作者簡(jiǎn)介
本文是第二屆電力電子科普征文大賽的獲獎(jiǎng)作品，來(lái)自上海科技大學(xué)李晨曦的投稿。
時(shí)延類效果器
如果失真類效果器是拿信號(hào)的幅值開刀，那么時(shí)延類效果器則是在信號(hào)的時(shí)域特性上做文章。根據(jù)原理的不同，可以將時(shí)延類效果器大致分為兩類，混響、延遲。
1 混響 (Reverb)
混響效果器旨在模擬大型音樂(lè)廳中的混響效果，混響效果器能夠?yàn)橐纛l信號(hào)增添情感和氛圍，使得聲音聽起來(lái)更加宏大、夢(mèng)幻或者溫暖，適用于不同風(fēng)格和情感的音樂(lè)作品。演奏者在開放空間下往往會(huì)使用到混響效果器來(lái)模擬音樂(lè)廳中的混響效果。想要實(shí)現(xiàn)混響效果的模擬往往需要復(fù)雜的計(jì)算，而在模擬電路時(shí)代并沒(méi)有足夠的條件，人們只能另辟蹊徑，用機(jī)械彈簧的反復(fù)振動(dòng)模擬聲音在空間中的回響。最早的彈簧混響器在上世紀(jì)50年代便被發(fā)明且應(yīng)用于錄音室中。為方便吉他手們的使用， Fender公司在60年代將彈簧混響器直接安裝在吉他音箱中。
圖13. Fender Twin Reverb電子管吉他音箱
圖14. Fender Twin Reverb中的彈簧混響模塊
以Fender Twin Reverb音箱中的彈簧混響盒為例，兩側(cè)接有磁片的彈簧被放置在輸入與輸出線圈之間，連接其輸入信號(hào)通過(guò)線圈產(chǎn)生磁信號(hào)，驅(qū)動(dòng)磁片振動(dòng)，進(jìn)而使整根彈簧發(fā)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生類空間回響式機(jī)械波，輸出側(cè)的線圈則感應(yīng)磁片的運(yùn)動(dòng)，將機(jī)械波重新轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，得到類似空間混響效果的音頻信號(hào)?，F(xiàn)如今的空間效果器多使用數(shù)字電路進(jìn)行運(yùn)算模擬，其多被用于前衛(wèi)搖滾以及后搖滾中，用以渲染虛無(wú)縹緲的空間感。
2 延遲 (Delay)、合唱 (Chorus)
與混響效果器類似，延遲類效果器也是對(duì)信號(hào)做時(shí)域上的處理。如果說(shuō)混響效果器模擬的是音樂(lè)廳中的回響效果，那么延遲類效果器模擬的就是山谷中的回聲效果。延遲效果器允許使用者控制延遲的時(shí)間，即延遲信號(hào)在多長(zhǎng)時(shí)間后再次播放。這種延遲時(shí)間可以非常短暫，例如幾毫秒，也可以非常長(zhǎng)，甚至可以達(dá)到數(shù)秒。小型化的吉他延遲效果器主要基于BBD (Bucket Brigade Device) 芯片，基本原理圖如下。
圖15. BBD芯片基礎(chǔ)原理圖
通過(guò)輸入側(cè)電容C0采樣輸入電壓，隨后時(shí)鐘信號(hào)控制MOS管依次導(dǎo)通，采樣到的輸入電壓便通過(guò)其間的電容依次向后傳遞，到達(dá)輸出端，其采樣頻率應(yīng)滿足采樣定理。通過(guò)控制時(shí)鐘信號(hào)的頻率以及信號(hào)鏈的長(zhǎng)度，即可控制信號(hào)延遲的時(shí)間。合唱效果器的原理與延遲效果器相同，區(qū)別為合唱效果器會(huì)產(chǎn)生多個(gè)延遲很小的副本，并將它們與原始信號(hào)混合，以模擬多個(gè)聲音同時(shí)演唱的效果，增強(qiáng)吉他音色的氛圍感。
圖16. 基于BBD芯片的Boss CE-2
哇音效果器
圖17. Xotic XW1
哇音效果器 (Wah)，又稱為濾波效果器，其原理顧名思義，及通過(guò)對(duì)音頻信號(hào)的濾波，達(dá)到改變音色的效果。以Vox公司推出的V847為例，哇音效果器通過(guò)一個(gè)踏板控制濾波電容的等效容值，可以調(diào)整一個(gè)帶通濾波器的中心頻率，產(chǎn)生類似于人聲發(fā)出的"哇-哇"音效。當(dāng)踏板向下踩壓時(shí)，高頻信號(hào)會(huì)被削弱，產(chǎn)生低音"哇"的音效；當(dāng)踏板向上抬起時(shí)，低頻信號(hào)會(huì)被削弱，產(chǎn)生高音"哇"的音效。哇音效果器盛行與上世紀(jì)60年代，吉他手們通過(guò)其獨(dú)特的聲音來(lái)傳遞情緒的變化。
圖18. Vox V847原理圖
結(jié)語(yǔ)
如今，雖然數(shù)字技術(shù)已經(jīng)取代了很多傳統(tǒng)的模擬設(shè)備，但音樂(lè)制作者們努力保留并再現(xiàn)那些經(jīng)典的音色。通過(guò)數(shù)字芯片和算法，他們努力模擬和再現(xiàn)那些傳奇的音色，使得新一代的音樂(lè)作品中依然能夠聽到昔日的經(jīng)典和傳奇。數(shù)字技術(shù)讓我們能夠更加便捷地探索、再現(xiàn)和創(chuàng)造各種音色，同時(shí)也為音樂(lè)創(chuàng)作帶來(lái)了更多的可能性。而這些似乎已經(jīng)過(guò)時(shí)的古老技術(shù)，則蘊(yùn)含著當(dāng)時(shí)工程師們的無(wú)窮智慧，這些精巧的設(shè)計(jì)理念在今天也依然值得我們借鑒與學(xué)習(xí)。