第 7 章：创造声音的乐器

2020 年 2 月，雅马哈发布了 YC61 舞台键盘，这款键盘搭载了全新研发的虚拟电路建模 (VCM) 管风琴音源。次年，我们发布了 YC73 和 YC88，使 YC 系列的型号扩展至三个。虽然这两款产品是舞台键盘而非合成器，但它们的内部结构与合成器并无二致，除了 VCM 管风琴音源之外，还搭载了 AWM2 和 FM 音源。我们选择 “YC” 作为型号名称是为了向 1969 年发布的 YC-10 组合管风琴致敬，YC 系列后来推动了 20 世纪 70 年代的 “乐队热潮”。虽然 YC 系列的设计理念与雅马哈 Electone 电子琴不同，但却与电子琴共享相同的音频输出系统。五十年后，我们采用全新的 VCM 音源对 YC 系列进行了革新。

有趣的是，VCM 技术的核心理念源于 K's Lab 的一项研究项目。K's Lab 是雅马哈的内部研究团队，由信息科学博士 Toshifumi Kunimoto（人称“K 博士”）领导。该团队成立于 1987 年，旨在雅马哈 FM 和 AWM 音源商业化之后，开发下一代音源系统。该实验室致力于通过数学方法来揭示原声乐器的发声原理，并为 1993 年在 VL1 合成器上应用的虚拟声学 (VA) 音源奠定了基础。然而，由于计算萨克斯管等锥形管乐器的声学特性需要用到大量的公式，当时的数字信号处理器 (DSP) 性能无法满足 VA 音源的运算需求。为了解决这一问题，K's Lab 找到了一篇发表于 1977 年的关于“分支理论”的论文（注 1）。分支理论认为，我们可以使用两个圆柱形管道来近似模拟锥形管道的声学特性。根据这一理论，该实验室使用固定直径的圆柱形管道来简化公式，使新的音源系统更加实用，最终促成了 VA 音源的发布。此外，我们还将分支理论应用到了电子模拟领域之外，并用它设计了休闲管乐器 Venova。这款纯声学乐器于 2017 年首次亮相，并荣获了日本“优良设计奖”。

Photo of Toshifumi Kunimoto surrounded by products

注 1：

（锥形号角反谐振频率的球面波理论分析 - 锥形管乐器的发声频率），Junichi SANEYOSHI，1977 年。

在 VA 音源之后，K's Lab 还参与开发了许多其他音源，包括基于 DSP 的模拟建模合成器 AN1x（1997 年）以及搭载了扩展合成混合音源系统的 EX5（1998 年）。2001 年前后，该实验室开始利用模拟电路的物理模型开发效果器。

模拟电路通常由电容、晶体管等元器件组成。即使是电容和放大倍数相同的元器件，由于制造商和型号的不同，也会存在细微的差异。特别是对于音频信号等频率不断变化的电信号来说，元器件的频率特性对声音的影响非常大。也就是说，如果两个功能相同的效果器所使用的模拟电路的元器件或组装方式不同，那么它们的声音也会有所区别。这也是音乐人和录音师在选择效果器时非常谨慎的原因。

K’s Lab 对模拟电路的行为进行了深入的研究，并使用物理建模的方式为多款调音台开发了数字效果器，其中包括雅马哈 DM2000VCM 专业数字调音台（2000 年）。这也是雅马哈第一款在产品名称中使用了“VCM”的产品。随着技术的不断发展，VCM 技术被应用到越来越多的产品中。它是 Open Deck 技术的核心，Open Deck 能够模拟磁带录音机在录制和播放音乐时产生的转速波动等音质变化。此外，我们还与 Rupert Neve Designs 合作，开发了 RND Portico 插件。

在开发 YC61 的过程中，开发团队决定将这项模拟模拟电路以及其他物理现象的 DSP 技术，应用到全新的管风琴音源的开发中，并致力于利用 VCM 技术来模拟音轮式管风琴音源。

与基于电子振荡器的管风琴不同的是，音轮式管风琴是利用拾音器附近的金属齿轮旋转时产生的电磁感应来发声的。我们可以用电吉他来进行类比。在电吉他中，琴弦在拾音器上方振动，切割磁力线，产生感应电流。琴弦的振动频率越高，音调也越高。而音轮的齿轮则是锯齿状的。当音轮旋转的时候，齿轮与拾音器之间的距离会周期性地发生变化，这与琴弦在拾音器上方振动所产生的效果类似。如果两个音轮以相同的速度旋转，那么齿数越多的音轮，其振动频率越高；而如果两个音轮的齿数相同，那么旋转速度越快的音轮，其振动频率越高。因此，我们可以通过改变齿轮的转速或齿数来改变音调。

在真实的音轮式管风琴中，每个音高对应一个特定频率的音轮。我们可以将多个音轮组合在一起，并利用拉杆来调节音量，从而产生更加丰富的音色。由于音轮式管风琴的发声依赖于齿轮的旋转，因此转速的波动、齿轮的形状差异等因素都会对声音产生影响。此外，拾音器中磁铁的类型、线圈的匝数以及导线的粗细，都会对音色产生影响。VCM 管风琴音源正是利用 VCM 技术，通过 DSP 来模拟这些参数，从而生成更加逼真的管风琴音色。

除了 VCM 管风琴音源之外，YC61 还应用了其他的 VCM 技术。例如，大多数管风琴都会配备旋转扬声器，例如 Leslie 扬声器。而 YC61 则通过 VCM 旋转扬声器效果器，来模拟旋转扬声器的音色。除此之外，YC61 还内置了 VCM 效果器，可以用来模拟相位器、镶边器等深受专业音乐人喜爱的经典模拟效果。

YC61 还配备了由 FM 音源生成的管风琴音色。FM 音源中的振荡器（被称为“运算器”的数字元器件）能够生成非常纯净的正弦波。YC61 利用这一特性，使用 Electone 音源中的晶体管振荡器来模拟管风琴音源，并提供了六种 FM 音源管风琴音色，其中八个拉杆分别对应不同的载波、调制器和反馈，为用户带来了全新的 FM 管风琴音色体验。由于 VCM 和 FM 管风琴音源均基于数字电路，因此 YC61 能够完整再现那些拥有 50 多年历史的电声和电子管风琴的音色。

在开发 YC61 的过程中，我们不仅对音源进行了改进，还重新思考了舞台键盘的角色定位，并对用户界面进行了优化。之前的许多合成器和键盘都只有一个用户界面，用户需要通过按钮和旋钮来选择和编辑音色。而 YC61 则提供了三个用户界面：管风琴部分、KEY-A 部分以及 KEY-B 部分。用户可以为每个部分预置音色，并根据需要选择启用或禁用它们。这种清晰的界面布局和预置功能，可以让键盘手在钢琴、电钢琴以及管风琴等音色之间进行快速切换，这对经常需要在乐队中演奏的键盘手来说非常实用。此外，用户还可以将合成器音色与钢琴音色进行叠加，或者将键盘的不同音域分配给不同的音色。例如，将低音区分配给管风琴音色，将高音区分配给电钢琴音色。这种灵活的配置方式，也为现场演出带来了更多可能性。同期开发的 CP73 和 CP88 舞台钢琴也采用了类似的设计理念，后来的 CK61 和 CK88 舞台键盘也继承了这一设计。

2016 年，雅马哈发布了旗舰混合合成器 MONTAGE，它搭载了 AWM2 和 FM-X 音频引擎。七年后的 2023 年 10 月，我们发布了配备全新 AN-X 音频引擎的 MONTAGE M。事实上，MONTAGE M 中的“M”代表着这款拥有三种音频引擎的合成器已经从混合合成器进化为多引擎合成器。

全新的 AN-X 音频引擎是一种虚拟模拟建模引擎，它利用数字技术来模拟模拟合成器。与 1997 年发布的 AN1x 上的 AN 音频引擎（同为虚拟模拟建模引擎）相比，AN-X 的规格有了显著的提升，它结合了 MONTAGE 强大的实时控制功能，为用户带来了更加丰富的音色编辑选项。

首先，AN-X 的基本结构包含三个振荡器（AN1x 只有两个），以及一个独立的噪声振荡器。它还拥有 7 个 LFO（AN1x 只有两个），滤波器也升级为了双滤波器结构，能够创造出更加复杂的声音，例如，用户可以同时使用高通滤波器和低通滤波器，或者创建两个低通滤波器峰值，并对它们进行独立的控制。每个振荡器都可以直接路由到滤波器之后，这样用户就可以让部分振荡器的声音不经过滤波器处理。为了进一步提升模拟仿真效果，我们还添加了一些新的参数，例如老化（模拟设备老化）以及电压漂移（模拟电压波动），它们可以模拟振荡器音高变化、滤波器截止频率变化以及其他声音特性的变化。除此之外，AN-X 还能够模拟模拟合成器的一些细节变化，例如，它可以让用户设置按下琴键时振荡器的相位是对齐还是偏移，还可以控制每个振荡器的音高变化。最终，AN-X 能够产生比数字合成器更加温暖的声音。

与最初的 MONTAGE 相比，AWM2 音频引擎也得到了大幅度的升级，其元素数量从 8 个增加到 128 个。通常情况下，AWM2 只会使用 8 个元素，但用户可以选择添加更多元素，以便在声音设计时拥有更大的自由度。例如，用户无需使用多个声部，便可以将 8 个甚至更多的波形叠加在一起；或者为每个琴键分配不同的乐器音色或和弦，从而创造出全新的音色。

元素是扩展乐器表现力的另一个关键要素。我们可以使用 XA 控制参数来控制元素的发声方式，例如，我们可以设置元素只在连奏或释放琴键时发声，从而模拟原声乐器的噪音等声音细节。此外，我们还可以通过随机播放同一个乐器略微不同的波形，来模拟声音的微妙变化。

MONTAGE M 与之前的合成器产品的另一个区别在于音色的保存方式。每个音色包含 16 个声部，用户可以为每个声部选择 AN-X、FM-X 或 AWM2 音频引擎，并将它们保存为一个名为“PERFORMANCE”（演奏）的单元。在 MOTIF 系列合成器中，“VOICE”（音色）模式和“PERFORMANCE”（演奏）模式有着明确的区分。在“VOICE”模式下，我们可以像切换钢琴、风琴或合成器音色那样，逐个切换不同的音色。而在“PERFORMANCE”模式下，则可以将多个声部组合在一起，并以“VOICE”模式的音色进行播放，从而产生叠加的音色。在音频引擎支持多通道（多声部）功能之后，雅马哈便引入了“单音色”和“多声部”两种音色保存格式。从 EX5 开始，雅马哈正式采用了“VOICE”和“PERFORMANCE”两种命名方式，并沿用至今。然而，从 MONTAGE 开始，我们放弃了“VOICE”这种单声部保存方式，所有音色都以“PERFORMANCE”的格式进行保存。

在 MONTAGE M 上，用户可以为“PERFORMANCE”中的每个声部自由选择 AN-X、FM-X 或 AWM2 音频引擎。例如，我们可以将 Part 1 设置为 AWM2 钢琴音色，将 Part 2 设置为 FM-X 电钢琴音色，将 Part 3 设置为 AN-X 垫底音色，从而得到一个由原声钢琴、电钢琴以及合成器垫底音色组成的叠加音色。这种设计思路就好比将所有的音源都当作振荡器来使用。MONTAGE M 的 Motion Sequencer（动态音序器）和 Super Knob（超级旋钮）能够同时控制多个声部的参数，甚至可以进行实时的音色编辑，这为声音设计带来了前所未有的可能性，也打破了不同音源技术之间的界限。

Image of AN-X screen and SuperKnob image

MONTAGE M 的智能变形功能（注 2）能够对两个或多个音色进行机器学习，并利用每个音色的元素来生成一个全新的音色，用户可以通过图形化的方式来操控它。

假设我们选择了三个音色：合成器垫底音色 A、电钢琴音色 B 以及合成器铜管音色 C（只能选择 FM-X 或 AN-X 音色）。当我们在智能变形编辑页面导入这三个音色并按下“学习”按钮后，屏幕上便会出现一个类似 XY 垫的区域，并以不同的颜色来显示机器学习的结果。每个音色对应一个白色的方块，方块之间用线条连接起来，左上角还有一个蓝色的方块。用户可以通过触摸屏幕移动蓝色的方块。当我们将蓝色方块移动到 A（合成器垫底音色）对应的白色方块时，合成器便会发出垫底音色。而当我们将蓝色方块移动到 B（电钢琴音色）对应的白色方块时，合成器便会发出电钢琴音色。如果将蓝色方块移动到 A、B 和 C 三个音色之间的任意位置，MONTAGE M 都会根据蓝色方块的位置，自动生成一个混合了相应元素的全新音色。屏幕上不同的颜色代表着不同音色的强度。例如，蓝色方块越靠近 B（电钢琴音色），那么电钢琴元素在合成音色中的比例就越高。

通过这种方式，用户可以根据现有的音色来创造新的音色。此外，我们还可以使用 Super Knob 来控制蓝色方块在 XY 垫上的移动轨迹，从而实现更加复杂的声音变化。

注 2：

智能变形功能需要 MONTAGE 3.5 或更高版本的操作系统支持。MONTAGE M 的 FM-X 引擎支持该功能，而 AN-X 引擎则需要 MONTAGE M 2.0 或更高版本的操作系统支持。

随着音源技术的不断发展，以及更多新功能的加入，用户想要完全掌握合成器的操作，变得越来越困难。彩色触控屏的出现，极大地提升了合成器的操作性和可视化程度，而 MONTAGE M 则在此基础上，引入了更多人性化的设计。

首先，MONTAGE M 的主屏幕位于机身中央，用户可以通过触摸屏幕轻松切换音色。此外，我们还为其配备了“分类搜索”功能，用户可以通过触控的方式浏览不同的音色类别，而无需使用下拉菜单。屏幕上的切换按钮、触控按钮以及机身右侧的 LIVE SET 和 CATEGORY 按钮以及它们下方的 16 个按钮，都能够控制音色的切换。按钮上的 LED 指示灯会与屏幕上的高亮显示保持同步。

MONTAGE M 还针对音色编辑功能进行了优化。例如，在编辑 AN-X 音色时，用户需要对三个振荡器以及音高、LFO、脉冲宽度、调制等参数进行设置，而这些参数无法在一个页面中完全显示出来。通常情况下，每个振荡器对应一个单独的页面，用户可以通过按钮或下拉菜单在不同的振荡器之间切换。此外，还有滤波器和放大器模块、包络设置等页面，复杂的层级结构让用户很难快速找到想要调节的参数。为了解决这一问题，MONTAGE M 在机身右侧设置了一个 NAVIGATION（导航）按钮。按下该按钮，主屏幕便会显示当前正在编辑的音色的信号流程图。通过信号流程图，用户可以清晰地了解到每个参数所属的模块，只需在屏幕上点击对应的模块，便能快速找到需要调节的参数。

MONTAGE M 的左上角还配备了一个辅助显示屏，它可以对主屏幕进行补充。用户可以通过辅助显示屏顶部的 8 个按钮、左侧的 PAGE 按钮以及底部的 8 个旋钮和 QUICK EDIT 按钮来控制辅助显示屏。它能够独立于主屏幕显示当前音色的参数。此外，辅助显示屏还采用了固定的显示布局，AWM2、FM-X 以及 AN-X 的振荡器、滤波器和放大器信号流程图都以相同的结构显示，与主屏幕上针对不同音源分别显示不同布局的方式相比，辅助显示屏更加直观。

除此之外，MONTAGE M 还针对面板上的按钮开关进行了优化。当按钮的功能发生改变时，按钮上的 LED 指示灯的颜色也会随之改变。这些细节的改进，让这款功能强大、参数繁多的合成器变得更加易于操作和理解。

值此雅马哈合成器诞生 50 周年之际，MONTAGE M 操作系统迎来了 2.0 版本的更新。新版本在功能和音色方面都进行了许多改进。首先是加入了雅马哈旗舰音乐会三角钢琴 CFX 的采样波形（CFX 于 2022 年发布）。此外，新版本还加入了近年来备受欢迎的 Shimmer Reverb 效果，智能变形功能也得到了改进，除了 FM-X 音源之外，现在也支持 AN-X 音源。接下来，我们来介绍 2.0 版本的另一个重大更新：支持 2019 年发布的 MIDI 2.0 协议。

MONTAGE M 是雅马哈第一款支持 MIDI 2.0 协议的合成器。与传统的 8 位 MIDI 数据传输方式不同，MIDI 2.0 协议使用 32 位到 128 位的数据包来传输数据，因此它的数据分辨率远高于 MIDI 1.0。例如，用来传输音量等参数的控制信息，在 MIDI 1.0 协议下，数据区域只有 7 位可用，因此最大分辨率为 128 级（2 的 7 次方）。而弯音等参数的信息，则使用了两个 7 位数据组成 14 位数据的方式，因此最大分辨率为 16384 级（2 的 14 次方）。MIDI 2.0 协议的数据区域拥有 32 个可用位，最大分辨率可达惊人的 43 亿级（2 的 32 次方）。力度信息也得到了大幅度的提升，在 MIDI 2.0 协议下，力度信息为 16 位数据，最多可以表示 65536 级力度。

需要注意的是，这些只是 MIDI 2.0 协议理论上的最大值，实际设备可能无法达到如此高的分辨率。但 MONTAGE M 的 Super Knob 拥有 1024 级精度（从 0 到 1023），这对支持 MIDI 2.0 协议来说非常重要（远超 MIDI 1.0 的 128 级）。MIDI 1.0 协议诞生于 1982 年，雅马哈在次年便发布了雅马哈第一款支持 MIDI 的合成器 DX7。在过去的四十多年里，7 位和 14 位数据已经足以满足电子乐器的需求。但随着技术的进步，我们需要更高分辨率的 MIDI 协议。

MONTAGE M 2.0 操作系统支持 10 位（1024 级）分辨率的 MIDI 信息，包括力度、触后力度（复音和通道）、Super Knob、弯音轮、调制轮、8 个旋钮、8 个推子、脚踏控制器以及延音踏板。换句话说，如果想要将 MONTAGE M 与 DAW 软件或其他软件配合使用，并充分发挥 MIDI 2.0 的优势，那么就需要使用 MIDI 2.0 进行连接。当然，单独使用 MONTAGE M 时，用户依然可以获得无损的音质体验。

Image of electromagnetic induction generation

为了让用户能够充分体验高分辨率 MIDI 的优势，MONTAGE M8x 还配备了全新的键盘。在之前的 FSX 键盘上，力度信息是通过检测琴键在按下过程中经过多个检测点的速度来计算的。而 MONTAGE M8x 的 GEX 键盘则为每个琴键以及对应的键床都安装了线圈，并通过线圈之间距离产生的电磁感应来检测力度信息。按下琴键后，两个线圈之间的距离会减小，线圈两端产生的电压也会随之改变（线圈距离越近，电压越低，产生的声音就越强）。通过检测线圈之间的距离，我们可以更加精准地测量琴键的垂直位置，从而获得更加细腻的力度变化。GEX 键盘还支持复音触后功能，它可以通过检测线圈之间的距离，来判断琴键是否被按压到比正常更深的程度，这也使其能够更好地适应 MIDI 2.0 时代高分辨率的 MIDI 信息。

对于合成器，人们往往只关注其音源系统的结构，例如，是模拟合成还是数字合成？是 AWM2 还是 FM？但雅马哈在过去 50 年间，一直在不断地改进合成器的用户界面、键盘等部件，为用户带来更好的体验，这也证明了，雅马哈始终将合成器视为一件值得我们全力以赴的乐器。

自从使用 DAW 制作音乐成为主流以来，我们对于软件合成器和硬件合成器之间关系的理解也在不断发生着变化。

在基于 DAW 的音乐制作方式流行起来之后，音乐制作人开始将硬件合成器视为一种主控键盘，而作曲家和编曲家则将其视为一种用来探索音乐动机的工具。这也成为了雅马哈设计 MOTIF 合成器时的主要设计理念。

我们曾尝试开发编辑软件，让用户能够像使用软件音源那样，通过音频接口来使用硬件合成器的声音，但这并没有改变“硬件合成器用于现场演出，软件合成器用于音乐制作”的固有模式。随着电脑性能的不断提升，越来越多的音乐家开始在现场演出中使用软件合成器，硬件合成器似乎正在逐渐失去它的地位。

Image of Expanded Softsynth Plugin for MONTAGE M

在这种背景下，一款名为“Expanded Softsynth Plugin for MONTAGE M”（简称 ESP）的软件应运而生，它为软件合成器和硬件合成器之间的关系，提供了一种全新的解决方案。

ESP 实际上就是 MONTAGE M 的软件合成器版本，但它的独特之处在于它采用了全新的策略。ESP 对 MONTAGE M 的注册用户免费开放，并且不单独销售。此外，ESP 并不需要 MONTAGE M 作为加密狗，即使在没有 MONTAGE M 的情况下也能正常使用。这对专业音乐人来说非常实用，主要体现在以下两个方面：

1. 在家中进行音乐制作，并经常去录音棚录制人声和混音的音乐人

现在，许多音乐人都采用这种工作方式。他们可以在家中使用 MONTAGE M 进行创作，然后带着 ESP 去录音棚，在 DAW 软件中使用 MONTAGE M 的音色。在过去，音乐人通常会将音轨导出为音频文件，然后带着这些音频文件去录音棚。这样做的问题是，他们无法在混音过程中对音色进行调整。虽然我们可以使用其他插件合成器来进行修改，但如果只是进行一些细微的调整，ESP 无疑是优选。

2. 经常需要在巡演期间进行录音的音乐人

许多音乐人经常会在巡演期间与其他音乐人一起录制音乐，但他们的设备可能还在运输途中，无法使用。有些音乐人为了解决这一问题，会购买多套相同的设备，分别用于巡演和录音。而 ESP 则可以帮助他们节省这笔开销。此外，他们还可以将新录制歌曲的音色直接导入到 MONTAGE M 中，方便他们在巡演时进行演奏。

ESP 将硬件合成器和软件合成器的优势结合在一起，让用户能够同时享受两种方式带来的便利。ESP 对 MONTAGE M 的用户免费开放，这似乎只是一个额外的福利，但事实上，雅马哈将 MONTAGE M 视为包含了硬件合成器和 ESP 软件的完整产品。在雅马哈合成器诞生 50 周年之际，我们用这种方式来回应业界关于“硬件 vs 软件”的争论。

自 1974 年雅马哈发布 SY-1 以来，已经过去了 50 年。从最初旨在提升 Electone 电子琴表现力的项目开始，雅马哈在音源系统、键盘、用户界面以及声学技术等多个领域，取得了令人瞩目的成就。2024 年发布的 MONTAGE M 2.0 便是这些创新成果的集大成之作。

在过去的半个世纪里，雅马哈始终坚持不懈地将理想变为现实，并与世界分享我们的技术，这造就了众多经典的合成器产品。我们秉承“合成器是创造声音的乐器”这一理念，利用先辈们积累的技术，不断开发出满足时代需求、超越用户期待的创新产品。如果要用一句话来概括雅马哈的合成器开发理念，那就是“利用雅马哈的技术，创造能够创造声音的乐器”。这种信念将激励我们不断探索新的技术，在未来的 50 年甚至更长的时间里，继续书写合成器发展的新篇章。