作者簡介

本文是第二屆電力電子科普征文大賽的獲獎作品，來自上海科技大學李晨曦的投稿。

時延類效果器

如果失真類效果器是拿信號的幅值開刀，那么時延類效果器則是在信號的時域特性上做文章。根據原理的不同，可以將時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，混響效果器能夠為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。想要實現混響效果的模擬往往需要復雜的計算，而在模擬電路時代并沒有足夠的條件，人們只能另辟蹊徑，用機械彈簧的反復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50年代便被發明且應用于錄音室中。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生磁信號，驅動磁片振動，進而使整根彈簧發生往復運動，產生類空間回響式機械波，輸出側的線圈則感應磁片的運動，將機械波重新轉化為電信號，得到類似空間混響效果的音頻信號。現如今的空間效果器多使用數字電路進行運算模擬，其多被用于前衛搖滾以及后搖滾中，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間，即延遲信號在多長時間后再次播放。這種延遲時間可以非常短暫，例如幾毫秒，也可以非常長，甚至可以達到數秒。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芯片基礎原理圖

通過輸入側電容C0采樣輸入電壓，隨后時鐘信號控制MOS管依次導通，采樣到的輸入電壓便通過其間的電容依次向后傳遞，到達輸出端，其采樣頻率應滿足采樣定理。通過控制時鐘信號的頻率以及信號鏈的長度，即可控制信號延遲的時間。合唱效果器的原理與延遲效果器相同，區別為合唱效果器會產生多個延遲很小的副本，并將它們與原始信號混合，以模擬多個聲音同時演唱的效果，增強吉他音色的氛圍感。

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踏板控制濾波電容的等效容值，可以調整一個帶通濾波器的中心頻率，產生類似于人聲發出的"哇-哇"音效。當踏板向下踩壓時，高頻信號會被削弱，產生低音"哇"的音效；當踏板向上抬起時，低頻信號會被削弱，產生高音"哇"的音效。哇音效果器盛行與上世紀60年代，吉他手們通過其獨特的聲音來傳遞情緒的變化。

圖18. Vox V847原理圖

結語

如今，雖然數字技術已經取代了很多傳統的模擬設備，但音樂制作者們努力保留并再現那些經典的音色。通過數字芯片和算法，他們努力模擬和再現那些傳奇的音色，使得新一代的音樂作品中依然能夠聽到昔日的經典和傳奇。數字技術讓我們能夠更加便捷地探索、再現和創造各種音色，同時也為音樂創作帶來了更多的可能性。而這些似乎已經過時的古老技術，則蘊含著當時工程師們的無窮智慧，這些精巧的設計理念在今天也依然值得我們借鑒與學習。