如果你看过“猎字99”、“黑三角”等电影，你除了从那些勇敢、机智的公安战士身上受到很大教育之外，一定还会被那美妙动听的音乐所吸引。它们缭绕若高天轻云，叠响犹空谷传声，别具一格，令人耳目一新。这些电影为什么会有如此奇妙的音响效果呢？原来它们采用了电子乐器配乐。
电子乐器是现代乐器中的一支新秀，它除了能模仿各种传统乐器，如单簧管、双簧管、长笛、各种号、大中小提琴、钢琴、电吉它、竖琴、木琴、洞箭、曲笛、唢呐、二胡、板胡、古琴等以外，还能表现传统乐器所没有的音色，大大丰富了音乐的表现力。
那么电子乐器是怎样发声的，它和传统乐器又有哪些不同呢？下面就谈谈这个问题。
说到乐器，不管是传统乐器还是电子乐器，都是由下列三部分组成的：发音部分、共鸣部分、演奏控制部分。但是传统乐器和电子乐器每一部分的工作原理都是截然不同的。先说发音部分。拿传统乐器二胡来说，它的发音是靠弓毛和琴弦摩擦使弦作有规律的振动而产生的，所以振源是弦。弹拨乐器如扬琴、琵琶、古筝等也是以弦作振源的，只是用弹拨琴弦的方法代替了弓毛摩擦的方法。其它乐器，有的用簧片发音，如手风琴、笙等；有的用管简内一定体积的空气柱振动发音，如笛、箫等。总之，传统乐器的振源都是机械振体。一定形状和尺寸的机械振体受激发后产生具有一定频率的规则的振动，这就形成了音乐上的某一音高（音调高度）。变换机械振体的参数，例如改变二胡的弦长（靠左手指上下移动）或弦的张力，就能改变它的振动频率，从而得到各种不同的音高。
电子乐器的振源不是机械振体，而是电子振荡器。以电子风琴来说，它的每个键都控制着一个音调振荡器（见图1），每个振荡器都准确地调整到和那个键相对应的音调频率上。按下一个键，就是将此键控制的音调振荡器和音频放大器接通，并放出声音。不同的音调对应着不同的振荡频率，例如钢琴上中间一组键盘的A音频率是440赫。一组音包含12个半音（一个八度自然音程）。音调每升高半音，它的频率就是前一个音的\(\sqrt{12}\)\(^{2}\)≈1.05964倍，升高两个半音就是(122)\(^{2}\)倍，升高n个半音，就是第一个音的(\(\sqrt{12}\)2)\(^{n}\)倍；反过来，如果一个音比另一个音低n个半音，它的频率就是那个音的1(122)\(^{n}\)倍。我们只要知道中间一组A音的频率是440赫，其余各音（C，＃C、D、#D、E、F、#F、G、＃G、A、bB、B）的频率都可以推算出来。例如C音比A音低9个半音，所以它的振动频率为440×1;(\(\sqrt{12}\)2)\(^{9}\)≈260赫。又如右边相邻一组键中的A音比原来这个A音高12个半音，所以它的频率是440×(122)\(^{12}\)=440×2=880赫。频率相差一倍，音高相差一个八度，每一个振荡器的频率都是根据这个原则决定的。然而准确地调整每一个振荡器的频率是很麻烦而又细致的工作，所以实际上并不是每一个音阶都直接由振荡器产生，而往往是先用12个振荡产生频率最高的一级音阶，然后再用多组分频器将这些音一倍一倍地（即八度八度地）依次减低（见图2），从而形成音阶关系极为准确的各组音阶。这样我们在定音时，只需将12个振荡器仔细调准，然后靠了分频器的保证，其余各组音阶就都准确了。近来国外有些电子琴采用一整块集成电路将一个输入频率自动分解为12个半音频率，所以调音时只需调准一个振荡器就可以了，非常简便。
每种乐器都有自己独特的音色，笛音清脆，萧音深沉，二胡柔和，板胡高亢。所以尽管许多乐器同奏一曲，听起来和谐一致，但还是能把它们区分开来。
音色是由什么决定的呢？我们知道，任何一种乐器，当它以某一音调发音时，虽然决定这个音调的频率是固定的，比如为110赫，但是一般都还包含着比这个频率高整数倍的若干其它频率成分，如220赫、330赫等等。这些频率成分叫高次谐波，而决定音调的那个频率叫基波或基频。包含的高次谐波不同，声音的波形就不同，音色也不同。如图3a是一个110赫的正弦波，没有谐波，听起来声音非常单调。图3b的基波也是110赫，但由于它还包含着一个三次谐波（330赫），所以声音波形就不再是正弦波形，而是基波和三次谐波叠加后的近似于方波的波形，听起来和110赫的正弦波有很大差别，也就是它们的音色不同。
传统乐器是靠着共鸣器（共鸣箱或共鸣腔）来决定音色的。不同的乐器，共鸣器的几何形状和尺寸不同，它们能加强和减弱声音中不同的频率成分，因此它们的声音波形差别很大，这就形成了它们自己特有的音色。大体说来，弦乐器的波形近似锯齿波，单簧管的波形近似于方波，双簧管的波形近似于非对称方波。知道了这个事实，在电子乐器中，我们就可以采用不同的电子电路产生或变换各种波形，以模仿传统乐器的音色，也可以组成传统乐器所不具备的各种音色，图4就是一种电子乐器所特有的具有某种虚幻感的音色的波形。
在电子乐器中，一般是采取频谱合成加滤波修饰的方法来形成各种不同的波形。最简单的频谱合成器的工作情况见图5。它首先用分频器进行多次分频，产生各种分谐波，然后再通过频谱合成器中的电位器W\(_{1}\)、W2、W\(_{3}\)任意调节这些谐波的幅度，从而产生新的频谱组合，也就产生了多种音色。电子滤波器能够让某些频率的信号通过，而阻止另外一些频率的信号，这也能修饰电信号的波形，使音色进一步按人们的要求变化。
下面再谈谈演奏控制部分。演奏控制部分的作用就是变换音阶和控制音量。拿风琴来说，音阶的变换由键盘控制，音量的变化用脚踏板踩动风箱改变进风速率来控制。小提琴音阶的变化是由左手指按动弦的不同部位（仅让部分琴弦发生振动）来控制，音量的改变是靠右手拉弓的力度来控制等等。电子乐器的演奏方法与风琴近似，也用键盘改变音阶，用脚踏板控制音量。但它的键盘是用来选择音调振荡器或分频器的，而踩动脚踏板则是改变电位器、光电管或回转变压器产生的电压信号去控制放大器的增益，从而使音量发生变化。电子乐器的音色变化功能比传统乐器多，比如电子风琴通常有两至三排键盘，一排演奏主旋律，另一排或两排演奏付旋律或伴奏，还有脚键演奏贝司，并且可设几十个键钮供选择不同的音色。音色键上都注明所模仿乐器的名称，如单簧管、小提琴等等。此外，电子乐器还可装置自动演奏部分，如自动打击乐节奏器（有十几种节奏类型）、自动和弦电路等，它们能在人工演奏的同时自动和入乐曲，这样一来，主旋律、副旋律、和声伴奏及打击乐伴奏就能同时出现，一个人演奏，就如同一个小乐队一样。
图6是一个最简单的电子风琴的方框图。它是通过改变一个振荡器的参数（从而改变振荡频率）产生所有音阶，用分频器产生谐波，然后通过频谱合成器和滤波器，形成多种音色，最后经放大器放大输出。因为它只有一个振荡器，所以只能用一只手演奏单旋律乐曲，不能同时按下两个键产生双音和弦效果，声音很单调。但由于电路简单，也能产生多种音色，所以适于初学者采用。图中颤音振荡器是一个超低频（5～9赫）正弦波振荡器，用它的输出去调制音调振荡器，就能得到均匀细柔的颤音效果，使音调美妙动听。由于整个电路都很简单，所以滤波器也可以采用简单的无源滤波器。
图7是一个性能较复杂的电子乐器方框图。它有三排键盘：上键盘、下键盘、脚键盘。由于每个键都应着一个振荡器或分频器，因此所有的键都能独立发音而互不影响，可以演奏和声和复调音乐作品。音调发生器输出的信号通过特殊的振幅包络形成器，能形成吹、拉、弹、击等各种音型。每排键的音色都能分别调节，再加上有自动打击乐节奏和自动和声伴奏系统，所以演奏功能十分丰富。混响器能使一个音在其中多次“反射”，造成余音缭绕、空谷传声的特殊效果。滤波器的特性曲线能够周期性地发生变化，从而形成特殊的“哇哇声”。颤音振荡器可供两种调制方式用，一是对音调发生器进行频率调制，实现“揉弦”效果，一是调制混响器的增益，实现振音效果——宛如寺钟轰鸣的声响起伏效果。
图8是另一种电子乐器的结构框图。它的成本较低，而功能也不过分逊色，适于大多数爱好者的需要。它的最大特点是只使用七个音调发生器就能形成所有的音阶，并且还能实现和声演奏（同时参与和声的键数不超过七个）。下面我们着重分析这些振荡器的频率是怎样搭配的。我们知道，为了实现任意和声，则每一按键都应单独对应一个振荡器或分频器，如图7那样。但是这样的设备太复杂。如果改变振荡器的参数，则能使一个振荡器发出多种不同的音调，如图6那样，因此使设备简化。但是这些音调不能同时发出来（即任何时间只能发出一个音调），不能实现和声。我们的目的是既要少用振荡器，又要实现和声演奏，这就需要研究和声的特点。音乐爱好者都知道，悦耳的和声都是由三度音程的音阶（如1、3；3、5；6、1·；1、3、5；2、4、6等）同时发音得到的，而不谐和声则是由二度音程（如1、2；7·、1；6、7等）同时发音而得，这种和声通常很少使用。根据这种情况，我们就可以不必为每个琴键装置一个单独的振荡器或分频器，而只把那些有可能发生和声的琴键振荡器分开来就可以了，不可能发生和声的音调仍可安排在同一振荡器中。这样一来，只要精心安排各个振荡器的频率，七个振荡器就能发出几乎所有悦耳的和声。当然这样作也有缺点，因为一个振荡器仍要产生几个频率的振荡，它们互有影响，所以校准频率比较困难，而且一个振荡器的参数发生变化，将会影响几个音调的准确性，但在业余使用，要求不十分严格的情况下是完全可以胜任的。
除了琴键式以外，电子乐器还可作成弦控式、吹奏式、滑奏式、木琴式、坚琴式等许多种类型，它们各有特点，限于篇幅，这里不再叙述。
比起传统乐器来，电子乐器有着音色多变，功能多样，音量动态范围宽广，产品一致性好，容易组织大规模生产等优点。但电子乐器在演奏过程中，实际上是在不断地接通和断开各种电子电路，因此它在抒发演奏感情，表现演奏者艺术个性方面以及在深刻细腻地表达具有各种民族特点的音乐作品方面，和传统乐器相比，还有很大差距。近来我国在某些电子乐器的研制中，正在逐步弥补这一不足。
最后再说明一点：并不是所有需要用电的乐器都是电子乐器。区分是不是电子乐器的关键是看它的发声元件——振源。振源是电子振荡器的才是电子乐器，否则便不能叫电子乐器。比如电吉它，它的发声元件仍然是传统的机械振体——弦，只不过用电磁拾音器或压电拾音器将机械振动转变为电振动，并加以放大及滤波，从而使音量和音色都有所改善，因此它只能算电气乐器或机电乐器。属于这类电气乐器的目前还有电琵琶、电阮、电柳琴等。还有一种“电子音乐合成器”，那是一种根据预定程序选定了音色变换方式、频率过渡方式以及音强起伏形式等音乐声学要素后，用电子计算机或其它程控设备自动表现音乐效果的电子设备。由于它允许不慌不忙地编制任意复杂的程序，所以可以表现非常庞大的艺术场面，连人声、合唱及许多自然界的特殊音响（如风、雨、雷电、山崩海啸等）以及自然界不存在的幻想音响（如高速穿越星际空间的音响）都能用艺术夸张的手段表现出来。但是由于人们只能事先给它编程序，而不能进行现场演奏，所以严格来讲它不是乐器，而是一种独具功能的音乐工具。(田进勤)