四种给声音添加谐波来增添色彩的方式

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在这篇文章中，我会介绍四种给单调的声音添加谐波的方式，并学习如何使用distortion失真，saturation饱和，compression压缩，harmonic excitation谐波激励来增添声音的色彩。



Understanding harmonics

想要搞清楚为什么这些效果器能够给声音添加更多的谐波频率，我就首先要学习谐波的基础概念。简单来说: 声音是一种以特定频率震动的波。这个波的最底部/最基础的频率就是基波，在它高频附加的那些频率就是谐波。



Sine wave

最简单的波形就是正弦波，正弦波是一条在正值和负值之间平滑震荡的曲线。



正弦波在频率表示上十分简单，只有一个波峰，所以它听感上非常圆润，极具辨识度。下图中表示的是一个198Hz的正弦波频谱图。



请注意: 在正弦波的频谱图中高频部分发现很多杂乱的波形，它们其实与正弦波无关，只是底噪或者声音系统中产生的杂波。并且这些杂波响度都低于-114dB，与正弦波一起播放时，一般我们不会注意到这些噪音，基本可以忽略它们。



更复杂的波形（正弦波以外的任何波形）都会包含一些附加的频率，并且这些附加的频率与声音的基波息息相关。



这些附加的频率我们统称为谐波，谐波频率都是基波频率的整数倍。所以，100Hz的声音可以具有100Hz、200Hz、300Hz、400Hz频率的谐波。正弦波只有一个谐波，谐波的频率就是正弦波基波x 1，所以正弦波的谐波和它的基波相同，它只有一个基础波形，频谱表现上只有一个波峰。



三个最常见的波形分别是sawtooth锯齿波，square方波和triangle三角波，这些波形的谐波有些以偶数倍递增（偶次谐波），有些以奇数倍递增（奇次谐波），并且这些谐波的振幅也各不相同。



通常来说，人耳更喜欢偶次谐波，因为和偶次谐波相比，奇次谐波听感上更加刺耳不和谐。



Sawtooth wave

锯齿波包含奇次谐波/偶次谐波在内的所有谐波，因为包含了太多的谐波，锯齿波的声音听起来特别粗糙明亮。





Square wave

方波包含所有的奇次谐波，虽然不像锯齿波那样音色亮丽丰富，但是方波仍然富有粗糙质感。







Triangle wave

三角波与方波一样，也包含所有的奇次谐波。但是谐波的振幅远小于基波的振幅，并且随着随着频率的上升，越高频谐波的振幅下降速度也会越来越快。因此，三角波比正弦波更加丰富，但没有方波音色那样明亮。







18世纪的数学家Joseph Fourier傅里叶发现，我们可以用一堆不同频率不同振幅的正弦波组成一个复合波形，也就是说，任何一个波形都是由一堆不同振幅不同频率的正弦波构成的。



基于这个逻辑，如果我们可以把一个正弦波变成类似方波的样子，那么我们就相当于引入了很多高频谐波。我们即将介绍的这几个效果器都或多或少的使用了这个原理。



1
Distortion 失真
几十年来，失真一直是用来增加高频谐波的工具。例如经过失真处理的吉他与原始吉他之间的区别。失真吉他具有更丰富的谐波频率，失真吉他听感上也更加丰富。



无论是使用模拟信号处理还是数字信号处理，大家都是通过让信号振幅超过音频系统的最大记录值来创造失真。因为信号已经超过峰值，系统已经无法准确记录这些峰值信号，所以只能记录最接近音频系统记录极限的信号。这些无法被记录的峰值信号对于音频记录系统来说等于不存在。



这种失真的方式我们叫它硬削波，信号在到达音频系统记录极限之前不受任何影响，当达到记录极限的时候，它会被记录成一条直线，当信号响度回落到音频系统记录极限之内的时候，信号再次被正确记录。



请注意，当正弦波的波峰被削掉的时候，它会变得越来越像方波，而且面我们讲过，方波包含更多的高频奇次谐波，所以削波失真会带来比较刺耳粗糙的声音。音频信号的这种“方波化”会使原始信号产生部分高频谐波。



削波失真可以获得更有力量的声音，但是它也会破坏声音的完整性。如果谐波添加过多，原始信号的音频信息就会越来越少，声音会变得杂乱不堪，模糊不清。



添加过多的硬削波失真，就能产生更多比较激进的声音，给声音添加沙砾感。下列这些是经过Trash2处理过的贝斯，电钢琴和人声。

现在，我们对干声添加剧烈的失真效果



大失真贝斯




大失真电钢琴





大失真人声

大失真处理效果

略微减少失真量，或者打开电子管失真模式，就可以产生较为温暖的失真效果，它巧妙地添加高频谐波来获得频率更密集更有包裹感的声音。下面这些声音同上面的干声一样，但是我使用了比较少的失真量。




轻微失真的贝斯



轻微失真的电钢琴


轻微失真的人声

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Saturation 饱和
Saturation饱和处理的声音特性和处理模式与失真非常相似，但是它们也略有区别，现在音乐制作中常见的饱和效果通常是指模拟录制环境中的磁带饱和效应。与失真类似，当信号的振幅超过可以记录的极限时，就会产生磁带饱和效应。


虽然超过可记录极限的波形会被削波，但是磁带的削波不会像数字信号系统中那么强烈。相反，会出现一些轻微，类似压缩的效果。



我们把这种情况叫做软削波，因为音频信号的峰值在接近系统记录极限的时候有一个平滑的过度，而不是像硬削波一样被完全斩断。



相比于失真，人们更倾向于饱和效果。它可以在不破坏原始音频特点的情况下增添声音的力量，还能略微增加一些失真带来的温暖感。



由于饱和不会带来失真那种过于刺耳的高频提升，因此非常适合那种低频声部比较多的素材，饱和不但可以对单个声音使用，还能对编组音轨使用，略微给声音带来粘合度。



这次我们选用Trash2中的另外一个处理模式-“ Tape Saturation”，感受一下失真和饱和在处理方式上的差异：




略微失真的贝斯



略微失真的电钢琴





略微失真的人声



3
Hard compression 压缩
你可能已经发现，失真和饱和都在压缩超过处理阈值的信号。这个处理方式我们非常熟悉，因为它就是压缩的基本功能。那么，既然失真和饱和都能产生或者增加高频谐波，那么一个常规的压缩效果器也一定会产生类似的效果。


压缩和失真以及饱和的区别在于，压缩的启动时间是需要一定时间的，而失真和饱和根本没有启动时间。因此，正常的使用压缩效果器通常不会出现削波失真。



但是，当一个压缩可以提供足够快的启动时间以及足够大的压缩比，这样子压缩过的信号就有点类似削波失真了。所以，我们可以使用剧烈压缩或者并联剧烈压缩来得到类似失真和饱和的效果。



通常情况下，失真比剧烈压缩带来的高频谐波分布更好效果更激进， 但是，并联的剧烈压缩使用起来更方便，可调性更大，而且还能分别调整处理信号的干湿比。

我再次对上面的三个干声使用了并联剧烈压缩效果：

关于并联处理的详细教程可以移步我们的公众平台“叮咚音频”和各个媒体号，里面有更详尽的解释。



4
Harmonic excitation 谐波
谐波激励与失真和饱和也十分相似，谐波激励也是会在失真过程中增加高频谐波。但是激励器却可以只在特定频段引入谐波。


例如90年代推出的Aphex Aural Exciter，它的原理就是它具有一个高通滤波功能，会将滤波且失真过的信号与原始信号混合后一起输出。




专门使某一个频段失真，然后将失真后的信号与原始信号混合，激励器可以轻松调整谐波失真的频点，这种处理方式是普通EQ无法比拟的。因此，激励器十分适合处理人声，使人声更突出更靓眼。除此之外，也可以用在总线轨道，为混音增添一些空气感。由于激励器会大幅增加高频成分，所以使用要适度哦。



现代的激励器插件，比如强大的Neutron 3 和Ozone 9 ，它们不仅可以只对某一频段进行激励，还可以进行多频段多模激励，非常有用。



下面是我在贝斯，电钢琴上面使用了Ozone 9的激励处理，并且为这些声音的高频部分增添了部分Triode激励色彩。




贝斯-激励




电钢琴-激励



人声-激励




Conclusion

通过这个小短文，大家肯定都学会了丰富谐波的小技巧，其实我们完全可以把文中这些方法用到实际工作中，例如使用效果器为某个音轨，某个分组，甚至整个混音增加高次谐波。根据您选择的不同效果器以及不同的处理方式，可以给音乐带来更饱满，更亮丽，甚至更温暖的质感。或者您也可以对音乐中的某些元素使用轻微的效果处理，使某些元素更突出，更亮眼。



通过失真，饱和，压缩或者激励，我们可以轻松创建更有力量感更有特点的声音，让音乐充满活力，让您的听众发现您音乐中的”小心思”。

三十小雷

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