什么是声音的失真
失真类型简介
为什么国外专业的乐手基本上都爱用音箱自带的失真？为什么没有厂商干脆把音箱里自带的失真做成一个单独的效果器？为什么电子管音箱比同样瓦数的固态电路的音箱的音量大很多？如果这些问题你已经知道答案，那么就不用看下面的内容了。
1． 什么是失真
广义地说，当输出信号与输入信号形状不一样，就是失真了。但我们常说的音乐里用作吉他效果的那种失真，主要是下面的意思：首先要明确，任何周期性的信号都可以分解成一系列不同频率的正弦波的叠加，因此以下为了简明起见，除非特别声明，我们都只讨论单独一个频率的正弦波。这时候，如果输出信号本应是正弦波，但通过某种器件和机理限制它的幅度，使得它原本光滑的弧状波峰和波谷被削成了一个平台，那么就形成了我们听到的那种失真。不同的器件和机理削出来的波，其平台的形状并不完全相同，因此就有了我们听到的不同失真类型。
2． 失真的起源
最早的失真来自于后级放大。一个完整的电吉他扩音系统包括：（电吉他——>）前级功率放大——>后级功率放大——>喇叭。在60年代摇滚萌芽的时期，前后级都是电子管的。那时前级主要的作用只是把音色进行一定的修饰，基本上没有失真。而后级随着摇滚乐手不断地要求音量（正比于正弦波的幅度的平方）加大，终于有一天，输出正弦波应有的峰值超出了后级电路原先设计时允许的最大范围，于是波峰/波谷被迫被削平，失真由此诞生！这种纯粹因为音量过大而产生的后级失真常称为自然失真。The Rolling Stones的音色就是早期使用这种失真的典型例子。当年流传至今的许多经典音箱，象Fender Tweed、Deluxe Reverb、Vox AC30、Marshall Plexi等的失真都是这种。因此也就不难理解为什么它们的失真度都不大。因为音量太大的话，不是音箱烧掉就是把人震死了。现代的几乎所有纯电子管音箱（如Marshall JCM800/900/2000、Mesa/Boogie Rectifier）即使前级带失真，也还是很大程度上用到后级失真的。所以它们都是音量开得越大，失真度就越大。
3． Booster与前级失真
除了加大后级音量外，显然如果加大前级通进后级的信号音量，一样会造成后级失真。Richie Blackmore和他的同辈们就开始想到把吉他先接进电子管录音机的麦克风接口，再把其音频输出口接到吉他音箱上，从而可以利用录音机的麦克风放大电路对吉他的音量作一个推动（boost）。这样的设备就是现在被称为Volume Booster的原型。后来出现的不少单块效果器，象Ibanez Tube Screamer、Proco Rat、MXR Microamp、DOD 250都是Booster的代表作。所以它们如果用在普通的没有电子管的音箱上，其自身的失真其实只是表现平平。只有把它们上面的失真度减小，音量加大，接到电子管箱上，才能真正显出它们的魅力所在。
但Booster并不能改变失真的基本味道，而且对失真度的提高也不是非常巨大。人们很快就注意到，如果改变Booster电路里的部分参数，使得它的输出信号也发生波峰波谷的失真，就很容易得到失真度大得多、而且与后级失真不同味道的效果。这就是前级失真。由此，金属乐的出现才有了设备上的可能。但毕竟前级失真与后级失真的味道是不同的。而后级输出是高达15-100W甚至更高的强信号，只能直接推喇叭，不附加笨重复杂的衰减设备的话是不能再作为输入信号插到另一个音箱的前级上的。所以现在的所有单块失真效果器和绝大多数机架式效果器（机架式音箱头除外，因为它本质上就是前后级合并了的功放）都仅仅是前级失真，音色当然取代不了前后级都有失真的整套纯电子管音箱系统了。
通常我们提到纯电子管音箱，指的是前后级都用电子管做放大的音箱。现在有一些音箱，如MARSHALL VALVESTATE系列中65W以上的产品、MODE FOUR、LANEY的TF系列等，只是前级有电子管，后级一条管也没有，所以它们也是仅仅有前级失真，与纯电子管箱的音色还是有着很大差距。这是因为后级是纯固态电路的音箱基本上都没有后级失真。其根源是这些电路及其器件本来就是为了没有失真的信号放大而设计的。一旦电路工作在有失真的状态，往往就处在器件濒临烧坏的边缘。而音箱所标的输出功率，按照工业惯例指的是输出信号无失真时音箱所能达到的最大功率。对于电子管音箱，通常设计成音量开到一半左右时后级开始失真。此后音量继续开大的话，音箱还能工作。而且对于摇滚吉他手来说，这时候音色才开始好听。但对于纯固态电路音箱，显然必须设计成音量开到头都不会把自己烧掉。而不烧掉也就意味着后级无失真，所以纯固态电路音箱在音量开到头时才达到它所标示的功率。这下我们就不难明白，为什么电子管音箱在音量开到中间时就基本上有同样功率的纯固态电路音箱音量开到头时那么响了。
4． 电子管失真与固态电路失真
虽然失真简单地说就是把正弦波的峰/谷削平，但由于具体电路总不是理想地按照简化了的理论模型来工作，所以真实的波型削得总是不那么地道。电子管由于里面的工作必须靠电子在电极之间飞来飞去而实现，电子飞得再快，在那么粗大的管子里飞，也是要花时间的。所以电子管对输入信号的反应总是比较缓慢，显得有点延迟，而且变化也不会太剧烈。表现在波形上，就是在原正弦波与被削出的平台的衔接处，变化总是比较圆滑的。耳朵对此的反应就是音色柔和、温暖。而固态电路就会把波形切得很有棱角，所以听起来动态更猛、音头也更清晰，但听久了就会觉得刺耳和单薄。
虽然目前世界上对音色的主流***识都是觉得电子管失真听着舒服，但在真正的纯电子管电路里，电子管需要工作在几百伏的高电压下。所以只有笨重的机架式前级（如ADA 、Mesa/Boogie、Engl等的电子管前级）才能实现电子管失真，而用电池或9V变压器驱动的单块只能依赖固态电子器件（通常是二极管）来削波了。至于以Tech21为首的一些著名的音箱摸拟器（Sansamp GT-2，以及机架式的PSA-1等），则是以固态电路模拟电子管的信号响应曲线。因此它的音头一定程度上还是能比传统的固态电路失真柔和圆润一点。但毕竟以现有技术，还远不足以以假乱真。
近年来，又逐渐出现一种新的技术，就是用固态电路产生失真，但用在低压下运行的电子管作补偿。这种产品可以在9-15V的低电压甚至是电池推动下运作，而且既有固态电路那么大的失真度，又确实有一定程度的管味。从Rocktron早年的众多有电子管的机架式前级到现在的Silver Dragon单块、Ibanez的Tube King系列，Guyatone的Flip系列、Vox的Cooltron系列，都属于这种类型。它还有一大好处，就是低压运行下的电子管不会象真电子管失真里的管那么短命。高压下的管能用一两年就了不得了，而这些效果器里的管甚至可以一辈子不换。而且就象纯电子管音箱那样要“煲”半个钟头左右音色才好一样，这些效果器的声也是越“煲”越好，不过它们“煲”的时间也象其寿命一样，被放大到数以年计。基于这些优点，也有厂商推出了用前级电子管给固态后级电路作补偿的产品，如ADA的MICROTUBE后级、VOX的VALVETRONIC系列音箱。当然，一个信号最终的质量，取决于电路中最弱的一环。只要失真还是由固态器件产生的，电子管再怎么补还是不能全补回来。
5． 数码失真
数码技术的出现使得我们原则上可以把正弦波切成任意想要的形状。但为什么现在人们普遍还都觉得数码失真模仿电子管失真的结果还不如普通固态模拟（这里的“模拟”对应于英文ANALOG，是相对“数码”而言，而没有“模仿”的意思）电路失真呢？这时我们就要回顾一下本文开头时提到的波的分解。由于任何周期性的信号都可以分解成一系列不同频率的正弦波的叠加，所以上面的讨论都为了便于说明问题，只讨论单一频率的正弦波的失真。但其实我们最终听到的声音，还只能是各种频率的波合成到一起的总效果。对于电子管和固态模拟电路，这种分解与合成只是数学上的，没有什么实质性的后果。但数字电路有个永远的极限，就是不能处理连续的东西。声波本是连续的（因此称为模拟信号），但数字电路必须先把它切成一片一片的，转换成数字（这一过程就是常说的模-数转换），进行运算后再反过来合成一整体（数-模转换）播出来。显然，每秒种内切的片数越多，就越接近原信号的真实连续分布，这就是“采样率”所描述的。但无论数码技术如何发展，只要它是数码的，采样率就必然是一个有限的值。反映在波的分解上，就等效于只能保留输入信号中某些特定频率的分量，而不是任何频率都有。这样即使每一个分量的正弦波都是按照模拟电路或电子管电路削出来的形状那样削成平台，在最后叠加成输出信号的时候，由于缺少了一些频率的分量，合成的结果等效于在平台的开始和结尾处多出很多起伏迅速的“毛刺”。更何况在削波的时候，数字电路也只能机械地把波的幅度转换为不连续分布的数字进行处理。由此导致合成出来的“毛刺”就更严重了。因此听在我们耳朵里，久而久之自然而然就会有扎扎乎乎、令人烦躁的感觉。
不过值得庆幸的是，一种失真音色听起来到底舒服不舒服，主要还是取决于产生失真的器件是什么，而有无经过数字电路其它处理则不是太重要。因此虽说数码的延时或其它周边效果并不是完全对音色无负面影响，但只要失真不是数码的，一般听起来也不会太难受。所以目前一套专业的吉他扩音系统，通常前后级都选用纯管的，加上电子管的混响，效果回路两端最好也有电子管补偿。至于回路中间的延时和其它希奇古怪的效果是不是数码的，就大可睁一只耳朵闭一只耳朵了