第 7 章：創造音色的樂器
運用科技來查明聲音產生的因子
2020 年 2 月，Yamaha 發布了 YC61，這是一款舞台型鍵盤，配備了新開發的虛擬電路建模 (VCM) 管風琴音調產生器。隨後的第二年，我們發布了 YC73 和 YC88，該系列共三個型號。儘管這些是舞台型鍵盤而非典型的合成器，但其內部與後者沒有區別，因為除了 VCM 管風琴音調產生器外，也包含 AWM2 和 FM 音調產生器。我們選擇「YC」作為型號名稱，是為了向 1969 年發布的 YC-10 管風琴致敬，該系列持續推動 1970 年代的「樂團熱潮」。雖然該系列的設計理念與 Yamaha 雙層電子琴不同，但其音訊輸出系統是相同的。五十年後，我們決定用最新的 VCM 音調產生器讓 YC 系列改頭換面，以全新姿態出現在音樂人面前。
有趣的是，VCM 基礎技術源起於 K’s Lab 的研究專案，K’s Lab 是由資訊科學博士，也被稱為「K 博士」的 Toshifumi Kunimoto 領導的內部研究團隊主導。該團隊於 1987 年成立，是為了在 Yamaha FM 和 AWM 音調產生器成功後，開發下一代音調產生器的團隊。該實驗室致力於從數學上探討原聲樂器產生聲音的原理，為 1993 年在 VL1 合成器上出現的虛擬原聲 (VA) 音調產生器奠定了基礎。然而，計算薩克斯風等木管樂器的聲學特性需要大量的公式，以至於 VA 音調產生器甚至會使當時最先進的數位訊號處理器 (DSP) 直接過載。K’s Lab 為了尋找解決方案，找到了一篇 1977 年以日文發表的分支理論(Branching theory)的論文（註 1）。分支理論認為，氣管的聲學特性可以用兩個圓柱形管來模擬。利用這個理論，實驗室使用固定直徑的圓柱形管道以簡化公式，讓新的音調產生器系統更加實用，並促成 VA 音調產生器的發布。順道一提，我們將分支理論應用於電子模擬領域外，也用來設計一種休閒管樂器—Venova。該全原聲樂器於 2017 年首次問世，並榮獲日本優良設計獎(Good Design Award)。
註 1：
Ensui horn no hankyoshin shuhasu no kyumenha riron ni yoru kaiseki - ensui-gata kangakki no naru shuhasu（錐形喇叭反共振頻率的球面波理論分析 - 錐形管樂器的發聲頻率），Junichi SANEYOSHI，1977年。
K’s Lab 參與了 VA 之後更多款音調產生器的開發，包括 DSP 式的類比模型合成器 AN1x（1997 年）和採用擴充合成混合音調產生器系統的 EX5（1998 年）。2001 年左右，實驗室開始使用類比電路的實體模型開發效果。
類比電路是電容器、電晶體和其他元件的組合；即使使用相同電容和擴大係數的元件，不同製造商和型號也會出現微小的差異。特別是在聲音訊號和電訊號的頻率變化時，元件的頻率特性會對聲音會發揮很大的影響力。換言之，一對配置相同功能的效果器，如果它們的類比電路包含不同的原件或以不同的方式組裝，則聽起來可能會不同。這就是音樂家和工程師分辨產品好壞的方法之一，也是他們如此謹慎選擇產品的原因。
K’s Lab 繼續研究類比電路的行為，並使用多種實體模型，開發混音機的數位效果，其中包括 Yamaha DM2000VCM 專業數位混音機（2000 年），這是名稱中第一款帶有「VCM」的產品。隨著 VCM 的不斷發展，VCM 將在更多產品中出現。它是 Open Deck 的基礎技術，該技術可模擬使用磁帶錄音機錄製和播放音樂時的轉速波動和音質的其他各種特質，並在與 Rupert Neve Designs 合作的 RND Portico 插件中出現。
一路走來，YC61 的開發人員決定將這種透過 DSP模擬類比電路和其他物理現象的技術，應用到新型管風琴音調產生器的開發中，並專注於使用 VCM 技術以模擬音輪式管風琴音調產生器。
與電子震盪器為基礎設計的管風琴不同，音輪式管風琴利用金屬零件在拾音器附近旋轉時產生的電磁感應來發出聲音。想像一把電吉他，以此為例，琴弦在拾音器上方從一側震動到另一側，產生電磁感應，導致電流流動。琴弦的震動頻率越高，音調越高。音輪有鋸齒狀齒槽。齒輪旋轉時，金屬和拾音器間的距離會改變，就像琴弦在拾音器上震動般，最終產生相同的效果。如果兩個齒輪以相同的速度旋轉，齒數較多的齒輪產生的震動頻率會較高。如果兩個齒輪的齒數相同，則旋轉較快的齒輪所產生的頻率較高。因此，可以透過改變轉速或齒數以調整音高。
實際的管風琴有每個音高所需頻率的音輪，聲音是透過與產生每個音符與和聲的音輪組合而產生，並使用稱為推桿的槓桿調節音量。音輪管風琴牽涉到齒輪旋轉的機械元件；因此，轉速的波動、齒輪實際形狀的變化以及其他因素都會影響產生的聲音。拾音器由拾取聲音的磁鐵和線圈組成，除此之外，包括所用磁鐵的類型、線圈纏繞的次數以及電線的厚度都會影響聲音。VCM 管風琴音調產生器利用 VCM 技術，讓 DSP 計算這些參數，以產生更逼真的管風琴音色。
除了 VCM 管風琴音調產生器外，YC61 還採用了 VCM 技術。雖然大多數管風琴通常都是使用配置旋轉喇叭的擴大機製成，例如 Leslie，但 YC61 卻利用稱為 VCM 旋轉喇叭效果來模擬這種旋轉喇叭的音色。VCM 提供移相(Phaser)、鑲邊(Flanger)和其他在專業音樂人中流行的復古模擬效果。
YC61 還配置由 FM 音訊產生器提供的管風琴音色。FM 音調產生器上的震盪器（稱為運算子的數位元件）可產生極度乾淨的正弦波。YC61 利用此基本原理，透過用於雙層電子琴音調產生器的電晶體震盪器以模擬管風琴音調產生器，並配置總共六種類型的 FM 音調產生器管風琴，其中有八個推桿作為載體，以及調變器和回饋。傳統的推桿可用於感受全新的 FM 管風琴音色。由於 VCM 和 FM 管風琴音調均在數位電路上運作，因此 YC61 是集 50 多年來電動和電子管風琴音色技術的全數位大成之作。
當然，我們對 YC61 的付出不僅僅是音調產生器，還深入研究了舞台型鍵盤的作用，並從使用者介面的各種面向去思考。雖然迄今為止許多合成器和鍵盤樂器只有一個使用者介面，其中按鈕和轉盤可用來選擇和編輯音色，但 YC61 特別在於有三個使用者介面：管風琴部分、KEY-A 部分和KEY-B 部分，每個部分都有一個使用者介面。這種清楚直觀的設計和預先設定功能，讓鍵盤樂器演奏者可以更輕鬆地在鋼琴、電鋼琴和管風琴音色間切換，就如他們與樂團一起演奏時經常需要的那樣，且由於合成器音色間的切換變得更容易，因此更適合現場表演演奏，鋼琴音色會暫時與電鋼琴音色、管風琴聲音分開或分層。這與大約同時開發的 CP73 和 CP88 是相同的概念，並延續到後來發布的 CK61 和 CK88 舞台型鍵盤。
MONTAGE M 在 Yamaha 合成器問世 50 週年前發布
2016 年，Yamaha 發布 MONTAGE，一款配備 AWM2 和 FM-X 聲音引擎的旗艦級混合式合成器。七年後的 2023 年 10 月，我們發布採用全新 AN-X 聲音引擎的 MONTAGE M。事實上，MONTAGE M 中的「M」象徵的事實是：透過三種聲音引擎，它已從混合型發展為全能型合成器。
新的 AN-X 聲音引擎是一種模擬類比(Virtual Analog)類型，使用數位技術以模擬類比合成器。與 1997 年發布的 AN1x 上的 AN 聲音引擎（也是模擬類比模型）相較，其規格有顯著得提升，與 MONTAGE 一系列實時控制結合時，樂手可以享受更複雜和完善的聲音編輯過程。
首先，基本結構配置三個震盪器（AN1x 有兩個）以及一個獨立的噪音震盪器。有七個 LFO（從兩個開始增加），且濾波器已升級為雙濾波器，以進行更複雜的聲音創作，例如同時使用高通濾波器和低通濾波器，或建立兩個低通濾波器過濾峰值並獨立操作每個峰值。每個震盪器都可以直接路由到濾波器後，進而從特定震盪器產生未經過濾的音色。我們還加入更多類似類比的參數，如Ageing（設備壽命）和Voltage Drift（電壓波動），以模擬震盪器音高和濾波器截止變化，或其他特性的變化。此外，還模擬真實的類比合成器的各種細節，例如設定震盪器相位是否因為擊鍵產生相位抵銷，或控制每個震盪器的細微音高變化。最令人興奮的是，身為數位合成器，也能得到如此溫暖的音色。
相比原來的 MONTAGE，AWM2 聲音引擎也有了大幅的進步，聲音層(Element)數量從 8 個增加到 128 個。通常，只能有八個聲音層，但更多分層可以在創作聲音時有更多方法和更大的自由度，例如同時分層八個或更多波形而不使用多個聲部，或指定給每個按鍵的完全不同的樂器或和弦以創作聲音。
聲音層是擴大樂器表達範圍的另一個關鍵因素。XA Control 參數會用來控制元素如何發出聲音，例如僅在連奏或放開琴鍵時才發聲的元素，可以加入更像原聲樂器類似噪音的聲音。也可以透過隨機播放同一樂器聲音稍微不同的波形以模擬聲音的變化。
MONTAGE M 與先前型號的另一個不同之處是儲存音色的方法。每個聲音均依據可從 AN-X、FM-X 或 AWM2 聲音引擎之一中選擇的 16 個聲部，並儲存名為 PERFORMANCE 的單元。在 MOTIF 系列中，VOICE 模式和PERFORMANCE 模式間有明顯的區別，在VOICE 模式中，音色會在鋼琴、管風琴和合成器間一一切換，而 PERFORMANCE 模式下，則會聚集多個聲部並將各音色轉化成一軌的聲音，進而產生層次感。至於 VOICE 和 PERFORMANCE 間的關係，將聲音儲存為音色和多聲部的格式，是在聲音引擎變成多軌道（多聲部）的時候導入；從 EX5 開始，VOICE 和 PERFORMANCE 的使用更明確，並成為 Yamaha 合成器的聲音儲存格式的代名詞。然而，從 MONTAGE 開始，放棄儲存單一聲部的 VOICE 方法；現在都會被儲存為 PERFORMANCE。
MONTAGE M 允許使用者為 PERFORMANCE 的每個聲部，在 AN-X、FM-X 和 AWM2 間選擇；例如，將聲部 1 設定為 AMW2 鋼琴，將聲部 2 設定為 FM-X 電鋼琴，將聲部 3 設定為 AN-X 打擊墊聲音，會產生由原聲鋼琴、電鋼琴和合成器打擊墊組成並具層次感的聲音。這讓使用者可以以類似震盪器的方式，組合所有聲音引擎以創作聲音，並使用 Motion Sequencer 和 SuperKnob，以同時控制各聲部的參數，提供一種超越普遍聲音引擎固有界限的方法，就算是實時調整音色也是此編輯方式。
Smart Morph—從聲音中創造聲音
Smart Morph 功能（註 2）讓 MONTAGE M 學習兩個或多個聲音，並使用聲音的組成元素來自動生成可以圖形化方式操作的新聲音。
假設 A 是合成器Pad音色，B 是電鋼琴音色，C 是合成的銅管音色（僅限用 FM-X 或 AN-X）。進入到「Smart Morph Edit」畫面並按下「Learn」按鈕時，螢幕呈現 XY 墊的畫面，以彩色顯示機器的學習結果。螢幕顯示每個聲音連接線的白色方塊，左上角顯示藍色方塊。使用者可以觸碰螢幕以移動藍色方塊。如果他們將藍色方塊移動到與 A（合成器Pad）對應的白色方塊，合成器Pad聲音就會響起。如果他們將藍色方塊移到 B（電鋼琴）對應的白色方塊上，電鋼琴聲音就會響起。將藍色方塊移動到 A、B 和 C 間的任意位置， MONTAGE M 就會自動產生按比例混合各音色的聲音。螢幕上的顏色顯示聲音的相對強度；例如，藍色方塊越靠近 B（電鋼琴），電鋼琴的音色越強。
如此一來，使用者可以從現有的聲音中創作新的聲音。他們還可以使用 SuperKnob 即時移動圖上的藍色方塊（類似於 XY 墊的螢幕），以創作更自由、複雜的聲音。
註 2：
Smart Morph 可在 MONTAGE 3.5 作業系統或更高版本以及 MONTAGE M（僅限 FM-X）上使用，並可與 MONTAGE M 2.0 作業系統及更高版本上的 AN-X 搭配使用。
使用者介面的進化
隨著聲音引擎系統愈發先進和精密，加入了許多聲音創作的新功能，組合這些功能、創作新的聲音，掌握這些功能相較以前變得稍加困難。當然，彩色觸控螢幕可以最大幅提高可操作性和可視性，但 MONTAGE M 可不僅如此，它超越了，並融合更多新奇的想法。
首先，主機中央的主顯示螢幕可讓使用者透過簡單的觸控以切換聲音。透過類別搜尋功能，使用者可以透過觸控而不是使用下拉式功能表來搜尋聲音類別。這些顯示螢幕切換和觸控按鈕與 LIVE SET 和 CATEGORY 按鈕以及裝置右側下方的 16 個按鈕綁定，所以可以使用其中任何一個按鈕變更，並且按鈕有 LED 燈點亮和螢幕重點顯示始終綁定。
MONTAGE M 還配備實用的聲音編輯方法。例如，在編輯 AN-X 音色時，有三個震盪器部分以及音高、LFO、脈衝寬度、調變和其他無法在單一螢幕上顯示的詳細參數設定。因此，每個震盪器通常都配置一個螢幕，以及用於在震盪器間切換的按鈕或下拉式功能表。由於濾波器和擴大機關係、波封設定和其他附加功能，導致層次結構變得更複雜，讓使用者有點難在螢幕上很快的找到想要的功能。為了解決這個問題，MONTAGE M 在主機右側設置一個 NAVIGATION 按鈕。只需按一下，主顯示螢幕就會顯示正在編輯的聲音的方塊圖。返回方塊圖可概述每個參數所屬部分，只需觸碰主顯示螢幕上的對應部分即可引導至所需的參數。
MONTAGE M 的左上角還配置子顯示螢幕，與主顯示螢幕相輔相成。子顯示螢幕可以透過頂部的 8 個按鈕、左側的 PAGE 按鈕以及底部的 8 個旋鈕和 QUICK EDIT 按鈕控制，且可以獨立於主顯示螢幕，顯示所選音色的參數。子顯示螢幕還擁有獨特的顯示配置，以與 AWM2、FM-X 和 AN-X 相同的方式顯示震盪器、濾波器和擴大機配置的基本訊號流，所以編輯音色時比在主顯示螢幕上更具直覺性，顯示各個聲音引擎系統的獨特畫面配置。
其他功能包括面板按鈕開關上的變色 LED 燈，用於指示按鈕功能的切換時機。此功能和其他精心設計的升級，讓使用者可以更簡單使用這款多功能、參數豐富的合成器。
MONTAGE M 2.0 在 Yamaha 合成器問世 50 週年之際首次亮相
在 Yamaha 合成器問世 50 週年具里程碑意義的這年，MONTAGE M 作業系統更新至 2.0 版本。此次更新包括許多新加入的功能和改良，首先是自 Yamaha 旗艦平台式鋼琴 CFX 的Waveform，該鋼琴於 2022 年發布。還包括最近流行的 Shimmer Reverb 效果和Smart Morph 功能，之前僅與 FM-X 相容，現在可以與 AN-X 搭配使用。我們在此將介紹 2.0 的另一項升級項目：支援 2019 年發布的 MIDI 2.0 協定。
MONTAGE M 是 Yamaha 第一款與 MIDI 2.0 相容的合成器。使用 32 至 128 位元資料包（而不是傳統的 8 位元資料包）傳輸 MIDI 資料，MIDI 2.0 提供比 MIDI 1.0 更高的資料解析度。以傳輸音量和其他參數的控制變化為例，MIDI 1.0 的資料區域中只有 7 位元可用，導致最大解析度為 128 steps (27)。滑音桿等參數的資料包含成對的 7 位元位元組，組合起來可建立 14 位元位元組，進而產生 16,384 steps (214) 。MIDI 2.0 資料區域有 32 個可用位元，可達成近 43 億steps (232 = 4,294,967,296)。速度也顯著加快，16 位元最多可容納 65,536 values。
值得注意的是，這些數字僅代表 MIDI 2.0 的可能性；實際設備可能無法達到如此高的解析度。儘管如此，MONTAGE M SuperKnob 有從 0 到 1,023 的 1,024 個值，這是與 MIDI 2.0 相容的極為重要的功能（且比 MIDI 1.0 的 128 steps可以傳輸的值要多）。MIDI 1.0 於 1982 年誕生，隔年 Yamaha 發布了第一款與之相容的傳奇合成器 DX7。在後續的四十多年間，7 位元和 14 位元已經足以讓電子樂器發揮足夠的音樂表現力，但現在，我們已經進入需要更高解析度的新時代。
MONTAGE M 2.0 作業系統支援 10 位元（1,024 steps）解析度的參數，例如力度、觸後（複音和單軌道）、SuperKnob、滑音滑輪、半音調製輪、8 旋鈕、8 推桿、腳踏控制器和延音。換言之，需要 MIDI 2.0 連接才能完整發揮 MONTAGE 在 DAW 或其他軟體中的全部實力。當然，獨立使用 MONTAGE M 時可以在不影響任何音質的情況下運作。
MONTAGE M8x 還配備了全新的鍵盤，讓使用者可以充分利用這種高解析度 MIDI 功能。先前型號的 FSX 鍵盤，其速度值是透過偵測每個按鍵在整個行程的多個偵測點間通過的速度進行計算。相較之下，MONTAGE M8x GEX 鍵盤上的每個按鍵及其下方的鍵座均附有線圈，並使用兩個線圈間的距離所產生的電磁感應來偵測速度。按下按鍵會縮短線圈間的距離，並改變線圈末端產生的電壓（線圈彼此靠近時，電壓會降低並產生更強的聲音）。利用線圈間的距離代表可以在更多點偵測每個按鍵的垂直位置，進而提高解析度並可以更精準偵測速度。GEX 鍵盤還支援複音觸後功能，根據線圈間的距離，偵測按鍵是否比正常按下的深度更深，完美適配 MIDI 2.0 時代大幅提升的解析度。
對於合成器，我們更傾向著重於聲音引擎系統的結構開發（類比或數位、AWM2 或 FM），但事實是，50 年後，Yamaha 不斷精進使用者介面、鍵盤和其他元件，提供演奏者回饋想要的功能，證明公司對於合成器這塊市場是非常認真且願意投注心血的。
提出軟體合成器和硬體合成器間的新關係
自從使用 DAW 製作音樂已成為主流以來，我們思考軟體合成器和硬體合成器之間關係的方式，已在許多面相發生了改變。
當使用 DAW 製作音樂已經成為人們心中預設的選項時，音樂製作人開始將硬體合成器視為主鍵盤，而作曲家和編曲家則將它們視為實驗音色的工具。這些新角色是 Yamaha 設計 MOTIF 合成器的一個主要依據。
我們嘗試提供編輯軟體，讓硬體合成器的聲音可以作為配置錄音介面功能的軟體對應鍵盤，但最終未能改變使用硬體合成器進行現場表演和使用軟體合成器進行製作的情形。然而隨著電腦規格的不斷提升，越來越多的音樂家在現場表演中使用軟體合成器，以至於感覺硬體合成器正失去應有的地位。
而名為 Expanded Softsynth Plugin (ESP) 的 MONTAGE M 專用插件因應此趨勢而生，以重塑和連結軟體合成器和硬體合成器間的關係。
雖然 ESP 可以形容為 MONTAGE M 的軟體版本，但不同在於其市場策略。ESP 免費提供給 MONTAGE M 的註冊使用者；不會另行販售。此外，由於合成器的作用方式與Dongle不同，因此即使沒有 MONTAGE M，軟體也能正常運作。這對專業音樂家來說非常重要，在兩種情况下很有用：
1. 主要在家製作並經常前往錄音室，進行錄音和混音的音樂家
如今許多音樂家似乎都是以這樣的方式工作。ESP 讓他們不用攜帶硬體，就可以在 DAW 環境中產出與 MONTAGE M 相同的聲音。過去，音樂家經常建立音訊檔案並帶往錄音室，而不會攜帶硬體合成器，但因為他們無法在混音過程中改變音源本身，因此遇上許多麻煩。儘管其他合成器插件是一種選項，但 ESP 絕對是進行小規模編輯的最佳選擇。
2. 巡迴演出時需要錄音的音樂家
許多音樂家在巡迴演出期間想要與樂手一起錄音時會遇到問題，而這時他們的設備仍在運輸途中，因此無法使用。有些人透過購買多套相同的巡迴和錄音設備來解決這個問題，而有了 ESP 後不需要這樣。ESP 的另一個優點是可以將新錄音所使用的聲音直接載入到 MONTAGE M 中以在巡演時表演樂曲。
這充分展示 ESP 如何結合硬體合成器和軟體合成器的優點，讓使用者可以魚與熊掌兼得。事實上，MONTAGE M 的註冊使用者可以免費使用 ESP，就像是免費的額外功能，讓使用者覺得是 MONTAGE M 合成器同時包含硬體和 ESP。這是 Yamaha 在祝賀其合成器問是 50 週年之際，對目前硬體與軟體辯論給出的答案。
未來 50 年
自 1974 年 Yamaha 發布 SY-1 以來，已經過了 50 年。從為了提升雙層電子琴表現力的專案開始，我們在聲音引擎系統、鍵盤、使用者介面、聲學技術等方面進行大量的技術創新，最終於 2024 年發布集大成之作 MONTAGE M 2.0。
過去半個世紀的音樂主流是合成器，很大程度是因為 Yamaha 堅持不懈，努力將理想變為現實，並願意與世界分享其獨特的技術。有許多方式可以描述我們的方法，即依據合成器是創造聲音的樂器的信念，使用我們的前輩所開發的一系列技術，以創造出滿足需求並超越時代期望的創新產品。其中之一可能是對使用 Yamaha 技術製造樂器的強烈執著和渴望。維持這個渴望將趨使我們持續探索技術，在未來 50 年及以後的合成器世界中，持續譜寫新的篇章。
