都擁有豐富的泛音。許多合成器都擁有不止一個振蕩器。
濾波器 (filter )： 用於通過/過濾出頻譜的某些部分來改變基本 訊號 。許多合成器擁有一個濾波器，普遍應用於所有振蕩器 訊號 。多振蕩器合成器擁有多個濾波器，可以用不同的方式來過濾每個振蕩器 訊號 。
放大器 (amplfier )： 用於控制隨時間變化的 訊號 電平。放大器具有一個稱為包絡 (envelope ) 的模組，它分為幾個元素來控制聲音的開始部分、中間部分和結束部分的電平。簡單的合成器通常具有一個包絡，用於控制隨時間變化的振蕩器（和濾波器）。更複雜的合成器可以擁有多個包絡。
調變和控制組件
調變器 (modulators )： 用於調變 訊號 生成和處理組件。調變可由機器自動生成，也可以使用調變輪 (modulation wheel ) 手動生成。大多數合成器都擁有名為低頻振蕩器 (low frequency oscillator, LFO ) 的組件，它能提供 調變 訊號 的波形。
全局控制 (global control )： 影響合成器聲音的整體特性，例如音符 (notes ) 之間的滑音 (glide )、彎音 (pitch bend )、單音 (monophonic ) 或復音 (polyphonic ) 等。
振蕩器
合成器的音頻 訊號 通過振蕩器所生成的，通常可以從包含不同類型和數量的泛音的多種波形中選取，所選波形的基礎音調和泛音之間的電平關係與基本聲音顏色 (sound color ) 或音色 (timbre ) 相關。
常見合成器波形
下面將討論最常見的合成器波形的質量。
正弦波 (sine )
正弦波聽起來清晰明瞭，不包括除第一泛音以外的其他泛音；也就是說，這是基礎音調。正弦波（單獨使用）可用於創造「純淨的」聲音，如口哨聲、濕手指放在玻璃杯邊緣的聲音、音叉聲等。
鋸齒波 (sawtooth )
鋸齒波聽起來清晰明亮，包含奇數和偶數泛音。非常適合於創造弦樂、背景音 (pad )、貝斯和銅管樂器 (brass ) 聲音。
方波 (square ) 和脈衝波 (pulse wave )
方波聽起來空曠而有木質感，包括多種奇數泛音。創造簧樂器聲音、背景音和貝斯聲音時很有用。也可用於模擬大鼓 (kick drums )、康加鼓 (congas )、筒鼓 (tom-toms ) 和其他打擊樂器的聲音，通常與其他振蕩器波形（如噪音）混合。
可以使用脈衝寬度調變 (PWM, p ulse width modulation ) 控制來重新調整方波的形狀，使波形循環（或脈衝）在多種合成器上的形狀更加像方形。使用這種方式調變方波時，方波被稱為脈衝波 (pulse wave )，包括少數泛音。它可用於簧管樂器 (reeds )、貝斯和銅管樂器的聲音。
三角波 (triangle )
和方波一樣，三角波只包含奇數泛音。因為三角波中較高泛音的卷動速度比方波中較高泛音的卷動速度快，所以三角波聽起來更柔和。適用於創造長笛 (flute ) 聲音、背景音和人聲的「哦 」。
噪音 (noise )：粉色/紅色、藍色、白色
模擬打擊聲音，如小鼓 (snare drums )、風聲和海浪聲時，噪聲很有用。
白色噪聲 (white noise )： 合成器中最常見的噪聲波形。白色噪聲包含中央頻率附近的所有頻率（最高電平）。
粉色和紅色噪聲 (pink & red noise )： 這些噪聲顏色也包括所有頻率，但是它們在頻譜中不處於最高電平。粉色噪聲每八度音程 (one octave )（較高頻率）降低 3dB 電平。紅色噪聲每八度音程降低 6 dB 電平。
藍色噪聲 (blue noise )： 藍色噪聲與粉色噪聲相反，它會將較高八度音程中的所有頻率的電平升高 3 dB。
還有其他噪音波顏色，但是它們在合成器中不常見。
重新調整波形
可以改變基本波形的形狀，以生成新的波形。這樣會產生不同的音色或聲音顏色，從而擴大可創造的聲音範圍。
有多種方式來重新調整波形。最顯而易見的方法就是改變方波的脈衝寬度 ，如常見合成器波形中所述。其他波形改變選項包括更改相位角度 (phase angle )，移動波形循環的開始點，或只合並多振蕩器合成器中的多個波形。
使用這些方法重新塑造波形時，基礎音調和其他泛音之間的關係會發生改變，從而會改變頻譜和產生的基本聲音。
濾波器
減法合成器中的濾波器的目的是去掉從振蕩器發送的 訊號 的某些部分（頻譜）。過濾後，一個聲音出色的鋸齒波將變成不帶尖銳高音的平滑而溫和的聲音。
大多數減法合成器的濾波器部分包括兩個主要控制，稱為截止頻率 (cutoff freqency )，通常簡稱為截止 (cutoff ) 和共振 (resonance )。其他濾波器可能包括斜率 (slope ) 等。大多數合成器的濾波器部分可以通過包絡、LFO、鍵盤或其他控制（如調變輪）來調變。
濾波器類型
有多種濾波器類型。每一種類型都會對頻譜的各個部分產生不同的影響：
低通濾波器 (l ow-pass filter )： 低頻率可以通過；高頻率被削弱。
高通濾波器 (high-pass filter )： 高頻率可以通過；低頻率被削弱。
帶通濾波器 ( band-pass filter )： 只有某頻段內的頻率可以通過。
帶阻濾波器 ( band reject filter )： 只有某頻段內的頻率被削弱。
全通濾波器 ( all-pass filter )： 頻譜中所有頻率都可通過，但會修改輸出的相位。
顧名思義，截止頻率 (cutoff freqency ) 或截止 (cutoff ) 確定位置截止的位置。較簡單的合成器僅提供低通濾波器。因此，如果 訊號 包含從 20 到 4000 Hz 的頻率，且截止頻率設定為 2500 Hz，會過濾掉高於 2500 Hz 的頻率。低通濾波器允許低於截止點 2500 Hz 的頻率不受影響地通過。
下圖顯示鋸齒波的概覽 (A = 220 Hz)。濾波器打開，且截止設定為其最大值。換句話說，此波形不會被過濾掉。
下圖顯示濾波器截止的值設定為約 50% 時的鋸齒波。此濾波器設置會抑制較高頻率，並平滑鋸齒波的邊緣，使其與正弦波相似。在聲音方面，此設置會使聲音更加柔和，不那麼具有銅管樂器的感覺。
正如在圖例中所見，使用濾波器去掉頻譜中的某些部分會改變波形的形狀，從而改變聲音的音色。
共振
共振 (resonance ) 控制會加強或抑制截止頻率周圍的 訊號 。下圖顯示一個帶高共振設置的鋸齒波，同時截止頻率設定為 660 Hz（60% 左右）。
此共振濾波器設置會產生與截止頻率相近，更嘹亮或更刺耳的 訊號 。低於截止點的頻率不受影響。
使用濾波器共振也會在整體上更改基本波形的形狀，從而改變音色。
這 種 非常高的濾波器共振設置可以讓濾波器開始自行振蕩 ，使得濾波器生成正弦波。
濾波器斜率
如上所述，濾波器會在設定的截止頻率處截止 訊號 。這種截止不會立即發生，而會在給定斜率處發生，以每八度音程增益減少的分貝 (dB) 來衡量。換句話說，可以通過選取相對陡峭或較緩和的斜率，在截止點處定義傾斜程度。
合成器的放大器模組，負責控制隨時間變化的 訊號 的電平或音量。
在實際的原聲音樂中，如小提琴的琴弓流暢地在琴弦上拖移時，小提琴的聲音緩慢地向上至頂峰 (peak ) 或稱最大電平，並延長一段時間，直到琴弓從琴弦上離開，然後立即截止。另一相對的例子，用鼓棒敲擊小鼓會產生非常快速的頂峰電平，不會有延音部分， 雖然會有一定的衰減 (decay )， 但 聲音轉瞬即逝。隨著時間的改變，這兩種聲音的特征大相徑庭。
合成器通過隨時間控制聲音電平的不同部分（開始、中間和結束）來模擬這些聲音特徵。此控制通過一個名為包絡產 生器 (envelope generator ) 的組件來實現。.
起音、衰減、延音和釋放 (ADSR) 包絡控制
在如下所示的打擊樂音調示波圖中，電平瞬間上升到其範圍的最高處，然後衰減。如果圍繞示波圖的上半部分畫一個框，可以將其稱為聲音的「包絡」（一個以時間功能顯示的電平圖像）。包絡發生器具有設定此包絡形狀的功能。
包絡發生器通常具有四個控制，即起音 (Attack )、衰減 (Decay )、延音 (Sustain ) 和釋放
(Release )，通常縮寫為 ADSR。
起音 (attack )： 控制最初從零振幅滑到 100%（最大振幅）所花費的時間。
衰減 (decay )： 確定後來從 100% 振幅降到指定的延音電平所花費的時間。
延音 (sustain )： 設定按住某個鍵時生成的穩定振幅電平。
釋放 (release )： 設定釋放鍵時，聲音要從延音電平衰減為零振幅所花費的時間。
如果在起音或衰減階段釋放鍵，則通常會跳過延音階段。延音電平為零會產生類似鋼琴聲或打擊樂的包絡，沒有持續穩定的電平，即使按住鍵時也如此。
使用包絡控制濾波器
包絡發生器不只可以控制 訊號 振幅。它們還可以控制濾波器截止頻率的升高和降低，或者調變其他參數。換句話說，包絡發生器可以用作調變源，或用作給定參數的「遠程控制」 (remote control )。
下面部分將介紹合成器的調變功能。
調變
缺乏調變 (modulation )，聲音聽起來就會單調無味。缺少某種類型的聲音調變，這些聲音聽起來也會感覺不自然，合成味道太濃。最顯而易見的 調變 類型就是顫音 (vibrato )，弦樂演奏者常在樂器的音高中添加效果。
要使聲音更加有趣，可使用多種合成器控制來 調變 基本的聲音參數。
調變發送
許多合成器都具有調變路由器 (modulation router )。
可以使用路由器將一個或多個調變源直接發送到一個或多個調變目標，或直接發送到目的位置。例如，可以使用調變源來更改調變目標（例如振蕩器音高或濾波器截止頻率），這些調變源包括：
力度 調變 (velocity modulation )： 鍵盤彈奏的影響（力度更大或更輕柔）。
鍵盤比例 (key scaling )： 在鍵盤上彈奏的位置。
使用控制 (use of controls )： 這些控制可包括調變輪、帶狀控制器 (ribbon controller ) 或連接到鍵盤的踏板 (pedals )。
自動 調變 (automatic modulation )： 使用包絡發生器或低頻振蕩器來自動調變 訊號 。
常見調變源
本部分概述了可以在大多數合成器中見到的調變源。
調變控制器 (modulation controller)
調變 源可以（通常）通過執行某項操作（例如在鍵盤上彈奏一個音符或移動 調變 輪）來觸發。 因此， 調變 輪 (modulation wheel )、彎音條 (pitch bend )、踏板 (pedals )、鍵盤和其他輸入選項都稱為 調變 控制器，或簡稱為控制器。
調變 控制器中最好的範例之一，是使用對力度敏感的鍵盤 (velocity-sensitive keyboard )，設置用於控制濾波器和電平包絡。敲擊音符的力度越大，聲音就會越大越嘹亮。
使用 LFO 來 調變 聲音
幾乎所有合成器中都帶有的 調變 源就是 LFO （低頻振蕩器）。這種振蕩器僅用作 調變 源，它不會生成任何真實合成器聲音部分的「可聽見」的 訊號 ，因為它的聲音低得難以聽見。但是，它會通過添加顫音和變頻濾波 (filter sweeps ) 等影響主要 訊號 。
LFO 控制
LFO 通常具有以下幾種控制：
波形 (waveform )： 允許使用者選取波形類型（最常見的類型是三角波和方波）。對於變頻濾波（緩慢變成濾波器截止頻率）或模擬救護車警笛聲（緩慢變成振蕩器頻率）時，三角波很有用。對於在兩種不同的音高（例如顫音和八度音程）間快速轉換，方波很有用。
頻率/速率 (frequency/rate )： 確定由 LFO 生成的波形循環的速度。設定為較低的值時，會產生非常緩的斜坡，使其很容易制作如海浪翻滾的聲音（在主振蕩器中選取了白色噪聲作為波形時）。
同步模式 (sync mode )： 允許在自由運行 (free )（用戶定義的 LFO 速率）或與外部速度源 (external )（如主機應用程序）同步之間進行選取。
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LFO 包絡
在某些合成器中，也可以使用包絡發生器來控制 LFO。要舉例說明此功能的用途，請想像一下在延音的弦樂部分聲音中，將一秒左右的顫音加入聲音的延音部分。如果可以自動完成此操作，就可以用雙手來彈奏鍵盤。
在某些合成器中，會包括一個簡單的包絡產生器來實現此目的。通常，此包絡僅包括一個起音 (attack ) 參數，或者有時包括衰減或釋音選項。這些參數的執行方式與振幅包絡參數相同（請參閱放大器部分的包絡），但僅限於控制 LFO 調變 。
使用包絡進行 調變
合成器的主包絡發生器不僅隨時間控制電平，通常還用於在按下或釋放鍵盤按鍵時 調變 其他聲音參數。
包絡 調變 最常見的用法是使用鍵盤力度或鍵盤比例 調變 源來控制濾波器截止和共振參數（請參閱 調變 發送）。
全局控制
本部分介紹影響合成器整體輸出 訊號 的全局控制 (global control )。
最顯而易見的控制就是電平控制 (level control )，它設定聲音的整體音量。（請參閱放大器部分的包絡。）
還包括以下其他按鍵全局控制：
滑音 (glide/portamento )： 用於設定某音符音高向上或向下滑到其他音符音高所花費的時間。此控制對於模擬在音符間滑動，而不是直接移到另一個清晰明顯音高的吹奏樂器上很有用。
彎音/彎音範圍 (bender/bend range )： 此控制通常連線到鍵盤上的彎音輪。顧名思義，將輪從其中央位置向上或向下移動會向上或向下彎曲音高（振蕩器頻率）。彎音/彎音範圍參數通常在一個八度音程 (one octave )中有上限和下限，但是通常設定為高低約三個半音。此設置非常適合於模擬某些樂器中出現的小的（或極端的）音高波動，例如使用小號在音符之間移動，或在電吉他獨奏時的推弦 。
聲部 (voices )： 合成器對可同時生成的音符數量有限制。同時生成的音符稱為樂器的復音 (polyphony )（字面上的意思是“多個聲部”）。聲部參數設定在給定時間中可以彈奏的音符數量上限。
同音 ( unison )： 用於「疊加」聲部（使用比彈奏音符的頻率高一個八度音程的聽見的同音聲部）。因為彈奏音符時使用了兩個聲部，所以同音會造成兩種效果：使聲音更豐富更飽滿，同時會將復音減半。
觸發模式 (trigger mode )： 觸發模式確定當彈奏的音符數量超出可用的聲部數量時，如何處理樂器的復音。觸發模式也允許分配連音 (legato ) 模式。實際上，此控制改變合成器響應彈奏技巧的方式，當模擬單音樂器（如長笛、單簧管和小號）時，它並不起作用。當使用觸發模式控制時，如果分配給最後一個音符優先級，正在演奏的音符就會被截止，而會演奏另一個音符。
最後一個音符優先 (last note priority )： 如果正在演奏所有聲部時觸發新的音符，合成器會結束最先演奏的音符，以釋放復音（聲部）。 第一個音符優先 (first note priority )： 不會停止較早演奏的音符。在此模式中，當樂器的復音（聲部）達到限制時，使用者需要停止彈奏音符，以便演奏新的音符。
備注： 在某些合成器中以單音方式演奏時，觸發模式參數也允許使用者為較低（或較高）音高的音符設定優先級。
