作者簡介

本文是第二屆電力電子科普征文大賽的獲獎作品，來自上海科技大學李晨曦的投稿。

如果你是一位音樂愛好者，當你戴上耳機，聆聽著美妙的音樂時，吉他那多變的音色一定能夠吸引你的注意。它時而清脆明亮，仿佛陽光燦爛；時而沉穩厚重，帶著歲月的厚重感；時而又尖銳狂放，如同沖破束縛的熱情。

而這些獨特的音色，如今大多數都是由數字芯片經特定算法采樣處理所生成的。為什么音樂人們要用數字芯片去生成這些音色呢？這些音色的源頭又是什么呢？讓我們把時鐘向回撥，回到搖滾樂最為興盛的上世紀六七十年代。那個時候，人們只是簡單的把幾種晶體管組合在一起，卻創造出了無限可能。

01 缺陷創造的美

電吉他的發聲原理非常簡單，當吉他的金屬弦振動時，會在磁場拾音器附近產生變化的磁場。這個變化的磁場會影響到磁性材料，導致其產生微小的電流。這個電流通過線圈，產生的變化電磁場會感應出電信號。這個電信號經過放大和處理后，就能夠輸出為聲音。在沒有晶體管的年代，這個電信號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備，它的工作原理十分簡單。電子管內部有一個稱為陰極的熱發射器件，通常由一根被加熱的金屬絲或者涂有發射材料的表面組成。當陰極受到加熱時，它釋放出電子。當陰極釋放出的電子進入到電子管的空間時，它們受到陽極的吸引，從而形成了電子流。在電子管的結構中通常還包括一個控制柵，它位于陰極和陽極之間。當控制柵上施加不同的電壓時，會影響到電子流的密度，從而控制電子流的強弱。

（a）

（b）

圖1. (a) 6L6電子管; (b) 電子管結構圖

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出的聲音都具有不同程度的失真。當輸入信號較大時，電子管會飽和并且輸出信號的增益將不再隨輸入信號的增大而線性增加。

圖3. 電子管的非線性特性

那時，手頭不夠寬裕的樂隊，因為沒有錢買音量足夠大的音響，只能在演出時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超過了其飽和值，于是正弦輸出信號的兩端被削平，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，被廣泛運用于各種音樂形式中，逐漸成為了電吉他的標志性音色。

“電子管的‘缺陷’意外成就了搖滾樂的標志性音色，而隨著半導體技術的發展，更便攜的失真類效果器將如何延續這場聲音革命？敬請期待下節《失真類效果器》。