Roland工程師松井朗：8位元CPU合成器研發的幕後故事

04/18/2016

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Roland A-01有個非常引人注意的特色，就是搭載了「8位元CPU合成器(8-bit CPU Synth)」這種獨一無二的音源引擎電路。8位元CPU合成器是一種「虛擬類比」的數位音源，而正如它的名字所示，是用8位元CPU來運算模擬減法合成器。現在市面上已有許多同樣是「虛擬類比」的合成器產品，但這款合成器―反而是因為受到8位元CPU、結合lo-fi 10位元DA轉換器有限運算能力的限制―才真正地能夠製造出獨特類比質感的音色。對於它的聲音，最傳神的描述就是”vintage digital”(復古數位)，必定讓全球合成器愛好者都躍躍欲試。

松井朗，前任Roland工程師，正是發想出8位元CPU合成器基本設計構思的人物。松井在1977年進入Roland公司之後，參與了許多種產品的研發，包括公司的經典作如SYSTEM-700與SYSTEM-100，以及早期的GR系列吉他合成器。在這麼多他參與研發的產品當中，最知名的當屬JX-3P。這部合成器在1983年問世，是首度支援MIDI規格而聞名的合成器之一，並以生動與廣闊的聲音而備受讚譽。2015年發表的Roland Boutique系列中的JX-03，就是以復刻這部經典合成器為藍本。

松井先生2013年從Roland退休之後，依然沈浸在自家工作室中，以製作電子器材做為他的業餘消遣。現在被引用於A-01當中的8位元CPU合成器，正是誕生於此。Roland某位工作人員機緣下看到這個手工製合成器，立刻深受吸引並且探訪松井進一步尋求合作。

這故事述說的正是基於業餘愛好所誕生的8位元CPU合成器，如何被應用於A-01的歷程，以及Roland如何與這位傳奇的前工程師再次迸出合作火花。

◎眾所皆知，您是ROLAND經典之作JX-3P合成器的發明者之一。您當初是因為很想製作合成器才進入ROLAND嗎？

松井：是的。合成器剛開始推出時我還是個學生。它們那股新潮的氣質讓我非常著迷。所以當雜誌上開始出現如何製作合成器的文章時，我讀遍這些文章並且開始自己動手製作。很快地我就發現，沒有鍵盤的合成器並不像個合成器，所以我還記得我是用線鋸來切割木塊做出黑鍵與白鍵，不過我得承認，做不完一個八度音程我就放棄了！[笑]無論如何，當我還是學生時，的確很喜歡銲補一些東西，我很喜歡「會發聲音」的東西，所以，這是我加入Roland的原因。

我進入這個公司早在1977年，一開始是在大阪工廠做一些SYSTEM-700與SYSTEM-100組裝及檢查的工作。之後不久，我開始負責電路設計。想當年，我們手上並沒有像現在這些方便的工具，所以我們是從一塊空白的電路板開始，用電路板油墨在上面畫電路，再用三氯化鐵蝕刻方式做出圖面。[笑]在大阪待了三年以後，我調到松本，一到了那裡，我就參與吉他合成器的研發。在GR-700的研發歷程中，我是一路從最初研究階段就開始參與。

◎您在ROLAND公司的工作歷程當中，您印象最深刻的產品有哪些？

松井:絕對是JX-3P。首先，它是第一部支援MIDI的合成器，另一個對我來說值得紀念的原因是，它是由我負責微處理器程式設計的第一部合成器。在那之前，我一直都是專門做類比電路設計工作，所以我記得做微處理器的程式那段時間非常煎熬。但是要進入新領域，研發歷程必然是挑戰，其實也樂趣無窮。早在那個年代，就銷售而言相當困難，但是JX-3P在銷售成果上為松本工廠做了相當正面的貢獻。

◎在您2013年從ROLAND退休以來，您仍然投入製作電子器材的嗜好。

松井:從我進入Roland許多年來，公司對於產品的研發方式上，給予我這個工程師很大的自由發揮空間，這點讓我非常感激。但是在職涯邁入後期時，我擔任管理職務，我還是始終如一地渴望「用我的手來作東西」。因此在退休之後，這種衝動一鼓作氣地爆發出來，我就一直拿著焊槍來焊烙東西。（笑）我還買了雷射切割機跟3D掃瞄機，所以現在我的設備可以讓我能做出我所想到的任何東西。

在退休的這兩年我做了很多東西。我造了一架空拍攝影的直昇機，就像是近幾年大受歡迎的無人機，還有用音量儀表(VU meter)做的臺鐘。我想要電烙東西的念頭停不下來，所以我去店裡買了一大堆的銅釘，全部烙在一起做成了遙控模型車。回想起來，我當時很可能只是想要聞一聞錫膏的味道。（大笑）我也另外做一些木工跟焊接。

8位元CPU合成器是一部音源引擎，是為了挑戰8位元CPU跟8 KB記憶體運算的極限而誕生的成果。

◎所以您一直很享受在家盡情地製作東西。是什麼原因讓您想要再次研發合成器？

松井:一直以來我都在製作這些東西，我對聲音仍然深感興趣。所以我有種莫名的渴望想要做出一部合成器。現在，我們可以取得便宜的ARM處理器跟CPU中央處理器，所以只要想做，任何人都可以做出很像樣的數位合成器。我剛進入Roland時，自己做出了許多類比合成器，所以對我來說已經沒有任何特別驚奇感。但是在某一天，我突發奇想，如果用一個8位元CPU來做一部合成器會是什麼樣子。這個靈感起自於我想要看看在8位元CPU跟8 KB記憶體這麼受限的資源裡面，能夠達到什麼樣的程度。我記得那大概是在2014年年初。首先我著手設計震盪器(oscillator)，令我感到頗為意外的是，在沒有使用大量資源之下，它竟然能夠演奏出一些還不錯的東西來。接著我開始設計所有的類比合成元件濾波器(filter)、再來是amp、接著是LFO—我能夠把這些東西恰到好處地裝配起來。在剩餘的空間裡，我設計了一個單步編曲機(step sequencer)，完成的成品就是8位元CPU合成器。

因為任何人都能夠輕易地做出一般的合成器，所以您就故意先設下了障礙—像這次是用了8位元 CPU跟8 KB的記憶體，是嗎？

松井：差不多是這樣子。也可以說，我就是想要看看用一個8位元CPU跟8 KB的記憶體到底能作出什麼來。[笑]如果你在做東西時，當你面臨一些障礙得去克服時，往往會有更多的樂趣。

當你聽到「8位元」，當下會想到的是電玩機台所使用的那些晶片音樂的音源。但是8位元CPU合成器其實是虛擬類比的數位音源，它使用了一個8位元CPU來重現減法合成器的電路。對嗎？

松井:是的，就是這樣。它有一個震盪器(Oscillator)、濾波器(Filter)、波封產生器(Envelope generator)、放大器(amp)跟低頻震盪器(LFO)。它有四種震盪器波型(鋸齒波、方波、脈衝,以及電子雜訊)以及四個LFO波型(正弦波、方波、鋸齒與隨機波型)。在濾波器部分，我重製了狀態變量(state-variable)濾波器的效果。

您是否想過要加入一些只有數位音源才有的特別波型或是功能？

松井：8位元CPU合成器的製作概念，是要在一個8位元CPU，直接重現類比合成器時代當時所用的演算法，因此，我從來沒有意圖要加入特別功能。即使當你說到「鋸齒波」時，我個人也有自己對「理想的鋸齒波」的主張，所以我想要在8位元CPU上做那樣的重現。在波封產生器(envelope generator)也是同樣的—我想要真實再現由電阻器與電容器所產生的類比合成器波封。也就是說，某些地方我沿用了數位的優勢。例如，你可以把LFO的頻率設得非常高，在那樣的狀態下調製震盪器時，可以得到一種帶有FM或數位合成器特色的聲音。

我對它的獨特聲音表現印象深刻，可說是與數位或類比合成器截然不同的聲音。

松井：有一些虛擬類比合成器輸出的是震盪器波型取樣(sample)的聲音，但是8位元CPU合成器上的震盪器則是真正做震盪。噪訊(noise)也是從震盪而產生的。

我想要看看在8位元CPU及8 KB記憶體這麼受限的資源下能夠作到什麼極限，不過要重現類比合成器的功能事實上並不是太困難。所以這部份我先不管，然而它的聲音非常的貧弱，所以我花了很多的時間調整程式。做出了一部合成器聲音卻不夠好實在沒有意義。但是如果你為了提升聲音而開始在效果器中做一些複雜的調音時，很快地就會耗盡8KB資源。所以一邊做調音時，一邊也要確保程式還能在8KB的限制裡面。我想這也成就了這款8位元CPU合成器獨特的聲音，讓它與現代合成器或軟體音源截然不同。

所以在調整您的程式時，是不是先聽聲音然後經歷不斷多次測試與錯誤的過程？

松井:是這樣沒錯。合成器調音總歸來說就是做測試與錯誤，你可以把所謂的理論拋之腦後。[笑]這也適用於類比合成器。你得要先演奏它的聲音然後靠自己的耳朵來調音。所以你會反覆地做嘗試與錯誤不斷地摸索。

「在研發時我對於鋸齒波很執迷，所以不管別人怎麼做，我希望大家能聽到這個聲音。」

在研發的過程裡面，有沒有哪些部分你覺得特別艱辛？

松井:名列第一的會是noise。8位元CPU合成器是在48 kHz取樣頻率下運作，它的所有運算都在這個頻率之內，而noise會霸佔最大的資源。由於我長久以來參與許多類比合成器開發，我當然無法滿足於太過陽春版的noise。[笑]我想要的是讓人可以使用在聲音製作上好聽的noise，所以我在這上面花了大量時間。

您在自己興趣下所研發的8位元CPU合成器，將會結合到ROLAND的新產品A-01之中。這項合作是怎麼發生的？

松井：當我完成8位元CPU合成器的第一部原型機時，我在Maker Faire Tokyo 2014(讓從事「製作物品」的個人及組織團體報名參展的盛會)當中展出。有一個來自Roland的人看到它就很喜歡它，因而促成了將它納入A-01的聲音引擎的計畫。這項合作讓A-01變成一部相當有趣的產品。一部USB MIDI控制主控鍵盤，配備藍牙MIDI與CV/Gate輸出功能已經夠獨特了，何況它還是一部內建8位元合成器的琴。(笑)