芯耀
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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，來自上?？萍即髮W(xué)李晨曦的投稿。
如果你是一位音樂愛好者，當(dāng)你戴上耳機(jī)，聆聽著美妙的音樂時(shí)，吉他那多變的音色一定能夠吸引你的注意。它時(shí)而清脆明亮，仿佛陽光燦爛；時(shí)而沉穩(wěn)厚重，帶著歲月的厚重感；時(shí)而又尖銳狂放，如同沖破束縛的熱情。
而這些獨(dú)特的音色，如今大多數(shù)都是由數(shù)字芯片經(jīng)特定算法采樣處理所生成的。為什么音樂人們要用數(shù)字芯片去生成這些音色呢？這些音色的源頭又是什么呢？讓我們把時(shí)鐘向回?fù)?，回到搖滾樂最為興盛的上世紀(jì)六七十年代。那個(gè)時(shí)候，人們只是簡(jiǎn)單的把幾種晶體管組合在一起，卻創(chuàng)造出了無限可能。
01、缺陷創(chuàng)造的美
電吉他的發(fā)聲原理非常簡(jiǎn)單，當(dāng)吉他的金屬弦振動(dòng)時(shí)，會(huì)在磁場(chǎng)拾音器附近產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。這個(gè)變化的磁場(chǎng)會(huì)影響到磁性材料，導(dǎo)致其產(chǎn)生微小的電流。這個(gè)電流通過線圈，產(chǎn)生的變化電磁場(chǎng)會(huì)感應(yīng)出電信號(hào)。這個(gè)電信號(hào)經(jīng)過放大和處理后，就能夠輸出為聲音。在沒有晶體管的年代，這個(gè)電信號(hào)需要通過電子管放大處理后，才能被人們所聽到。
電子管是一種利用真空中的電子流來控制電流的設(shè)備，它的工作原理十分簡(jiǎn)單。電子管內(nèi)部有一個(gè)稱為陰極的熱發(fā)射器件，通常由一根被加熱的金屬絲或者涂有發(fā)射材料的表面組成。當(dāng)陰極受到加熱時(shí)，它釋放出電子。當(dāng)陰極釋放出的電子進(jìn)入到電子管的空間時(shí)，它們受到陽極的吸引，從而形成了電子流。在電子管的結(jié)構(gòu)中通常還包括一個(gè)控制柵，它位于陰極和陽極之間。當(dāng)控制柵上施加不同的電壓時(shí)，會(huì)影響到電子流的密度，從而控制電子流的強(qiáng)弱。
（a）
（b），圖1. (a) 6L6電子管; (b) 電子管結(jié)構(gòu)圖
圖2. 電子管放大電路
相較于晶體管，電子管的放大是非線性的，這就使得電子管音箱所發(fā)出的聲音都具有不同程度的失真。當(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)，電子管會(huì)飽和并且輸出信號(hào)的增益將不再隨輸入信號(hào)的增大而線性增加。
圖3. 電子管的非線性特性
那時(shí)，手頭不夠?qū)捲５臉逢?duì)，因?yàn)闆]有錢買音量足夠大的音響，只能在演出時(shí)拼命的增大電子管音箱的音量，這使得電子管控制柵上的最大電壓已經(jīng)超過了其飽和值，于是正弦輸出信號(hào)的兩端被削平，削波失真的音色便由此誕生。
圖4. 不同程度的削波失真
不同于以往的吉他音色，失真音色嘈雜、尖銳、骯臟、破碎，充滿了野性與力量感，深受吉他手們的喜愛，被廣泛運(yùn)用于各種音樂形式中，逐漸成為了電吉他的標(biāo)志性音色。
“電子管的‘缺陷’意外成就了搖滾樂的標(biāo)志性音色，而隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，更便攜的失真類效果器將如何延續(xù)這場(chǎng)聲音革命？敬請(qǐng)期待下節(jié)《失真類效果器》。
