музыкальный альманах (saturdayjam) wrote,
музыкальный альманах
saturdayjam

Category:

Как это работает: эффекты искажения



Вот мы и подошли к самому "вкусному" классу эффектов — это эффекты искажения. Появление и развитие эффектов искажения породило множество самостоятельных жанров, собственно, классический рок и все что после, появилось именно благодаря ним.
В сегодняшней статье речь пойдёт о таких эффектах как Distortion, Overdrive, Fuzz, и еще о некоторых любопытных устройствах. Подробности под катом.

Для начала стоит определиться с терминологией, так как в области искажающих эффектов с терминами наблюдается некоторая путаница. Слово distortion в переводе с английского собственно и означает "искажение", и по большому счету все искажающие эффекты можно называть дисторшнами. Однако в музыкальной среде (особенно в среде гитаристов) принято разделять эффекты по характеру искажений, и слово distortion будет означать уже не весь класс эффектов, а лишь одного из представителей этого класса. Давайте с него и начнем:

Дисторшн (Distortion)


Дисторшн — звуковой эффект или устройство, достигаемый искажением сигнала путём его "жёсткого" ограничения по амплитуде. Наиболее часто применяется в роке, метале и панк-роке в сочетании с электрогитарой. Помимо электрогитары эффект применяют и с другими инструментами, например с бас-гитарой. Также этот эффект, как компонент, присутствует в синтезаторах, процессорах эффектов и ПО для обработки звука.

Не будем вдаваться в радиотехнические подробности, лучше просто посмотрим, как видоизменяется сигнал после его обработки дисторшном:



Как видно из графика, происходит так называемый клиппинг сигнала, синусоида обрезается, из-за этого звук приобретает характерную резкость. Важным отличием звука дисторшна от обычного клиппинга является то, что из-за некоторых конструктивных особенностей устройства сигнал обогащается гармониками. Что, естественно, благотворно сказывается на звуке.

Так называемый перегруз можно получить несколькими способами. Рассмотрим эти способы поближе:

Перегруз усилителя


Усилители, в зависимости от их класса, работают не со всеми возможными амплитудами входного сигнала, а лишь с некоторым их диапазоном. И по мере приближения амплитуды входного сигнала к максимально возможной для усилителя, наблюдаются все большие и большие нелинейные искажения сигнала. Кстати, для ламповых и транзисторных усилителей эти нелинейные искажения имеют различных характер. От простого клиппинга перегруз (особенно лампового усилителя) отличается тем, что выходной сигнал имеет сложную зависимость спектральных компонент от амплитуды и спектрального состава входного сигнала в отличие от элементарного ограничителя.

На мой взгляд, перегруз усилителя — это самый трушный перегруз, однако, у него есть свои недостатки. Главным из них является то, что при слабом уровне сигнала большого уровня искажений добиться не удастся.

В качестве решения этой проблемы звук предварительно "прогревают", помещая в тракте перед усилителем так называемый предусилитель. Перегруз в таком случае можно осуществлять по предусилителю, по усилителю, или совмещать оба перегруза.

Аналоговая эмуляция


Структурная схема любого дисторшна включает следующие элементы: первичный усилитель, ограничительный каскад и цепь вторичной обработки сигнала. Первичный усилитель усиливает входной сигнал до 2-5 В. Коэффициент усиления (Gain) обычно регулируется. В зависимости от модели дисторшна, первичный усилитель может включать в себя обрезные фильтры высоких и низких частот, иметь наклон частотной характеристики в сторону басов со спадом высоких, или иметь подъем в районе 500 Гц. Возможно также применение компрессора совместно с первичным усилителем, для плотного дисторшна. Иногда используют несколько последовательно включенных первичных усилителей.

Далее преобразованный сигнал попадает на ограничительный каскад, который собственно и создает эффект дисторшна. Каскад этот состоит обычно из диодной пары, хотя здесь могут быть варианты.

После ограничительного каскада уже искаженный звук поступает в цепь вторичной обработки сигнала. Вторичная обработка — это, главным образом, частотная обработка искаженного сигнала, которую выполняют различные фильтры. Одним из наиболее известных аналоговых эмуляторов перегруза считается устройство SansAmp.

Цифровая эмуляция


Первое поколение гитарных процессоров делало акцент на точное моделирование статических АЧХ симулируемых ламповых усилителей и аналоговых педалей. Звук получался похожим, но без динамики, «напора» и драйва. Объясняется это тем, что в реальных устройствах АХ и АЧХ динамически меняется в зависимости от амплитуды и частотного состава входного сигнала из-за, например, плавания рабочих точек ламп и транзисторов ввиду некоторой асимметрии их характеристик относительно рабочих точек, а также из-за других малоизученных нелинейных параметрических эффектов.

Промежуточное поколение гитарных процессоров использовало для получения качественного дисторшна и перегруза реальные миниатюрные лампы и транзисторно-диодные схемы. Однако понятно было, что это недешевый компромисс и цифра свое возьмет.

Второе поколение гитарных процессоров на основе более мощных процессоров приступило к прямому цифровому моделированию всех нелинейных и других элементов электрических схем, отвечающих за «перегруз». Дисторшн и перегруз гитарных процессоров зазвучал весьма натурально, зачастую лучше дешевых аналоговых комбиков.

Овердрайв (Ovedrive)


Овердрайв — звуковой эффект или устройство, достигаемый искажением сигнала путём его «мягкого» ограничения по амплитуде.
По сути, овердрайв — это тот же дисторшн, только с более мягким характером ограничения. На картинке более наглядно:


Здесь синим показан оригинальный сигнал, красным — дисторшн, желтым — овердрайв.

Овердрайв достигается путём перегрузки ламп в усилителе. При усилении сигнала может использоваться несколько каскадов ламп, это создаёт более "толстое" и более сложное искажение звука.

Поскольку и лампы в пределах определенной области напряжения ведут себя линейно, схемы овердрайвов настроены так, что средние пики сигнала едва доходят до области клиппирования, в результате чего происходит мягкое клиппирование и менее жесткие искажения.

Овердрайв, обычно, имеет четкую щелчкообразную атаку, богатую высшими гармониками, что приводит к "клацающему" и "скребущему" звучанию (crunch). Атаку можно смягчить, срезав высокие частот. Период спада овердрайва также богат высокими гармониками, которые быстро исчезают. Это создаёт своеобразный эффект "подвизгивания". Сустейн ровный, слабо искаженный, высоких гармоник немного. По мере затухания степень искажений плавно убывает (вследствие мягкого порога искажений). Таким образом "хвост" сигнала оказывается практически неискаженным.

Фузз (Fuzz)


Фузз — эффект или устройство, искажающее сигнал до полной потери огибающей сигнала.
Фузз часто реализуется с помощью подачи сигнала слишком высокого уровня на вход транзисторного устройства, которое жёстко ограничивает и потому сильно искажает сигнал. В отличие от других искажающих эффектов, фузз повышает и клиппирует сигнал достаточно сильно, таким образом входящий синусоидальный сигнал на выходе будет иметь почти прямоугольную форму, это соответствует классическому тембру фузза. Он создаёт значительно большие искажения и придаёт синтетическое звучание инструменту, в отличие от стандартных дисторшнов или овердрайвов. Звуки фузза как правило, имеют более низкие средние частоты, в отличие от других видов искажателей.

В простейшем варианте схема состоит из двухтранзисторного усилителя с положительной обратной связью — эта схема называется триггер Шмитта. Триггер Шмитта и есть основа фуза. Особенностью схемы является преобразование входного сигнала в прямоугольный выходной. Из всех нелинейных гитарных эффектов, фузз звучит наиболее резко и выразительно. Основной неприятной особенностью является его одноголосность — невозможно играть аккордами и даже двузвучиями. Для многоголосных приставок используют отдельный звукосниматель и канал обработки сигнала на каждую струну. Шестиканальная схема получается очень дорогой, громоздкой и сложной в настройке.

Фузз очень чувствителен к параметрам входного сигнала: помехи и наводки проявляются в виде треска с таким же уровнем, как и полезный сигнал, а искажения формы приводят к потере основного тона на выходе. Положительной стороной эффекта является отсутствие шума в паузе и нечувствительность к помехам низкого уровня.

Биткрашер (Bitcrusher)


Биткрашер (bitcrusher — битразрушитель) — цифровой эффект, который производит искажение путём снижения разрешения (битности) или пропускной способности (частоты дискретизации) цифровых аудиоданных. В результате, полученные шумы квантования могут привести к "утеплению" или к "огрублению" звука, в зависимости от уровня изменений.
Если сократить число бит используемых для хранения данных, то число возможных значений уменьшится, и таким образом уменьшится разрешение сигнала, что приведёт к его искажению. На рисунке обработанная биткрашером синусоида:


Эти искажения добавляют обертона таким образом, что форма волны становится угловатой. Это может привести к "утеплению" звука, в сравнении с оригинальным, особенно если сигнал округляется (округляются числа) определенным образом. Часто этот эффект специально используется в техно и электронной музыке.

Вэйвшейпер (Waveshaper)

Вэйвшейпер — эффект, формирующий волну. В результате изменения формы сигнала из простых звуков получаются. Эффект является амплитудно-зависимым, в результате чего искажения проявляются по-разному при разных уровнях сигнала.

Вэйвшейперы главным образом используются в электронной музыке, для достижения резких, "режущих" звуков, но также они способны создавать незаметные "утепляющие" искажения. Этот эффект наиболее часто используется для изменения синтезированных звуков, изменяя их формы волн. Вэйвшейпер также может использоваться для получения тяжелых искажений гитары или баса.

При цифровом моделировании аналогового оборудования, такого как ламповые усилители, вэйвшейпер используется для создания статических или нелинейных искажений, приближенных к передаточной характеристике вакуумных ламп или диодных лимитеров.


Ну и напоследок небольшой пример, здесь:
1. Чистый звук
2. Овердрайв
3. Дисторшн
4. Биткрашер




Предыдущие статьи из серии "Как это работает":



Tags: frank, techtask
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 8 comments