第 1 章：雅马哈合成器的起源

追溯至 20 世纪 20 年代，可以被视作电子乐器原型的技术和产品就已经出现。其中，与流行音乐关系密切的当属电子琴。雅马哈 Electone®（“Electone”是雅马哈电子琴的注册商标和产品名称）的开山之作 D-1 于 1959 年问世。虽然当时基于电子管技术的类似乐器已经存在，但 D-1 凭借其完全基于晶体管的模块化设计实现了革命性的突破。尽管电子琴在声音合成方面为现代合成器奠定了基础，但它在表现力上与原声乐器仍有较大差距，以至于当时的雅马哈总裁将其称为“音乐玩具”。按下琴键的瞬间，乐器会发出一个音调，而在松开琴键后，音调会立即停止，并发出突兀的机械切断声。

当时的研究表明，音调随时间变化的方式是我们将其感知为乐器声音的关键因素。以钢琴为例：按下琴键时产生的音色包含由琴槌敲击琴弦产生的丰富谐波。然而，随着声音的持续，它会逐渐变得类似于谐波含量较少的波形，如正弦波。这种随时间变化的特定声音特征是我们识别钢琴音色的重要依据。雅马哈意识到，如果电子乐器想要发出如同原声乐器一般自然的音色，就必须开发能够重现声音中这些变化的技术。事实上，雅马哈的合成器发展之路正是从对声音随时间变化的探索，以及我们对使 Electone 产生更丰富音色的追求开始的。

第一代 Electone 的音色产生系统极其简单。键盘上的每个琴键都拥有独立的振荡器——或者说我们现在所说的“音色发生器”——只要按下对应的琴键，它就会产生一个声音。如果键盘有 40 个琴键，那么乐器就会有 40 个振荡器，每对振荡器的工作方式与开关和蜂鸣器大致相同。实际上，倍频程分频器——一种可以将频率按任意整数值进行分割的装置——被用来产生较低倍频程的音调；因此，乐器只需要足够数量的振荡器来产生其音域中最高的 12 个音符即可，这也就是最高倍频程分频法。尽管如此，如果决定采用能够随时间改变音色的新型电路，就意味着需要为键盘上的每一个琴键都配备一个这样的电路。然而，考虑到当时的技术水平，这将导致设计成本极其高昂，并且会使乐器的体积过大，难以实际应用。

Image of Sound synthesis in the Electone D-1

因此，为了更有效地利用数量有限的电路，显然需要新的控制技术。例如，如果一个乐器有 8 个控制电路，那么它就可以产生最多 8 个复音——也就是说，可以同时发出 8 个不同的音符。但是，如果它还拥有 3 个倍频程配置的 36 个琴键，那么这项新技术就需要知道在按下某个特定琴键时应该触发哪些电路。我们的解决方案是引入一种装置，它可以根据琴键的按下顺序、当前按住的琴键总数以及其他相关因素，高效地将电路分配给琴键。

这种装置被称为琴键分配器，它可以被视作当今动态音色分配 (DVA) 技术的先驱。早在 20 世纪 70 年代初期，当音色发生器仍然依赖于模拟技术时，数字电路就已经被应用于这些琴键分配器中了。因此，它们的使用标志着数字技术在模拟合成器时代的应用迈出了重要一步。

1973 年，雅马哈完成了一款代号为 GX-707 的原型机的开发工作。基于集群电压控制，这款乐器可以被视为 Electone GX-1 的前身。虽然 GX-707 的外观与电子琴十分相似，但它实际上是一款 8 音复音合成器——更确切地说，它的上键盘和下键盘均支持 8 音复音，而独奏键盘和踏板键盘均为单音。然而，作为 Electone 系列的旗舰型号，这款原型机被设想为用于音乐会舞台的“剧场型号”。由于其控制台的重量超过 300 公斤，并且需要一块单独的电路板来编辑音色，因此它并不适合向公众销售，并且至今仍被认为是一款小众乐器。然而，GX-707 确实拥有极富表现力的音色发生器，雅马哈决定将这项技术应用于一款独立的独奏键盘产品中，并与现有的 Electone 配合使用。就这样，SY-1 单音合成器应运而生，并在 1974 年发布后成为了雅马哈的第一款合成器。鉴于模拟合成器通常是从单音发展到复音，这种反向模式——即从复音到单音——进一步证明了雅马哈独特的思维方式。

虽然 SY-1 没有琴键分配器，但它配备了一个包络发生器，可以用来改变声音随时间的变化。合成器中使用的包络发生器通常包含四个阶段，分别用字母 ADSR 表示。“A”代表起音时间——即按下琴键到产生的音符达到峰值电平之间的时间，该时间可以进行调节。“D”代表衰减时间，它定义了在按住琴键时，声音从峰值电平下降到延音电平所需的时间。用“S”表示的延音电平是指按住的音符最终达到的恒定音量。最后但同样重要的是释音时间，它由 ADSR 中的“R”表示，规定了松开琴键后声音完全消失所需的时间。

通常情况下，我们会为这些参数分别使用一个控制器，以调整声音如何随着琴键的按下、按住和松开而随时间变化。然而，我们可以清楚地看到，SY-1 的控制面板上缺少 Moog 和 Minimoog 等模块化合成器上用于配置幅度包络和滤波器包络 ADSR 阶段的旋钮。相反，它使用了一对标有“Attack”（起音）和“Sustain”（延音）的滑块来调节幅度包络，并且一项名为“Attack Bend”（起音弯音）的功能允许以独特的方式调节音符起始时的音高和滤波器包络。

SY-1 具有一系列预设包络，可以通过这些包络来重现长笛、吉他以及钢琴等各种乐器的音色，只需移动音色拉杆即可激活这些包络。如今，我们认为可以轻松调用合成器的预设音色是理所当然的，但在雅马哈的首款模拟合成器中就包含了这项功能，这在当时是非常具有创新性的。

SY-1 的另一项突破性功能是触控，或者说现在通常所说的力度感应。在 SY-1 问世之前，电子琴通常都配备了音量踏板或表情踏板，音乐家可以利用这些踏板来调节音色，以便在演奏时获得更丰富的表现力。然而，雅马哈一直在研发一系列不同的原型，目的是根据琴键的力度来调节音色。最终，我们完善了一项技术，通过检测琴键完全按下所需的时间来测量演奏力度，并将这套系统首次应用于 SY-1。

在发布 SY-1 一年后的 1975 年，雅马哈推出了音乐会型号的 Electone GX-1；然而，第一批继承 SY-1 独特技术的非 Electone 产品是 CS 系列的组合式合成器。

CS 合成器显著的特征之一是其音色发生器和控制器中采用了集成电路——在此之前，这些元件都是晶体管组件的形式。这种先进技术的集成，为大幅减轻重量和提高便携性奠定了基础。以 GX-1 和 CS-80（CS 系列的顶级合成器）为例：虽然这两种乐器在设计和使用方式上肯定有所不同，但 GX-1 的重量超过 300 公斤，售价高达 700 万日元，而 CS-80 的重量仅为 82 公斤，售价仅为 128 万日元，这意味着单个音乐家既买得起，也能轻松搬运。

当时的雅马哈合成器有两个非常鲜明的特点，第一个特点是能够保存已编程的音色。如今，我们认为将原创音色存储在乐器的内存中就像在电脑上保存文件一样，是理所当然的事情。然而，在 20 世纪 70 年代，RAM 和 ROM 还不存在，因此我们采用了一种非常模拟的方法来存储音色。下图展示了 CS-60 维修手册中某一页的部分内容，技术人员在维修乐器时会用到这本手册。这部分内容的标题是（音色预设 1）电路，其中包含乐器名称、电阻值和电路图。合成器的拉杆连接到可变电阻器——即可以限制电流和电压的电路元件。然而，如图所示，与这些拉杆的特定位置相对应的固定电阻值被内置于该电路中。这些电阻值的组合会产生特定的声音或音色，因此这些在当时被广泛使用的电路被称为“音色板”。

在 GX-1 等乐器中，音色板是通过物理插入和移除来改变音色的。因此，雅马哈在当时就已经采用了一种类似于模拟 ROM 卡带的音色存储方法。与此同时，CS-80 拥有可以在四种原始音色之间瞬间切换的功能。具体来说，它拥有四套完整的存储单元，每套存储单元中的一个单元对应一个特定的乐器控制器。因此，这四套存储单元中的每一套都可以用来存储用户创建的音色的所有控制器位置。

雅马哈合成器的另一个鲜明特点是 IL-AL 型包络发生器。IL 和 AL 分别指的是初始电平和起音电平，这些包络发生器采用了一种与标准 ADSR 类型略有不同的方法。在 ADSR 包络中，对应于起音阶段最开始的值是基准值——零。当我们将这种包络发生器产生的包络应用于滤波器时，声音起始时的音调由当前的截止频率设置决定；然而，起音峰值和音符保持时的音调则由截止频率设置与包络发生器深度以及延音电平值共同决定。由于这些音调是由多个设置共同作用的结果，因此调整声音随时间变化的方式可能会变得相当复杂。相反，在应用具有初始电平和起音电平设置的包络时，滤波器的截止频率决定了音符保持时产生的音调，而 IL 和 AL 控制器可以独立地设置起音阶段的起始音调和峰值音调。这种方法提供了更高的自由度，尤其是在尝试重现自然音色时。作为雅马哈的一项独特功能，IL-AL 型包络发生器进一步证明了我们的开发人员致力于打造高品质音色的决心。

Image of IL and AL type envelope generator (CS-10)

CS-80 还配备了一个被称为带状控制器的滑音轮，可以用来平滑地弯曲音高，以及触后功能，可以检测按住每个琴键时施加的压力，并相应地改变音调。鉴于这些功能在现代合成器中仍然非常流行，雅马哈在四十年前就设计并实现了这些功能，这突显了我们合成器开发团队的卓越技术实力。

在 20 世纪 70 年代后期，我们扩展了 CS 系列，推出了价格更低的单音合成器，由于业余音乐家现在也能负担得起这些乐器，因此它们的普及程度越来越高。部分得益于电子电路集成的快速发展以及由此带来的价格下降，我们于 1978 年推出的 CS-5 重量仅为 7 公斤，价格仅为 6.2 万日元。

如今雅马哈合成器的许多技术和功能都是在此类紧凑、经济型乐器的开发过程中实现的。例如，CS-15D 的滚轮式弯音和调制控制器已经成为了我们乐器的标志性特征，并且至今仍在最新的 MONTAGE M 型号中使用。1979 年，我们发布了 CS-20M，开始采用数字技术来存储音色。1981 年推出的 CS-70M 在功能方面与现代乐器非常相似：特别是，它提供了自动调音功能，解决了模拟合成器中长期存在的调音问题，并且还配备了使用专用微处理器实现的内置音序器。

1982 年推出的 CS01 是一款真正具有划时代意义的合成器。它可以使用电池供电，配备了迷你键盘、内置扬声器以及肩带扣等功能，在声音合成和使用模式方面都开创了一个新时代。

自 1974 年开始以来，雅马哈的合成器开发与音色生成技术的许多其他进步同步发展，这些进步也始于 20 世纪 70 年代。其中值得注意的例子包括对调频 (FM) 合成的研究——该技术在 20 世纪 80 年代变得非常流行——以及混合脉冲模拟合成系统 (PASS)，该系统结合了数字和模拟技术，并于 1977 年被应用于 Electone 音色发生器中。这些原型技术产生的声音录音表明，尤其是 SY-1 中使用的模拟合成方法，实际上已经发展到了商业可行的水平。从这方面来看，当时的雅马哈开发人员能够如此迅速地发现这么多极具潜力的新技术，并立即将其付诸实践，这实在令人惊叹。

即使在我们发布了第一款 Electone D-1 之后，仍然有许多与音质相关的问题需要解决。其中一个特别具有挑战性的问题是如何使这些新型乐器与原声乐器一样富有表现力。正如我们所看到的，声音和音量随时间的变化被认为是这方面的关键因素，这促使我们不断地进行研发，以期获得更好的声音来满足这一需求。据说当时的雅马哈总裁曾经指示他的团队“不计成本，也需要创造出精益求精的产品”，这也许正是日本经济高速增长时期的象征。凭借着这种激情和奉献精神，雅马哈在 20 世纪 70 年代的合成器开发工作不仅诞生了一系列令人眼花缭乱的原创技术，而且无疑为合成器作为一种乐器的普及奠定了基础。