笔者是一名从事软件研究的科研工作者，同时，也是一个电吉他爱好者（兴趣为主，琴技菜鸟级）。最近，笔者参与了一些软件定义相关的工作，主要探讨了IT、制造、装备、城市、家居等关键领域和日常生活中的软件定义。出于兴趣，简单谈谈软件定义在电吉他这个小众领域中的发展，一来科普一下相关知识，二来换一个新鲜的角度审视软件定义。

电吉他软件效果器

        为了对电吉他软件效果器有个直观的感受，先来看一段小片。

（以上视频引自魔耳乐器在B站的官方账号）

        这个小片展示了国内音乐科技公司“魔耳乐器”开发的一款移动端软件效果器GE Labs。给这些在小众市场中开拓进取、逐渐形成国际影响力的中国科技企业点赞。

软件定义

        软件定义是软件学科以及其他相关学科，在最近几年逐渐形成的一种方法论，它也是信息技术产业正在广泛探索的一种变革。那究竟什么是软件定义？谈谈笔者自己的理解：在抽象层面，软件定义扎根于人机物系统，基于新型数字化装置打造通用化的硬件平台，在软件层通过虚拟化技术模拟事物，管理事物，编程控制、影响事物行为，在不改造硬件的前提下，灵活地实现和扩展系统的功能，面向持续变化的需求，完成多样化的任务。如果你没法理解这些有点空洞和专业的解释，那么看看我们的日常生活，现在，很多手机、汽车、手表等都可以通过OTA在线升级软件，使你获得新的使用体验，这些都是软件定义的具体体现。

        实际上，软件定义电吉他的起步非常早，可以算得上最早探索软件定义的领域之一。早在2004年之前，Native Instruments公司就发布了软件定义电吉他的产品Guitar Rig，艺术家和工程师们一般称之为“软件效果器”。虽然“软件定义电吉他”这种说法很少被他们提及，但毫无疑问，它是软件定义的体现。下面笔者带大家一点点揭开软件定义电吉他的面纱。

电吉他、音箱和效果器

        首先我们来瞧瞧电吉他（electric guitar）。电吉他是一种相对传统的电（electric）乐器，注意，它并不是电子（electronic）乐器，它产生的原始信号是模拟（analog）信号而不是数字（digital）信号，绝大部分电吉他的琴体和琴颈都是实木，其原始音色也是由木头的种类和琴的构造决定的。和原声吉他（acoustic guitar，也就是大家俗称的“木吉他”）不同，它不产生可以直接欣赏的声波，而是产生一些微弱的电信号，这个电信号由琴弦（钢质）振动时，切割拾音器（pickup，包裹磁铁的线圈）的磁感线产生，信号的频率、振幅等参数值和琴弦的振动参数值、拾音器的技术参数值直接相关，原理就是我们中学物理所学的电磁感应。电吉他的原始信号需要转换成声波才能被我们听到，因此，需要通过内置了功率放大电路的电吉他的专用音箱（amplifier）把电信号转换成功率足够的声音信号。

        为了丰富电吉他的声音效果，比如透亮的轻音系音色和躁动的失真系音色，以便演奏不同类型的音乐，如朋克（Punk）、金属（Metal）、爵士（Jazz）、布鲁斯（Blues）、乡村（Country）、流行（Pop）等，人们又发明了“单块效果器”（single pedal）。大多数传统的单块效果器通过各种模拟电路改变电吉他产生的电信号的参数值。每一块效果器负责一种音效的产生，例如过载（Overdrive）、失真（Distortion）、混响（Reverb）。

        单块效果器可以通过串联、并联叠加各个效果。同时，不同效果器厂商的同一类效果器产品的音色调校又各具特色。一场演唱会中，一个职业吉他手通常需要几块甚至十几块效果器进行组合。而在其演奏生涯中，其拥有的效果器可能多达几十块甚至几百块。

软件定义电吉他——数字化

        单块效果器在使用前需要布置和走线，一套组合能够表现的风格局限在一定的范围内，总体价格较高，携带起来也非常不便。为此，人们发明了“综合效果器”（effects processor）。一个综合效果器就能够完成多套单块效果器的功能。综合效果器使用了数字信号处理技术，通过采样将电吉他原始的模拟信号转换为数字信号，再使用数字信号处理芯片（DSP）对音色进行加工，最后再将处理后的数字信号转换回模拟信号输出。综合效果器的出现是软件定义电吉他的开端。需要顺带一提的是，有些新型单块效果器也使用了数字电路。在综合效果器中，信号处理流程的一部分由程序完成，并且这个比重在不断加大。早期的综合效果器的程序是固化在芯片中的，如今的高端综合效果器的程序存储在可读写的存储器中，能够升级更新。综合效果器的使用要灵活方便很多，价格也相对低廉，但是其所产出的音色在听感上不如单块效果器，不过随着技术的发展，这个差距正在缩小。

软件定义电吉他——虚拟化

        随着个人计算机的普及和运算能力的不断提升，人们开始探索制作一种纯软件的电吉他效果器，也就是我们现在看到的软件效果器。软件效果器主要依靠个人计算机里的通用硬件（如果内置的声卡性能不够，还需要配置一个专业声卡）。软件效果器只需要声卡将电吉他输入的模拟信号转换为数字信号，再将计算机处理后的数字信号转化为模拟信号输出就可以了，其余的工作都是软件完成。

        利用虚拟化技术，工程师们在软件效果器中添加了各种经典实体效果器、音箱的模拟程序，使其能够产生非常丰富的音色。目前数字效果器和软件效果器主要使用的虚拟化技术有两大类：正向的建模技术和逆向的采样技术。建模是一个正向工程，工程师需要掌握单块效果器、音箱中的物理电路的实现，然后编写信号处理算法来模拟这些电路；而采样技术采用的是一种黑盒的、数据驱动的方法，通过采集现实中的数据，编写学习算法，建立物理电路输入和输出的关联，而不去关心物理电路的具体实现。无论哪一种技术，都不能100%地模拟实体效果器，但是，随着算法的改进以及通用硬件计算能力的增强，软件效果器的音色正在接近实体效果器。

        下面的视频展示了使用软件效果器制作一个经典音色。

（以上视频引自Positive Grid公司在B站的官方账号）

        软件效果器不仅是虚拟化的效果器，还内置了虚拟化的音箱，虚拟化的麦克风，甚至虚拟化的拾音器、电吉他，一款软件包罗了一大坨设备，使用起来非常灵活便利，而且成本大幅度降低。现在，软件效果器不仅有桌面版，还有移动版，可以在很多场景下使用。由于软件效果器可以和用于录音的专业宿主软件无缝衔接，很多艺术家都在录音的时候会使用软件效果器。对于吉他手而言，只需要一台笔记本电脑或者iPad、iPhone，再加上声卡和耳机，就能像在专业的练习室里一样练习琴技。

        下面的视频展示了软件效果器模拟不同类型的电吉他。

（以上视频引自Positive Grid公司在B站的官方账号）

软件定义电吉他——平台化

        与软件定义的其他领域一样，软件效果器也在向平台化的方向发展，软件效果器如同为用户提供了一个音色工坊，用户可以随心所欲的生产自己喜欢的音色甚至效果器。大多数软件效果器已经提供了云化的音色库，用户可以在互联网上共享和下载音色配置（效果器、音箱的组合以及参数设置）。GE Labs这样的产品已经可以让用户自己去采样实体效果器和音箱的音色，创建虚拟化的效果器和音箱，并且也可以将其上云，分享给其他用户。软件效果器的开放灵活程度已经达到了非常高的水平。虽然当前软件效果器的音色和实体效果器、音箱仍有差距，但是它所带来的灵活性让那一点差距显得无关紧要。随着虚拟化技术的发展，这个差距应该很快就会被消除，软件效果器必将是未来发展的趋势。

        从形态上讲，软件定义电吉他已经相对成熟，但是这背后一定还存在很多的问题和挑战，笔者并没有软件效果器在具体实现层面的知识，只能到此为止。但是，按照软件的思维去优化或者改造目前软件效果器的架构、开发维护过程、平台和生态构建模式，是软件定义深入发展的方向。

        最后以前段时间非常火的一个视频收尾吧，李荣浩秀的一段吉他solo。在国内主流综艺的舞台上，这样功底扎实的炫技还是比较少见的。

（以上视频引自up主：麦口罩撩吉他）

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