Дисторшн

Дисторшн (англ. distortion) — звуковой эффект, достигаемый искажением сигнала путём его «жёсткого» ограничения по амплитуде, или соответствующее устройство, наиболее часто применяющееся в музыкальных жанрах хард-рок, метал и панк-рок в совокупности с электрогитарой. Иногда этим термином обозначают группу однотипных звуковых эффектов (овердрайв, фузз, tube screamer и прочие), реализующих нелинейное искажение сигнала. Их также называют эффектами «перегруза», а соответствующие устройства — «исказителями».

Помимо электрогитары эффект применяют и с другими инструментами, например для обработки звучания бас-гитары. В этом случае существуют специальные басовые «исказители», потому что обычные «исказители», как правило, портят басовый звук. Альтернативный вариант обработки бас-гитары заключается в использовании обычного «исказителя» и смешении чистого и обработанного сигналов в пропорции 50/50. «Исказители» применяют также для обработки вокала и смычковых инструментов.

Эффект дисторшн, как компонент, присутствует в синтезаторах, эффект-процессорах и компьютерных программах для обработки звука.

Принцип действия

«Перегруз» усилителей

Файл:Distortion.png

Получение эффекта дисторшн

По своей сути эффект является подобием клиппинга. В основе эффекта лежит свойство как ламповых, так и транзисторных усилителей уравнивать по амплитуде выдаваемый сигнал, если тот близок к максимально возможному для конкретного усилителя. От простого клипинга перегруз (оссобенно лампового многокаскадного усилителя) отличется тем, что выходной сигнал имеет сложную зависимость спектральных компонент от амплитуды и спектрального состава входного сигнала в отличие от элементанного ограничителя.

Передаточная характеристика любого усилителя показывает изменение выходного сигнала с изменением входного. Как правило, слабый входной сигнал усиливается без искажений (либо искажения составляют очень малую долю). Однако, если увеличить амплитуду входного сигнала, то, вследствие «перегруза» усилителя, на выходе можно получить нелинейные искажения. Искажения эти называются нелинейными, так как порождены нелинейными участками передаточной характеристики усилителя. Обычно, ручка «Gain» уменьшает входное сопротивление усилителя, тем самым увеличивая амплитуду входного сигнала. Таким образом, если на вход усилителя подать сигнал синусоидальной формы, то на выходе можно получить её искажённую (близкую к прямоугольной) форму.

Описанным способом можно добиться искажения лишь на больших громкостях. Чтобы получить тихий искажённый сигнал необходимо использовать несколько каскадов усиления, либо применять специальные ограничительные каскады (для эмуляции «перегруза»).

Как правило, конструкция усилителя включает предусилитель («преамп») и усилитель мощности («мощник» или «оконечник»). В связи с этим «перегруз» можно осуществить в двух вариантах: по предусилителю или по усилителю мощности.

Существует большое разнообразие как аналоговых, так и цифровых схем, эмулирующих различные варианты «перегруза» усилителей. Кроме того, некоторые схемы эмулируют даже характерное звучание наиболее известных производителей усилителей.

Аналоговая эмуляция «перегруза»

Структурная схема любого «исказителя» включает следующие элементы: первичный усилитель, ограничительный каскад и цепь вторичной обработки сигнала. Первичный усилитель усиливает входной сигнал до 2-5 В. Коэффициент усиления обычно регулируется. В зависимости от модели «исказителя», первичный усилитель может включать (или не 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 представляет собой встречно-параллельное включение кремниевых диодов между землёй и выходом первичного усилителя. Такое включение диодной пары даёт «жёсткое» ограничение по амплитуде, то есть оригинальный эффект дисторшн. Для получения «мягкого» ограничения по амплитуде или эффекта овердрайв, необходимо диодную пару включить в обратную связь первичного усилителя. Возможно также применение нескольких ограничительных каскадов.

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. С помощью вторичной обработки сигнала можно значительно украсить сигнал, либо избавиться от «грязи» в звучании.

Цифровая эмуляция «перегруза»

Первые попытки реализации дисторшн в полностью цифровом виде предпринимались еще в 90х годах прошлого века. Например первый росссийский простейший программный дисторшн GuitarFX (http://GuitarFX.Net) имеет дату первого релиза 1997г и работал под Windows 3.1 и Windows 95. GuitarFX v1.0 работал в реальном времени, имел програмный ФВЧ, оригинальный днамический эмулятор дисторшн сложного, не клипового типа (навеянного аналоговыми патентами Fender), 8 полосный эквалайзер на БПФ и ФНЧ симулятор динамика. Все алгоритмы были реализованы в 16 битной оптимизированной целочисленной арифметике, работали на частоте дискретизации 22кГц на процессоре Intel 486 и лучше. В тоже время аппаратно-программные дисторшны Korg Pandora, Zoom, Line 6 и др. получили значительную популярность на рынках Америки и Европы. Прямое исследование ЦОС алгоритмов процессора Digitech 2000 выпуска 2000г показало что уже в этом относительно старом устройстве не используется цифровое клипирование. При подаче на вход этого устройства синусоидального сигнала на выходе получался сложный сигнал со сложным спектральным составом как с четными так и нечетными гармониками и изменяющийся в зависимости от частоты и амплтуды входного сигнала. Подробный отчет об этом исследованиеми с иллюстрациями АЧХ на сайте http://affector.com В целом первое поколение коммерчески успешных гитарных процессоров делало акцент на точное моделирование статических АЧХ и АХ симулируемых ламповых усилителей и аналоговых педалей. Звук получался похожим, но без динамики, "напора" и драйва. По одной из гипотез это объяснялось 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 ассиметрии их характеристик относительно рабочих точек, а также из-за других малоизученных неинейных параметрических эффектов. Промежуточное поколение гитарных процессоров использовало для получния качественного дисторшна и перегруза реальные миниатюрные лампы и транзторно-диодные схемы. Однако понятно было, что это недешевый компромисс и цифра свое возьмет. Второе поколение гитарных процессоров на основе более мощных процессоров (даже с плавающей точкой) если судить по текстам рекламы в гитарных журналах приступило к прямому цифровому моделированию всех нелинейных и др. элементов электрических схем отвечающих за «перегруз». Дисторшн и перегруз гитарных процессоров зазвучал весьма натурально, зачастую лучше дешевых аналоговых комбиков. Оссобенно поражал по-началу первенец данной технологии Line 6 своим тяжелым лампово-маршеловым рычанием и натуральным ламповым теплым scream. В настоящее время цифровая эмуляция «перегруза» осуществляется с помощью специальных программ обработки сигналов. Эти программы реализуют проприетарные алгоритмы моделирование реальных аналоговых дисторшнов и ламповых усилителей. Часто существуют несколько версий одной и той же программы (алгоритма) под разные аппаратно-программные комплексы, компьютеры с разными операционными системами (ПС, КПК, Apple, iPhone и тд, ОС Windows, Windows Mobile, Windows Embeded, Linux и др. проприетарные). Програмные реализации например у фирмы Line 6 существуют ввиде отдельных программ, плагинов DX или VST и реализаций кодов под спец. процессоры, используемые для загрузки в устройства производства той же Line 6 (гитарные процессоры). Анализ рекламных публикаций журнала Guitar World за несколько последних лет показывает две тенденции. С одной стороны появляется много фирм которые не имеют своей аппаратно-програмной платформы и реализуют цифровые дисторшн и перегруз как часть программ и плагинов для создания гитарного звука прямо на компьютере без аналоговых ламповых усилителей, комбиков, микрофонов, директ боксов и тд. С другой стороны сами программы по внешнему виду становяться похожи (часто прямые фото или высокохудожественные картинки) на ламповые усилители и старые педали, превращая в какой-то мере компьютер не только в звуковую иммитацию лампового усилителя но визуальную. Таким образом происходит взаимное превращение компьютера в гитарный процессор и гитарного процессора в полноценный компьютер. Последние несколько лет появилась одна очень интересная, но мало замеченная тенденция. Известные производители процессоров (не Intel и не AMD, а например Analog Devices http://analog.com ) выпускают недорогие платы с мощными процессорами пригодными для ЦОС и с высококачетвенными АЦП-ЦАП, ОЗУ, ПЗУ, дебагером и С/ассемблером. Это фактически готовые гитарные процессоры без софта (Kit) для самостоятельной разработки или загрузки из интернет. С другой стороны ожидается открытие аппаратуры и проприетарной ОС для сторонних разрабочиков ЦОС алгоритмов некоторыми крупными игроками рынка гитарных процессоров, что окончательно превратит гитраные процессоры в обычные компьютеры, которые сможет запрограммировать любой желающий на любой самый безумный алгоритм перегруза (это аналогично инициативе http://google.com Android).

Характеристики звучания

Частотные характеристики

В спектре искажённого сигнала возникает большое количество гармоник. Каждая гармоника представляет собой синусоидальное колебание, с частотой большей и кратной частоте основного тона. Гармоники более высоких порядков находятся уже вне звукового диапазона и имеют малую амплитуду колебаний, поэтому ими можно пренебречь. В соответствии с кратностью, гармоники подразделяют на чётные и нечётные. Чётные гармоники консонируют друг с другом и с основным тоном, тем самым придавая тембру инструмента объём и глубину. Частота, например, третьей гармоники выше частоты основного тона в три раза и соответствует ноте, лежащей от основного тона на расстоянии квинты через октаву. В принципе эту гармонику можно назвать консонирующей основному тону, однако при игре нескольких нот одновременно, она может диссонировать с другим основным тоном и его гармониками. Таким образом, нечётные гармоники более высоких порядков менее музыкальны и создают в звучании «грязь».

Спектр сигнала транзисторных «исказителей» богат именно нечетными гармониками, а музыканты характеризуют подобные устройства неблагозвучным «транзисторным» звучанием. Иной эффект наблюдается у «исказителей» на радиолампах. В спектре их сигнала содержится небольшое количество гармоник (доминируют вторая, третья и четвертая), из-за чего наблюдется более «мягкий» звук, или как его часто называют — «ламповый».

Низкие ноты звучат «перегруженнее» высоких. Помимо того факта, что чем толще струна, тем интенсивнее от нее сигнал, и соответственно он больше подвержен искажению играет роль и высота тона. У высоких звуков гармоники будут все сильнее уходить за пределы слышимости, в то время как у низких они находятся в пределах диапазона гитары. Стоит также иметь ввиду, что колебания струн не являются чистыми тонами (разве что натуральные флажолеты максимально к ним приближены) и сами по себе богаты гармониками. То есть искажению подвергается сложный сигнал и его гармоники порождают свои дополнительные гармоники. Очевидно, что у звуков, порождаемых толстыми струнами различимых гармоник больше, и соответственно больше порождаемых ими вторичных гармоник.

Также существует такое явление, как интермодуляция. Две одновременно звучащие ноты при искажении порождают еще один звук, определяемый разностью их частот. В случае двух нот этот звук находится в гармонии с двумя основными, но три ноты образуют три пары нот и порождают три вторичных звука, вносящих диссонанс.

Временные характеристики

Длительность звучания искажённого сигнала можно разбить на несколько характерных частей. Начало сигнала называется атакой. Атака характеризуется определённым уровнем и частотным спектром сигнала. Так, у дисторшна атака фактически не выделяется (по уровню сигнала), в отличие от овердрайва, обладающего высоким уровнем атаки. Частотный спектр дисторшна ровный, атака несколько богаче высокими гармониками по сравнению с фазой сустейна. Сустейн — тянущаяся часть звука. Дисторшн имеет длинный сустейн, часто переходящий в самовозбуждение. Конец сигнала следующего после сустейна называют затуханием. После затухания сигнала можно услышать уровень собственных шумов эффекта, гитары и кабеля, или сработает гейт. Уровень собственных шумов эффекта дисторшн, как правило, высок, из-за его высокой чувствительности.

Самовозбуждение сигнала

Вместо затухания сигнала может начаться процесс самовозбуждения, который возникает вследствие электромагнитной, акустической или «полуакустической» обратной связи. В первом случае наведенные электромагнитные поля (от громкоговорителей или любого другого оборудования) улавливаются звуковыми датчиками музыкальных инструментов (в случае электрогитары — это звукосниматели), сигнал от датчиков вновь поступает на громкоговорители, которые вновь излучают электромагнитные сигналы, и процесс повторяется. Частота сигнала самовозбуждения в этом случае не зависит от сыгранной ноты.

Акустическая обратная связь возникает при распространении звуковых колебаний в воздушной среде. Колебания воздушной среды воздействуют на музыкальные инструменты (в случае электрогитары — колебания воспринимают в основном струны), что улавливается звуковыми датчиками, и воспроизводится громкоговорителями. Таким образом происходит самовозбуждение сигнала, частота которого зависит от сыгранной ноты на инструменте. Если колебания воспринимаются корпусом (декой) инструмента, то обратная связь называется «полуакустической».

Акустическая обратная связь используется как прием гитарной игры, так как ею сравнительно легко управлять, и она имеет интересный тембр.

История

Шаблон:Sect-stub Ранние модели гитарных усилителей были примитивными и низкокачественными, соответственно они обладали врождённым искажением сигнала. К тому же звукосниматели гитар выдавали слабый и некачественный сигнал. Полые полуакустические гитары добавляли в звучание нежелательную обратную связь, которая чрезмерно усиливала басовые частоты. В начале 50-х получили распространение цельнокорпусные электрогитары, которые не страдали так сильно от обратной связи, как их предшественники, следовательно могли звучать громче. Ранние примеры дисторшн-звучания часто были результатами плохого усиления сигнала.

год	песня	исполнитель	комментарий
1951	«Rocket 88»	Kings of Rhythm	Гитарист Willie Kizart из группы Kings of Rhythm использовал усилитель, который был поврежден в пути, однако продюсеру Сэму Филлипсу понравилось звучание, и таким образом была сделана одна из самых ранних записей искажённой гитары. Роберт Пальмер написал, что усилитель «упал с крыши автомобиля», и приписал эту информацию Сэму Филлипсу. Однако лидер группы Айк Тёрнер заявил в своём интервью, что усилитель не падал, так как он был в багажнике, а причиной его «плохой» работы, возможно, были дожди, намочившие усилитель.
1951-1952	Howlin' Wolf's Memphis recordings	гитарист Willie Johnson	На записях Howlin' Wolf 1951-1952гг. отмечается преднамеренное использование искажения сигнала гитаристом Willie Johnson, что создавало угрожающий звук, дополняющий вокал Howlin' Wolf.
1955	«Maybellene»	Чак Берри	В самом начале своей карьеры Чак Берри мог позволить себе лишь небольшой ламповый усилитель, обладающий большими нелинейными искажениями. В результате на его первом сингле «Maybellene» можно услышать тёплый ламповый овердрайв. На более поздних записях его саунд стал намного чище.
1956	«The Train Kept A-Rollin'»	Johnny Burnette and the Rock and Roll Trio	Во время выступления Johnny Burnette and the Rock and Roll Trio возникли неполадки с ламповым усилителем, позже в прессе появилось сообщение о сумасшедшем новом звуке. В результате при записи «The Train Kept A-Rollin'» Burnette использовал тот же самый звук в студии в 1956.
1958	«Rumble»	Линк Рей	.
1964	«You Really Got Me»	The Kinks	Одна из ранних записей с использованием намеренного искажения была сделана групой The Kinks. Гитариста группы очень сильно огорчало звучание его усилителя. Он сделал надрезы на громкоговорителе с помощью лезвия, получив таким образом искажение звучания своей гитары.

Влияние

Шаблон:Sect-stub Эффект дисторшн оказал большое влияние на современную технику игры на электрогитаре, сделав необходимым изучение таких приемов как palm muting (приглушение ладонью) и позволил року, исполнявшемуся в 1960-х годах, дать жизнь множеству разновидностей современного тяжелого метала.

Устройства и программы

Boss DS-1 Distortion

Гитарные «исказители» могут быть выполнены в виде:

• педали эффектов
  • Pro Co Rat
  • Boss DS-1 Distortion
  • Marshall Guv’nor
  • Line 6 Dr. Distorto
  • T-Rex Engineering’s Bloody Mary
  • DigiTech Screamin' Blues
  • Danelectro FAB Distortion
• рэкового прибора
• как компонент напольного или рэкового цифрового процессора
• как компонент гитарного усилителя

«Исказители» также применяются

• в синтезаторах и сэмплерах
• в компьютерах в виде программных модулей plug-in

Смотри также

• Звук
• Клиппинг
• Педаль эффектов