电吉他效果器音频处理（1）——失真效果器、超载效果器、移相效果器、弗兰格效果器

由于最近一个月在实习，所以机器学习方面的文章系列最近暂停了一段时间，实习过后该系列会恢复更新（其实是由于笔者太懒了Orz）。

实习完过后笔者晚上回去没事就捣鼓捣鼓电吉他，最近没事就在研究电吉他效果器的调音，然后对效果器的处理原理产生了浓厚的兴趣，所以想着能不能靠代码重建一下各个调音的模块，说不定还能写出自己不同的音频处理的模块，于是这个不务正业系列便提上了日程（笑）。

首先推荐一下笔者对于调音模块原理的参考资料**《小林克己摇滚吉他教室世纪新版（中篇）》**，这个系列可以说学习过电吉他的读者都知道，简单易懂不复杂，丰富而又不显得晦涩偏门，十分适合入门的电吉他初学者。

然后我们简单介绍一下效果器。效果器，顾名思义，就是对乐音进行效果处理的仪器。除了电吉他之外，很多其他的乐器，甚至声乐，都使用了效果器。现在大家能够听到的音乐，几乎没有不做加工的。可以说在音乐的构成中，效果器有着举足轻重的作用。

另外需要说明的是，笔者模拟的音频只是简单的最核心的处理，而实际模块的调音会有更加优化丰富的变化，甚至不同厂家也会有不同厂家模块的优点和缺点，所以如果读者想写出像GuitarRig这样的软件的话还需要查找更加详细的资料，同时也要对声卡的底层有所了解。

老规矩，由于笔者水平有限，如果文中有任何不妥或者错误的地方，欢迎批评指出~

第一篇笔者介绍四个效果器模块：失真效果器、超载效果器、移相效果器、弗兰格效果器。

以下关于模块的图片均摘自百度图片，特此声明。

为了方便大家做简单的实验，这里给出最简单的matlab代码，音频的实时录入等我就没放上来了。这里就用最基础的高音C来做实验吧。首先高音C的振动频率约为520Hz。

 %原音
Fs = 44100;%采样频率
T = 4; %时间长度
n = Fs*T; %采样点数
f = 520; %声音频率 高音1=C
y = sin(2*pi*f*T*linspace(0,1,n+1)); %原音
sound(y,Fs);

失真效果器

失真效果器（Distortion），作为摇滚乐中最广为人知的效果器，重要性不言而喻。几乎可以这样说，所有的摇滚乐都会用到失真效果器（可能这个说法有些不妥，但就笔者知道的摇滚乐、金属乐等等，还没有不使用失真效果器的）。这里给一张图出来

在有些时候，吉他手能通过大型音箱来制造出一种功率大而又富有感染力的失真音色，这时候就不需要用到失真效果器了。但当你想得到一种清晰，不是真的原音差别较大的声音，这时，使用失真效果器来制造失真音色就是最明智的选择。

失真效果器的构造原理，就是认为地将输入的声音信号变歪曲。意思是说，把本应该在音箱里失真的声音，在进入音箱前就用效果器把它变成电子化的了。我们通过下图来理解失真效果器对音频波形的影响。

可以发现，其实对一个波形进行失真处理的最简单的方式就是截波，而截波的阈值的大小控制了失真的程度。

%失真效果器
distortion_threshold = 0.7; %失真阈值的设定
distortion_y = zeros(n,1);
for i=1:n+1if y(i)>=distortion_thresholddistortion_y(i) = distortion_threshold;elseif y(i)<=-distortion_thresholddistortion_y(i) = -distortion_threshold; elsedistortion_y(i) = y(i);end
end
sound(distortion_y,Fs);

超载效果器

超载效果器（Over drive），先给一张效果器的图(右半边为失真效果器，左半边为超载效果器)。

其实按照道理来讲，超载效果器也算是属于失真类的效果器，但区别便在于超载效果器能够制造轻微的失真效果，以为它与失真效果器在失真度上有着截然不同的差别。下面我们给出经过超载模块后得到的正弦波变化图

可以看见，失真的部分并不像失真效果器一样直接截掉，而是有着一点平滑的变化。

失真效果器的音色倾向于重摇滚之类的狂野失真，而超载效果器则倾向于细腻而华丽的失真。

 %超载失真效果器overdrive_threshold = 0.7;overdrive_y = zeros(n,1);for i=1:n+1if y(i)>=overdrive_thresholdoverdrive_y(i) = overdrive_threshold+0.3*(abs(y(i))-overdrive_threshold);elseif y(i)<=-overdrive_thresholdoverdrive_y(i) = -overdrive_threshold-0.3*(abs(y(i))-overdrive_threshold);elseoverdrive_y(i) = y(i);endendsound(overdrive_y,Fs);

读者可以与失真效果器对比最后的声音，便能发现其中的不同。

##移相效果器##

移相效果器（Phaser），先给图。

移相效果器也被称作shifer效果器，通过将原音与相对原音来说已经产生了相位变化的另一种声音混合在一起，就得到了一种深度感和回旋感。这个效果器的目的就是通过电子手段在扬声器里产生一种回旋的效果。

%移相效果器
delta_phase = pi/4;
delta_y = sin(2*pi*f*T*linspace(0,1,n+1)+delta_phase);
phaser_y = delta_y+y;
sound(phaser_y,Fs);

弗兰格效果器

弗兰格效果器（Flanger），先贴图。

弗兰格效果器与合唱效果器一样，都是制造一种比原音略微延迟的声音，然后是这个声音的音调产生上下波动，由此制造出一种复音感。

它与合唱效果器最大的不同在于，它的延迟时间分成短，但是音调波动又特别大，所以产生了一种频率周期很长的独特音效。

% 弗兰格效果器
Flanger_sin = 1+0.5*sin(2*pi*linspace(0,1,n+1)*(n+1)/2); %音调波动
delta_phase1 = pi/18;
Flanger_delta_y = sin(2*pi*f*T*Flanger_sin.*linspace(0,1,n+1)+delta_phase1);
Flanger_y = Flanger_delta_y+y; %这个可以不叠加
sound(Flanger_y,Fs);

这篇博文就先介绍到这四种，后面还有十多种效果器慢慢来…

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失真效果器

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