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本文是第二届电力电子科普征文大赛的获奖作品，来自上海科技大学李晨曦的投稿。
如果你是一位音乐爱好者，当你戴上耳机，聆听着美妙的音乐时，吉他那多变的音色一定能够吸引你的注意。它时而清脆明亮，仿佛阳光灿烂；时而沉稳厚重，带着岁月的厚重感；时而又尖锐狂放，如同冲破束缚的热情。
而这些独特的音色，如今大多数都是由数字芯片经特定算法采样处理所生成的。为什么音乐人们要用数字芯片去生成这些音色呢？这些音色的源头又是什么呢？让我们把时钟向回拨，回到摇滚乐最为兴盛的上世纪六七十年代。那个时候，人们只是简单的把几种晶体管组合在一起，却创造出了无限可能。
01 缺陷创造的美
电吉他的发声原理非常简单，当吉他的金属弦振动时，会在磁场拾音器附近产生变化的磁场。这个变化的磁场会影响到磁性材料，导致其产生微小的电流。这个电流通过线圈，产生的变化电磁场会感应出电信号。这个电信号经过放大和处理后，就能够输出为声音。在没有晶体管的年代，这个电信号需要通过电子管放大处理后，才能被人们所听到。
电子管是一种利用真空中的电子流来控制电流的设备，它的工作原理十分简单。电子管内部有一个称为阴极的热发射器件，通常由一根被加热的金属丝或者涂有发射材料的表面组成。当阴极受到加热时，它释放出电子。当阴极释放出的电子进入到电子管的空间时，它们受到阳极的吸引，从而形成了电子流。在电子管的结构中通常还包括一个控制栅，它位于阴极和阳极之间。当控制栅上施加不同的电压时，会影响到电子流的密度，从而控制电子流的强弱。
（a）
（b）
图1. (a) 6L6电子管; (b) 电子管结构图
图2. 电子管放大电路
相较于晶体管，电子管的放大是非线性的，这就使得电子管音箱所发出的声音都具有不同程度的失真。当输入信号较大时，电子管会饱和并且输出信号的增益将不再随输入信号的增大而线性增加。
图3. 电子管的非线性特性
那时，手头不够宽裕的乐队，因为没有钱买音量足够大的音响，只能在演出时拼命的增大电子管音箱的音量，这使得电子管控制栅上的最大电压已经超过了其饱和值，于是正弦输出信号的两端被削平，削波失真的音色便由此诞生。
图4. 不同程度的削波失真
不同于以往的吉他音色，失真音色嘈杂、尖锐、肮脏、破碎，充满了野性与力量感，深受吉他手们的喜爱，被广泛运用于各种音乐形式中，逐渐成为了电吉他的标志性音色。
“电子管的‘缺陷’意外成就了摇滚乐的标志性音色，而随着半导体技术的发展，更便携的失真类效果器将如何延续这场声音革命？敬请期待下节《失真类效果器》。