綿密、編織感的電子聲響?淺談什麼是粒子合成法 Granular Synthesis|存在指南 Way To Exist

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時而磅礴,時而零碎,諸多音效皆是出自這種顆粒狀的合成方法。本文將會簡介 Granular Synthesis 的歷史以及參數使用方式、實際能夠入手的機器。

你是否曾在電影或歌曲中,感受到聲音似乎是被打散了,並以更為宏觀、鋪天蓋地的型態輾轉翻騰?可能是描寫宇宙的寂寥、可能是搭配悲壯的歌詞,或甚至是沙丘的 Sandworm ,粒子合成(又稱顆粒合成)即能夠讓音樂製作人「編織」出這樣的聲響。

在開始之前的註記
如果 - 我是音樂製作人,有玩過合成器 / 我不知道電子合成器、其原理是什麼?

沒關係,從粒子合成開始也無仿。相信若是合成器玩家絕對了解一些聲音合成的方式,諸如最為泛用的減法合成法(Substructive Synthesis)、加法合成法、波表合成法、頻率調變合成法等等,每一種都是相當具有特色的聲音設計方式,不過顆粒合成的聲音感受又與前述方式差異頗大,因此即使沒有接觸過合成器,也可以從 Granular Synthesis 開始著手製作聲響。

聲音粒子化研究緣起與發展

簡要來說,粒子合成是一個基於取樣的合成方式,這邊指的取樣除了一段 Audio 之外,也可以是一段單純的 Waveform ,透過裁切的方式將聲音分割成許多短時長的碎片,再加以使用各種調變方式解構、重組。

此概念源自 1947 年,英國物理學家 Dennis Gabor 以量子物理的角度提出關於一段聲音若由心理聲學(Psychoacoustic)來看,是由無數個細小到無可分割的碎片成型的,若能夠將聲音分割到此狀態,將能夠操縱、重組這個聲音的樣貌,這是聲音量子概念 - Quantum of Sound 。

但這項概念一直停留在理論階段,直到 1950 年代,來自希臘的實驗派作曲家 / 建築師 Iannis Xenakis 試圖將此概念直接成為聲音製作的方式,並提出了對 Quantum of Sound 的 Lemma(引理):

所有聲音,皆能夠視為(構想為)無數個由最小單位震動所組成的集合體,聲音在一段時間中所出現的表現,諸如 Attack / Decay / Decline (Release) 皆是由這些龐大的最小單位所組成。

而這些組成的轉變可以運用電腦計算所實踐。(當時以 Poisson Distribution 卜瓦松分佈來進行解釋,此機率統計計算方是為 1838 年 Poisson 所提出,用以計算單位時間內隨機事件所發生的次數之機率的分佈)

Copyright by The New York Times "With a Sound Forged in War, Iannis Xenakis Enbraced Chaos"

這個說法在由 Iannis 在 1970 年代實行,因為當時的電腦無法承載如此龐大宏觀的數值運算,因此他用最為簡單卻暴力的方式來實現:運用類比振盪器(VCO, Voltage Controlled Oscillator)產生人耳可以聽見的頻率,再以 Tape 機一段一段地將其分割成細碎的聲音,也是在此時,這些聲音的碎片被命名為 “Grain” ,有零碎的穀物、細小的沙子之意。

Iannis Xenakis 的聲音結構計算

在此同時也參與其中,對此領域有著顯著貢獻的還有美國作曲家、電腦工程師 Curtis Roads

不過,真正將這個方法運用電腦運作、實現更為如理論中細碎的聲音表現的則另有其人, 1986 年,加拿大作曲家 Barry Truax 在 Simon Fraser 大學從事此研究,並以研究室中的 POD 系統(前述的卜瓦松分佈運算系統)與當時相當先進的訊號處理器 DMX-1000 做結合,以 PODX 系統成功將 Granular 音樂化,並將其實驗集成為作品 “Riverrun” 。

早期的 POD 運算系統,Simon Fraser University
1980 年代的 PODX 系統, Simon Fraser University
1986, Barry Truax 在 Simon Fraser 大學成功將 Granular 音樂化,並將其實驗集成為作品 “Riverrun”

也因此,位於加拿大的 Simon Fraser University 被譽為 Granular 進入數位化後的真正誕生之地。

如何操控粒子合成?

前面簡短地敘述了粒子合成的發展經過,現在,我們依靠著當代電腦的運算能力,只要有台電腦、知道一些參數的意思,不用管複雜的理論,就能夠很輕鬆地開始玩 Granular 了。

粒子合成會將一段聲音(或單純的波形),以毫秒為時間過度單位切成零碎的碎片,如上所述,稱為 “Grains” ,這些顆粒通常小於 50 ms ,當然了,運算能力強一點的機器能夠切成 1ms 甚至更小,這邊的參數名稱為 “Duration” ,也就是顆粒的時間線性長度(顆粒週期)。

有了這些如同沙狀的聲音後,我們就可以用時間來當作基礎,將這些 Grains 調快、調慢甚至是回放、部分顆粒停留等等,使之開始時而堆疊錦簇、時而分散如絲。

在 Sonology 泛聲學上,人類能夠分辨間距超過 35 ms 的聲音,並會將其當作兩個獨立事件來看待,這裡就是 Granular 好玩的地方,我們會將這些顆粒在腦中組成不同的聲音,卻又有其應該是一整個聲音圖像的錯覺。

而正是因為透過這樣的手法,因此我們時常使用「編織」來形容這個過程。

接著,我們可以進一步地調變 Grains ,例如:

  • Position: 調整 Sample 上要開始切的位置

  • Duration: Grains 的時長,以毫秒為單位,一般來說,在一秒內會出現的 Grains 由幾百到幾千不等

  • Interval Density: Grains 之間的間距

  • Interval Reverse: 選擇一個特定區間,並將其反轉倒播

在實際創作中,許多使用者會將這些參數不斷地變化,讓這整個聲景時而清晰明朗,時而詭譎莫測,甚者,若是電腦運算能力允許,我們會使用額外的方式調變單一個 Grain

最常見的手法有獨立調整每一個 Grain 的波封(Envelope),在運算上,改變 Attack / Release 能夠直接影響整體聲音的質地 “Texture” ,聽起來會完全不一樣。

使用 Envelope 調變 Grains, Simon Fraser University

有什麼可以玩的方式呢?

軟體方面,知名音訊軟體大廠 iZotope 有打造一款以粒子合成法為基礎的 Plugin ,名為 IRIS ,其獨有的算法讓聲音的質地更加多變、繁雜。

IRIS 2粒子合成器軟體Plugin by iZotope

實體機型方面,一家名為 Tasty Chip 的樂器廠,推出了一系列的粒子合成器,分別有 GR-1 以及今年最新款的 GR-Mega ,是相當知名的粒子合成器(Granular Synthesizer)。

若你有 Eurorack 模組化合成器,則可以看看由 Mutable 所推出的 Clouds 、 Make Noise 所推出的 Morphagene 兩款皆搭載相當複雜的 Granular 系統。

Mutable 已經停產的 Clouds


結語

此篇短文僅僅簡要介紹 Granular 粒子合成法,實際上瞥見的,只是這個橫跨將近世紀的物理學、聲學研究的冰山一角,若想要進一步瞭解,除了搜尋 Granular Synthesis 之外,也可以直接至文中進行深度聲學、物理學以及粒子合成研究的 Simon Fraser University(Canada)官網查詢相關資料。

此外,以宏觀量子物理角度所進行研究的聲音粒子化
Granulation of Sound in the Quantum Physics / Psychoacoustic point of view.
可以由這邊參考說明。


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同時也撰寫聲音科技、社會論題相關文章,
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23/08/2023 Taipei, Taiwan

CC BY-NC-ND 4.0

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