探索吉他音色与效果器的奇妙世界（3）- 时延和哇音效果器

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本文是第二届电力电子科普征文大赛的获奖作品，来自上海科技大学李晨曦的投稿。

时延类效果器

如果失真类效果器是拿信号的幅值开刀，那么时延类效果器则是在信号的时域特性上做文章。根据原理的不同，可以将时延类效果器大致分为两类，混响、延迟。

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混响 (Reverb)

混响效果器旨在模拟大型音乐厅中的混响效果，混响效果器能够为音频信号增添情感和氛围，使得声音听起来更加宏大、梦幻或者温暖，适用于不同风格和情感的音乐作品。演奏者在开放空间下往往会使用到混响效果器来模拟音乐厅中的混响效果。想要实现混响效果的模拟往往需要复杂的计算，而在模拟电路时代并没有足够的条件，人们只能另辟蹊径，用机械弹簧的反复振动模拟声音在空间中的回响。最早的弹簧混响器在上世纪50年代便被发明且应用于录音室中。为方便吉他手们的使用， Fender公司在60年代将弹簧混响器直接安装在吉他音箱中。

图13. Fender Twin Reverb电子管吉他音箱

图14. Fender Twin Reverb中的弹簧混响模块

以Fender Twin Reverb音箱中的弹簧混响盒为例，两侧接有磁片的弹簧被放置在输入与输出线圈之间，连接其输入信号通过线圈产生磁信号，驱动磁片振动，进而使整根弹簧发生往复运动，产生类空间回响式机械波，输出侧的线圈则感应磁片的运动，将机械波重新转化为电信号，得到类似空间混响效果的音频信号。现如今的空间效果器多使用数字电路进行运算模拟，其多被用于前卫摇滚以及后摇滚中，用以渲染虚无缥缈的空间感。

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延迟 (Delay)、合唱 (Chorus)

与混响效果器类似，延迟类效果器也是对信号做时域上的处理。如果说混响效果器模拟的是音乐厅中的回响效果，那么延迟类效果器模拟的就是山谷中的回声效果。延迟效果器允许使用者控制延迟的时间，即延迟信号在多长时间后再次播放。这种延迟时间可以非常短暂，例如几毫秒，也可以非常长，甚至可以达到数秒。小型化的吉他延迟效果器主要基于BBD (Bucket Brigade Device) 芯片，基本原理图如下。

图15. BBD芯片基础原理图

通过输入侧电容C0采样输入电压，随后时钟信号控制MOS管依次导通，采样到的输入电压便通过其间的电容依次向后传递，到达输出端，其采样频率应满足采样定理。通过控制时钟信号的频率以及信号链的长度，即可控制信号延迟的时间。合唱效果器的原理与延迟效果器相同，区别为合唱效果器会产生多个延迟很小的副本，并将它们与原始信号混合，以模拟多个声音同时演唱的效果，增强吉他音色的氛围感。

图16. 基于BBD芯片的Boss CE-2

哇音效果器

图17. Xotic XW1

哇音效果器 (Wah)，又称为滤波效果器，其原理顾名思义，及通过对音频信号的滤波，达到改变音色的效果。以Vox公司推出的V847为例，哇音效果器通过一个踏板控制滤波电容的等效容值，可以调整一个带通滤波器的中心频率，产生类似于人声发出的"哇-哇"音效。当踏板向下踩压时，高频信号会被削弱，产生低音"哇"的音效；当踏板向上抬起时，低频信号会被削弱，产生高音"哇"的音效。哇音效果器盛行与上世纪60年代，吉他手们通过其独特的声音来传递情绪的变化。

图18. Vox V847原理图

结语

如今，虽然数字技术已经取代了很多传统的模拟设备，但音乐制作者们努力保留并再现那些经典的音色。通过数字芯片和算法，他们努力模拟和再现那些传奇的音色，使得新一代的音乐作品中依然能够听到昔日的经典和传奇。数字技术让我们能够更加便捷地探索、再现和创造各种音色，同时也为音乐创作带来了更多的可能性。而这些似乎已经过时的古老技术，则蕴含着当时工程师们的无穷智慧，这些精巧的设计理念在今天也依然值得我们借鉴与学习。