【專欄】CMOS Synth與Lunetta的世界：邏輯電路所演奏的原始電子音樂美學

Column zh-hant CMOS DIY Lunetta
【專欄】CMOS Synth與Lunetta的世界：邏輯電路所演奏的原始電子音樂美學

什麼是 CMOS 合成器？

文：mmr｜主題：邏輯電路變成音樂的那一刻－CMOS Synth與Lunetta描繪的原始電子聲學世界

所謂的 Lunetta Synth，即使用 CMOS 邏輯 IC 的 DIY 合成器，是一種透過極其簡單和原始的電路生成聲音的文化，與當今複雜的電子音樂環境形成鮮明對比。本文將從歷史事實和技術角度探討它的起源、結構、聲學特性以及現代的重新評估。

邏輯IC健全的瞬間

CMOS Synth 是使用最初設計為數位電路的 CMOS 邏輯 IC 產生聲音的合成器的總稱。這些 IC 最初用於計算和訊號處理，但透過設計時鐘和反饋結構，它們可以振盪並產生可聽聲音。

代表的なICには以下のようなものがある。

  • 40106：施密特觸發器反相器
  • 4040：二進制計數器
  • 4017：十年計數器
  • 4070：異或門

它們可以單獨產生聲音，但是當組合起來時，可以創建複雜的節奏和模式。

Lunetta Synth 的定義

Lunetta Synth 是一個源自義大利 DIY 建造者 Stanley Lunetta 名字的名稱，特別是具有以下特徵的系統。

  • 僅由 CMOS 邏輯 IC 組成
  • 基本上不使用類比濾波器或VCA
  • 透過補丁免費連接
  • 電源電壓引起的音調變化

正是這些限制創造了獨特的聲音和文化。

CMOS Synth 是一個電子電路本身成為樂器而不是音樂設備的領域。

技術基礎：為什麼會有聲音？

振盪機制

CMOS反相器具有輸入和輸出反相的特性。透過將其與電阻器和電容器組合，構成自振盪電路（振盪器）。

flowchart LR A[入力] --> B[インバータ] B --> C[出力] C --> D[RC回路] D --> A

此環路導致電壓週期性變化，產生方波。

計數器分頻

計數器 IC 對輸入時脈進行分頻並產生多個不同週期的訊號。這提供了以下效果。

  • 節奏模式的生成
  • 多節奏結構
  • 偽旋律
flowchart TD CLK[クロック] --> C1[1/2] CLK --> C2[1/4] CLK --> C3[1/8] CLK --> C4[1/16]

使用邏輯運算轉換聲音

XOR 和 AND 等邏輯運算會改變訊號之間的關係。即使使用簡單的波形，也會產生複雜的頻譜。

  • XOR：增加泛音並變得吵雜
  • AND：類似閘的斷斷續續的聲音
  • OR：由於重疊而導緻密度增加

聲音的產生是基於邏輯運算而不是類比。

歷史背景

數位電路與音樂之間的接口

20 世紀 70 年代，CMOS IC 作為低功耗、廉價的電子元件開始流行。大約在同一時間，電子音樂實驗逐漸從類比擴展到數位。

然而，使用CMOS作為聲源的想法並不主流，只是作為一些實驗者的嘗試而存在。

與 DIY 文化的聯繫

2000 年代初，CMOS 聲音創作透過網路論壇和個人網站被重新發現。以下因素尤其重要。

  • 零件供應情況
  • 電路簡單
  • 低成本
  • 僅可透過焊接製造

就這樣，「Lunetta Synth」的概念在 DIY 社群中傳播並確立。

與模組化合成器的關係

Lunetta 與模組化合成器有著不同的理念，但它們在以下幾點上有交叉。

  • 由於修補而導致的結構變化
  • 模組化設計
  • 實驗性聲音產生

然而，決定性的差異在於重點是邏輯訊號而不是電壓控制。

Lunetta 不是模組化的簡化，而是完全不同的演變。

聲學特性

方波的統治

CMOS Synth 的基本波形是方波。這導致以下特徵：

  • 強諧波分量
  • 數位硬紋理
  • 節奏不連續

不穩定和偶然性

CMOS 電路的行為會根據電源電壓、溫度和接線而改變。

  • 時鐘的波動
  • 非週期模式
  • 混亂的節奏

これにより、再現性の低い音楽が生まれる。

連線超出可聽範圍

透過對高頻時鐘進行劃分，將其降低到可聽範圍的過程本身就變成了一種音樂結構。

flowchart LR HF[高周波] --> DIV[分周] DIV --> AUD[可聴音]

音樂不是生成的，而是從頻率層次中提取的。

電路設計與實踐

基本配置

最簡單的 Lunetta 具有以下配置。

  • 振盪器 (40106)
  • カウンタ（4040）
  • 出力ミキシング

これにより、複数の周期を持つ信号が同時に出力される。

パッチング文化

Lunetta的特徵不是固定佈線，而是使用跳線和跳線來改變連接。

  • 入力と出力を自由に接続
  • フィードバックループの生成
  • 予測不能な挙動
flowchart TD A[OSC] --> B[COUNTER] B --> C[LOGIC] C --> A

電源電圧の重要性

CMOS ICは3V〜15V程度で動作するが、電圧によって音が変化する。

  • 高電圧：高速・高音域
  • 低電壓：低速/失真

電壓本身充當參數。

打破電路的穩定性會產生音樂性。

時間表：CMOS Synth 和 Lunetta 的部署

1970年代-90年代

  • 70年代：CMOS IC普及
  • 20 世紀 80 年代：數位音源主流化
  • 1990年代：碎片化的DIY電子音樂練習

2000年代

  • 互聯網上的早期電路共享
  • Lunetta Synth 名稱的普及
  • 活化個體生產

自2010年代以來

  • 重新評估與模組化復興並行
  • 研討會和社區建設
  • 作為藝術作品的發展
flowchart LR A[1970s CMOS普及] --> B[1990s 実験] B --> C[2000s 再発見] C --> D[2010s 文化化]

電路曾經是技術的副產品，現在已經成為一種獨立的文化。

在現代的地位

噪音/與實驗音樂的關係

Lunetta 與以下類型有很高的親和力。

  • 噪音音樂
  • 工業的
  • 實驗電子音樂

這是由於強調偶然性而不是控制。

教育價值

CMOS Synth 作為電子工程的入門課程也很有效。

  • ロジック回路の理解
  • 発振原理の体験
  • 聲電關係視覺化

作為藝術的電路

電路本身成為視覺對象，也被用作裝置。

  • LEDによる視覚化
  • 聲光同步
  • 物理佈局的美學

Lunetta 處於音樂、工程和藝術的交匯處。

結論：現在為什麼選擇 CMOS Synth？

與當今高度優化的音樂製作環境相比，CMOS Synth 效率低且不可控制。然而，這種限制會產生不可預測的聲音和結構。

  • 簡單電路
  • 結果好壞參半
  • 不可再現性

這些都是數位音樂往往會失去的元素，而這正是 Lunetta 的價值所在。

原始電路提出了最現代的問題。

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