[原创]效果器声音处理原理

引言

近些年来，电吉他作为现代摇滚乐中不可或缺的一部分正在逐渐成为我国广大青年朋友最为喜爱的乐器，那些国内外的吉他大师们也成为人们心中的偶像。狂放不羁的演出、激情四溢的弹奏风格、音乐中凝聚的深厚思想等等这一切，形成了现代摇滚音乐的架构。电吉他作为一种电声乐器是依靠对声音信号进行电路处理来工作的。随着现代科技不断的发展，人们可以通过电路对声音信号进行各种处理。这样，同样是一把吉他，通过不同的电路处理而从扬声器中放出的将会是各种不同的声音样式。对于电吉他来说，这些用于处理声音信号的电路我们称为“效果器”。由于有了效果器，人们极大的发挥了自己的想像力，创造出了很多经典的音色。吉米.亨德里克斯（jimi.Hendrix）在“voodoo child”中的哇音音色、Metallic乐队在“Enter The Sandman”中的金属音色以及艾力克.约翰逊(Eric.Johnson在“Manhattan”中的音色等等都随着这些经典的作品而流传下来。这些大师们合理的利用了效果器烘托出自己的音乐风格。
尽管效果器在电吉他演奏中是那么的重要，但在各种电吉他教程、名曲谱例随处可见的同时，我们却很难看到专门讨论效果器的书籍，只是偶尔可以在一些乐器杂志上看到对一些效果的探讨。由于这方面资料的匮乏，使很多电吉他爱好者面对繁多的名词、难懂的外文而感到无所适从。甚至对效果器产生了很多的误解，本书试图从各种效果的原理入手，给大家一个简单的启发。

                   读者对象

本书写给所有想用效果器创造出属于自己音色的吉他爱好者，阅读本书不需要更多的物理或者数学方面的知识。不过本书假设读者具有物理方面的一些常识。

                   内容提要

本书分成章，每一章涉及到的相关内容是相互联系的，对于前面几章来说，也许顺序的阅读会产生较好的效果。
第一章：电吉他声音基础
本章从电吉他声音的物理特性讲起，使大家对电吉他的声音特性有一个比较清晰的认识。阅读本章是后续章节的基础。
第二章：效果讲解
本章对电吉他的几个基本效果进行了深入的、大量的探讨，从效果产生的原理到相关参数的含义等等。通过阅读本章，大家应该对电吉他的效果有了一个较为清晰的认识。
第三章：单块效果器的连接
本章简单讲解单块效果器的连接，应用第二章提到的内容本章从技术入手探讨效果器之间的连接问题，将单一的效果整合起来，形成各种不同的音色。
第四章：合成效果器
由于从方便角度或者经济角度考虑，很多吉他爱好者采用了合成效果器，本章简单的介绍合成效果器方面的一些知识。
第五章：实战演练
本章对一些实际音色进行分析并试图达到其声音样式，注意“声音样式”和“音色”是不同的概念。通过本章，大家应对效果器有较为实际的认识。
第六章：大师们的效果连接图
本章提供一些吉他大师们的效果器连接图，可能对大家有一定的启发。

附录Ⅰ  效果器常用技术术语解释
附录Ⅱ  参考文献


                    与我联系

由于本书编者水平有限，难免有错误或者遗漏的地方，希望大家能够指正。如果大家有什么问题、建议或帮助我们改进的意见，请用我的e_mail直接与我联系。地址是：

第一章 电吉他声音基础知识

从音乐的角度来讲，吉他是一种美妙的乐器，它能够表达丰富的感情和思想，甚至有些人认为吉他是有生命的。然而从纯粹的物理角度来讲，吉他就是一个声音的产生体。它的声音来源于琴弦的振动。电吉他作为一种“特殊”的吉他其实也是一个声音的产生体。为了了解效果器对电吉他声音的处理，我们首先要对声音有一个简单的了解。


1.1      声音的概念
    
在我们生活的世界里，声音是一个普遍的现象，同时也是一个奇妙的现象。听觉是人类最重要的感觉之一，有了听觉，人类的交流变得如此的简单。听觉就是人类对于声音的感知，那么声音究竟是什么呢？让我们从物理的角度对声音进行分析。
最初人类认为声音的传播是没有速度概念的，那时的人们认为只要发出声音，马上就可以听到。随着人们对世界的了解，人们逐渐的认识到声音的传播是有速度的。大约几百年前，科学家通过在山谷之中测量回声到达的时间来研究声音的速度。以后，科学家又发现了声音在水中和空气中传播的速度是有差别的。通过对声音速度和响度等等问题的研究，人们逐渐的明白了声音其实是一种物理上的振动现象。我们听到声音的实质其实就是发声体造成了空气分子的振动，而我们耳朵的听觉神经感受到了这种空气分子的振动。比如说当吉他弹响的时候，琴弦引起琴箱的共鸣造成了周围空气分子的振动。这种振动传播到你的耳朵里，使耳膜也产生了振动就成为了我们感知到的声音。
既然声音是一种实实在在的振动现象，那么我们就可以对其进行形象的描绘。描绘声音的方法是多种多样的，下图（1.1.1）是一种典型的对声音的描述。（声音在示波器中的显示）



（水平方向为时间，垂直方向为振动的幅度）
图1.1.1是一个实际声音的波型图，可以看出来实际声音的波型图是比较复杂的。为了利于研究，我们可以对声音的波型图放大出一部分同时选取一段区域作为一种理想的声音波型图，如图1.1.2。



图1.1.2反应了在一定的时间段中，声音振动的样式。
抽象出声音的波型，就有利于我们对声波的具体研究，同时了解声音的一些特有的属性。
1.2 声音的三要素

声音是以一种振动的形式存在的，声波的振动使我们能够听到声音。大自然的声音之所以感觉上差异万千是因为每个声音都是具有特点的。声音的特点是区别两个声音不同的依据。研究声音就必须对声音的特点进行研究。通过图1.1.2我们看到了声音的理想波型。与其他的物理振动一样，这种波型具有如下特性：波长、频率、振幅、相位等等（注意这些和声音的三要素并不完全是一回事），如图1.2.1。


图1.2.1
其中波长指得是连续的两个波峰（一个周期）之间的距离。振幅指得是声波振动的幅度，振幅指出声音的相对的强度与音量。频率指得是声波在单位的时间内振动的次数，单位是赫兹（hertz、Hz）。可以通过公式得到：f（频率）＝1/λ（波长）。相位指得是振动在时间上发生的先后。如图1.2.2：虚线部分的波型滞后了90度的相位。


图1.2.2

知道了声波以上的这些特性，现在让我们了解声音的三要素。我们称人耳对不同强度（振幅）、不同频率的声音的听觉范围为人耳的声域。在人耳的声域范围中，人们的主要感受有响度、音高、音色等特征和屏蔽效应等特性。其中响度、音高、音色可以在主管上用来描述具有振幅、频率和相位三个物理量的任何复杂的声音，称为声音的“三要素”；下面具体描述：
1. 响度：
响度，又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要
取决于声波振幅的大小。声音的响度一般用声压(达因／平方厘米)或声强(瓦特／平方厘米)来计量，声压的单位为帕(Pa)，它与基准声压比值的对数值称为声压级，单位是分贝(dB)。对于响度的心理感受，一般用单位宋(Sone)来度量，并定义lkHz、40dB的纯音的响度为1宋。响度的相对量称为响度级，它表示的是某响度与基准响度比值的对数值，单位为方(phon)，即当人耳感到某声音与1kHz单一频率的纯音同样响时，该声音声压级的分贝数即为其响度级。可见，无论在客观和主观上，这两个单位的概念是完全不同的，除1kHz纯音外，声压级的值一般不等于响度级的值，使用中要注意。
        响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB—140dB(也有人认为是-5dB—130dB)。固然，超出人耳的可听频率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。但在人耳的可听频域内，若声音弱到或强到一定程度，人耳同样是听不到的。当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为“听阈（音玉）”。一般以1kHz纯音为准进行测量，人耳刚能听到的声压为0dB(通常大于0．3dB即有感受)、声强为10-16W/cm2时的响度级定为0方。而当声音增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”。仍以1kHz纯音为准来进行测量，使人耳感到疼痛时的声压级约达到140dB左右。
     实验表明，闻阈和痛阈是随声压、频率变化的。闻阈和痛阈随频率变化的等响度曲线(弗莱彻—芒森曲线)之间的区域就是人耳的听觉范围。通常认为，对于1kHz纯音，0dB—20dB为宁静声，30dB--40dB为微弱声，50dB—70dB为正常声，80dB—100dB为响音声，110dB—130dB为极响声。而对于1kHz以外的可听声，在同一级等响度曲线上有无数个等效的声压—频率值，例如，200Hz的30dB的声音和1kHz的10dB的声音在人耳听起来具有相同的响度，这就是所谓的“等响”。小于0dB闻阈和大于140dB痛阈时为不可听声，即使是人耳最敏感频率范围的声音，人耳也觉察不到。人耳对不同频率的声音闻阈和痛阈不一样，灵敏度也不一样。人耳的痛阈受频率的影响不大，而闻阈随频率变化相当剧烈。人耳对3kHz—5kHz声音最敏感，幅度很小的声音信号都能被人耳听到，而在低频区(如小于800Hz)和高频区(如大于5kHz)人耳对声音的灵敏度要低得多。响度级较小时，高、低频声音灵敏度降低较明显，而低频段比高频段灵敏度降低更加剧烈，一般应特别重视加强低频音量。通常200Hz--3kHz语音声压级以60dB—70dB为宜，频率范围较宽的音乐声压以80dB—90dB最佳。
2. 音高
音高也称音调，表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上音
高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之则低，单位用赫兹(Hz)表示。主观感觉的音高单位是“美”，通常定义响度为40方的1kHz纯音的音高为1000美。赫兹与“美”同样是表示音高的两个不同概念而又有联系的单位。
人耳对响度的感觉有一个从闻阈到痛阈的范围。人耳对频率的感
觉同样有一个从最低可听频率20Hz到最高可听频率别20kHz的范围。响度的测量是以1kHz纯音为基准，同样，音高的测量是以40dB声强的纯音为基准。实验证明，音高与频率之间的变化并非线性关系，除了频率之外，音高还与声音的响度及波形有关。音高的变化与两个频率相对变化的对数成正比。不管原来频率多少，只要两个40dB的纯音频率都增加1个倍频程(即1倍)，人耳感受到的音高变化则相同。在音乐声学中，音高的连续变化称为滑音，1个倍频程相当于乐音提高了一个八度音阶。根据人耳对音高的实际感受，人的语音频率范围可放宽到80Hz--12kHz，乐音较宽，效果音则更宽。

3. 音色
音色又称音品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形的
基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。每个基音都有固有的频率和不同响度的泛音，借此可以区别其它具有相同响度和音调的声音。声音波形各次谐波的比例和随时间的衰减大小决定了各种声源的音色特征，其包络是每个周期波峰间的连线。
        对音色的更深的研究详见1.5“深入研究音色的概念”。

        声音的三要素主要是从人对声音的感受为角度的一种分析，而不仅仅是对声音的物理分析，但是通过“频率”、“振幅”、“相位”这些基本的物理概念，我们在声学物理和听觉心理之间建立了一个桥梁。

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