作者簡介

本文是第二屆電力電子科普征文大賽的獲獎(jiǎng)作品，來自上海科技大學(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的幅值開刀，那么時(shí)延類效果器則是在信號的時(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。

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混響 (Reverb)

混響效果器旨在模擬大型音樂廳中的混響效果，混響效果器能夠?yàn)?a target="_blank">音頻信號增添情感和氛圍，使得聲音聽起來更加宏大、夢幻或者溫暖，適用于不同風(fēng)格和情感的音樂作品。演奏者在開放空間下往往會使用到混響效果器來模擬音樂廳中的混響效果。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，連接其輸入信號通過線圈產(chǎn)生磁信號，驅(qū)動磁片振動，進(jìn)而使整根彈簧發(fā)生往復(fù)運(yùn)動，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，將機(jī)械波重新轉(zhuǎn)化為電信號，得到類似空間混響效果的音頻信號。現(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，用以渲染虛無縹緲的空間感。

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延遲 (Delay)、合唱 (Chorus)

與混響效果器類似，延遲類效果器也是對信號做時(shí)域上的處理。如果說混響效果器模擬的是音樂廳中的回響效果，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，即延遲信號在多長時(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，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

通過輸入側(cè)電容C0采樣輸入電壓，隨后時(shí)鐘信號控制MOS管依次導(dǎo)通，采樣到的輸入電壓便通過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。通過控制時(shí)鐘信號的頻率以及信號鏈的長度，即可控制信號延遲的時(shí)間。合唱效果器的原理與延遲效果器相同，區(qū)別為合唱效果器會產(chǎn)生多個(gè)延遲很小的副本，并將它們與原始信號混合，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，及通過對音頻信號的濾波，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)，高頻信號會被削弱，產(chǎn)生低音"哇"的音效；當(dāng)踏板向上抬起時(shí)，低頻信號會被削弱，產(chǎn)生高音"哇"的音效。哇音效果器盛行與上世紀(jì)60年代，吉他手們通過其獨(dú)特的聲音來傳遞情緒的變化。

圖18. Vox V847原理圖

結(jié)語

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，但音樂制作者們努力保留并再現(xiàn)那些經(jīng)典的音色。通過數(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)也為音樂創(chuàng)作帶來了更多的可能性。而這些似乎已經(jīng)過時(shí)的古老技術(shù)，則蘊(yùn)含著當(dāng)時(shí)工程師們的無窮智慧，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)。