歪み（音楽）

最初のギターアンプは比較的低忠実度で、ボリューム（ゲイン）を設計限界を超えて上げたり、軽微な損傷を受けたりすると、しばしば歪みが発生しました。^{[ 5 ]} 1935年から、ウェスタンスウィングギタリストのボブ・ダンは、歪んだ、あるいは「ダーティ」なトーンの実験を始めました。^{[ 6 ]}その後、1945年頃、ウェスタンスウィングギタリストでボブ・ウィルズ楽団 のメンバーであるジュニア・バーナードは、原始的なハムバッカーピックアップと小型アンプを使って、より「流動的でファンキーな」コードを可能にする、彼特有の「低くダーティな」ブルージーなサウンドを得る実験を始めました。^{[ 6 ]}エルモア・ジェームスやバディ・ガイなどのシカゴ・ブルースマンを含む多くのエレクトリック・ブルース・ギタリストは、マディ・ウォーターズやハウリン・ウルフなどのブルース歌手の荒々しさに匹敵するギター・サウンドを得るために実験を重ね、より大きく太いトーンを得るために、元々はラップ・スティール用に作られた強力なヴァルコ「シカゴアン」ピックアップでオリジナルのピックアップを交換することが多かった。^{[ 7 ]}初期のロック音楽では、ゴリー・カーターの「ロック・アワイル」（1949年）は、数年後のチャック・ベリーやジョー・ヒル・ルイスの「ブギー・イン・ザ・パーク」（1950年）に似たオーバードライブのエレクトリック・ギター・スタイルを特徴としていた。^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

1950年代初頭、ギターのディストーションサウンドは、1951年のアイク・ターナー＆ザ・キングス・オブ・リズムのヒット曲「ロケット88」の初期の録音のように、輸送中にスピーカーコーンがわずかに損傷した真空管アンプを使用したことで、その10年の初めにアンプが偶発的に損傷した音を基に進化し始めた。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}エレキギタリストは、この種のディストーションを模倣するためにアンプやスピーカーを「改造」し始めた。^{[ 14 ]}

ハウリン・ウルフのバンドのエレクトリック・ブルース・ギタリスト、ウィリー・ジョンソンは、意図的にゲインを本来のレベル以上に上げて「温かみのある」歪んだサウンドを作り出し始めた。^{[ 5 ]}ギター・スリムも歪んだ倍音を実験しており、彼のヒット・エレクトリック・ブルース曲「The Things That I Used to Do」（1953年）で聴くことができる。 ^{[ 15 ]}チャック・ベリーの1955年の名曲「Maybellene 」には、彼の小型真空管アンプによって作られた温かみのある倍音を持つギター・ソロがフィーチャーされている。^{[ 16 ]}パット・ヘアは、ジェームス・コットンの「Cotton Crop Blues 」（1954年）や自身の「I'm Gonna Murder My Baby」（1954年）などのレコードで、エレクトリック・ギターで激しく歪んだパワー・コードを生成し、「スピーカーが悲鳴を上げるまでアンプのボリューム・ノブを右いっぱいに回す」ことで、「よりザラザラとした、より凶暴なエレクトリック・ギター・サウンド」を作り出した。^{[ 17 ] [ 18 ]}

1956年、ジョニー・バーネット・トリオのギタリスト、ポール・バーリソンは、ある評論家がライブ演奏中にバーリソンの壊れたアンプが生み出すサウンドを絶賛したことを受け、「 The Train Kept A-Rollin 」を録音するために、アンプの真空管をわざと外した。他の情報源によると、バーリソンのアンプはスピーカーのコーンが部分的に破損していた。ポップ志向のプロデューサーたちは、高音域はかなりクリアだが低音域が強く歪んだ、あの不気味な「2トーン」サウンドにぞっとしたが、バーネットは「あのギターは素敵なホーンセクションの音だ」と主張して、セッションのリリースを主張した。^{[ 19 ]}

1950年代後半、ギタリストのリンク・レイは、同様の偶然の発見をきっかけに、アンプの真空管を操作してソロ演奏に「ノイズの多い」「ダーティな」サウンドを作り出し始めた。レイはまた、スピーカーのコーンに鉛筆で穴を開けて音色をさらに歪ませたり、電子エコーチャンバー（当時は主に歌手が使用していた）や、当時最新鋭でパワフルな「太い」ギブソン・ハムバッカー・ピックアップを使用したり、「フィードバック」（ラーセン効果）を制御したりした。その結果生まれたサウンドは、彼の非常に影響力のある1958年のインストゥルメンタル曲「Rumble 」と「Rawhide」で聴くことができる。^{[ 20 ]}

1961年、グラディ・マーティンは、マーティ・ロビンスの曲「ドント・ウォーリー」で演奏した6弦ベースギターの音を歪ませた故障したプリアンプによって生じたファジーなトーンでヒットを飛ばした。同年後半、マーティンは同じ故障したプリアンプを使って自身の名義でインストゥルメンタル曲を録音した。デッカ・レーベルからリリースされたこの曲は「ザ・ファズ」と呼ばれた。マーティンは一般的に「ファズ効果」の発見者として知られている。^{[ 21 ]}マーティンのセッションのレコーディング・エンジニア、グレン・スノッディは、 WSMラジオの同僚エンジニア、レヴィス・V・ホッブスと組んで、意図的にファジー効果を生み出すスタンドアロン・デバイスを設計・製作した。2人のエンジニアは回路をギブソンに売り、ギブソンは1962年にそれをマエストロFZ-1ファズトーンとして発売した。これは商業的に成功した最初の量産型ギター・ペダルの1つである。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

その後まもなく、アメリカのインストゥルメンタル・ロック・バンド、ザ・ベンチャーズは、友人でありセッション・ミュージシャンで電子機器愛好家のオーヴィル・“レッド”・ローズに、グラディ・マーティンの「ファズ」サウンドを再現する手助けを求めた。^{[ 21 ]}ローズはザ・ベンチャーズに自作のファズボックスを提供し、彼らは1962年に「2000 Pound Bee」を録音する際にそれを使用した。^{[ 25 ]}

1964年、ザ・キンクスのギタリスト、デイヴ・デイヴィスがバンドのシングル「ユー・リアリー・ガット・ミー」でカミソリの刃を使ってスピーカーコーンを切り裂いた後、ファジーでやや歪んだサウンドが広く人気を博した。^{[ 26 ]}

1965年5月、キース・リチャーズは「 (I Can't Get No) Satisfaction」のレコーディングにMaestro FZ-1 Fuzz-Toneを使用した。 ^{[ 27 ]}この曲の成功により、この機器の売上は大幅に伸び、1965年末までに在庫はすべて売り切れた。^{[ 28 ]}その他の初期のファズボックスには、ラッシュのPepbox（1964年）、ジミ・ヘンドリックスが使用したMosrite FuzzRITEとArbiter Group Fuzz Face、^{[ 29 ]}ヘンドリックスとカルロス・サンタナが使用したElectro -Harmonix Big Muff Pi、^{[ 30 ]}およびポール・マッカートニーが「 Think for Yourself 」や他のビートルズのレコーディングでファズベースを演奏するために使用したVox Tone Benderがある。^{[ 31 ]}

1966年、マーシャルアンプリフィケーション社のジム・マーシャルは、より明るく、より大きく、より豊かな歪み能力を実現するために、アンプの電子回路の改造を始めた。^{[ 32 ] [ 33 ]}

1960年代後半から1970年代初頭にかけて、ディープ・パープル、レッド・ツェッペリン、ブラック・サバスなどのハードロックバンドは、大音量と激しいディストーションを組み合わせることで、後にヘヴィメタルサウンドとなるものを築き上げた。 ^{[ 34 ]}

真空管または「バルブ」歪みは、アンプ内のバルブを「オーバードライブ」することによって発生します。^{[ 43 ]}簡単に言うと、オーバードライブとは、チューブを通常の定格最大値を超えて駆動することです。バルブアンプ、特にクラスA三極管を使用するものは、偶数次高調波と奇数次高調波の両方を生成する非対称ソフトクリッピングを生成する傾向があります。偶数次高調波の増加は、「温かみのある」サウンドのオーバードライブ効果を生み出すと考えられています。^{[ 40 ] [ 44 ]}

基本的な三極管は、陰極、プレート、グリッドで構成されています。プレートに正の電圧を印加すると、加熱された陰極からグリッドを通って負に帯電した電子の電流がプレートに流れます。これにより音声信号の電圧が上昇し、音量が増幅されます。グリッドはプレート電圧の上昇度合いを調整します。グリッドにわずかな負の電圧を印加すると、プレート電圧が大きく低下します。^{[ 45 ]}

真空管増幅は、入力信号の電圧が真空管の「線形動作領域」を超えない限り、ほぼ線形です。つまり、増幅された信号のパラメータ（振幅、周波数、位相）は入力信号に比例します。線形領域は、

1. 飽和領域：プレート電流がグリッド電圧の正の増加に反応しなくなる電圧、
2. カットオフ領域：グリッドの電荷が負になりすぎてプレートに電流が流れなくなる電圧。真空管が線形領域内でバイアスされ、入力信号の電圧がこの領域を超えると、オーバードライブと非線形クリッピングが発生します。^{[ 43 ] [ 46 ]}

複数の真空管ゲイン／クリッピング回路を「カスケード接続」することで、より厚みのある複雑なディストーションサウンドを生み出すことができます。分かりやすく言うと、ミュージシャンはファズペダルを、クリッピング状態まで「クランクアップ」させた真空管アンプに接続します。こうすることで、ファズペダルから得られるディストーションサウンドが、さらにアンプによって歪められるのです。1990年代には、シアトルのグランジギタリストの中には、4つものファズペダルを直列に接続して、厚みのある「音の壁」のようなディストーションサウンドを作り出す者もいました。

現代の真空管エフェクターの中には、「ダーティ」または「ザラザラ」とした音色を、高電圧ではなく、回路部品にとって低すぎる電圧で回路を動作させることで実現しているものがあります。その結果、非線形性と歪みが増大します。このような設計は「プレート不足」構成と呼ばれ、「アンプが壊れる」ようなサウンドを生み出します。

トランジスタやオペアンプを組み込んだソリッドステートアンプは、ハードクリッピングを生成するように作ることができます。対称の場合、これにより振幅の大きい奇数次高調波が追加され、「ダーティ」または「ザラザラ」したトーンが生まれます。^{[ 40 ]}非対称の場合、偶数次高調波と奇数次高調波の両方が生成されます。電子的には、これは通常、電源レールの直流電圧制限によってクリップされる点まで信号を増幅するか、ダイオードで信号をクリップすることによって実現されます。多くのソリッドステート歪みデバイスは、追加のソリッドステート回路を使用して、オーバードライブした真空管のサウンドをエミュレートしようとします。一部のアンプ（特にMarshall JCM 900）は、真空管とソリッドステートの両方のコンポーネントを使用するハイブリッド設計を採用しています。

ギターアンプのプリアンプ部は、弱い楽器信号をパワーアンプを駆動できるレベルまで増幅する役割を果たします。また、イコライザーやゲインコントロールなど、楽器の音色を調整するための回路も備えていることがよくあります。歪みを生成するために、複数のゲイン/クリッピング段がカスケード接続されることもよくあります。真空管アンプの最初のコンポーネントは真空管ゲイン段であるため、信号経路の先行する要素の出力レベルは、その段で生成される歪みに大きな影響を与えます。ギターのピックアップの出力レベル、ギターのボリュームノブの設定、弦を弾く強さ、ボリュームブーストエフェクトペダルの使用などは、この段をより強く駆動し、より大きな歪みを生み出す可能性があります。

1980年代から1990年代にかけて、ほとんどの真空管アンプには「マスターボリューム」コントロールが搭載されていました。これはプリアンプ部とパワーアンプ部の間にある調整可能なアッテネーターです。プリアンプのボリュームを高く設定して高レベルの歪みを発生させる場合、マスターボリュームを下げることで出力音量を扱いやすいレベルに保つことができます。

Big Muffのデモ^ⓘ

エフェクトペダルは、エレキギター演奏において意図的な歪みを生み出すための、最も古くから広く使われているツールのひとつです。真空管アンプと比較すると、エフェクトペダルはより手頃な価格で持ち運びやすく、幅広いオーバードライブ、ディストーション、ファズサウンドを実現できる汎用性の高い手段となります。

アナログエフェクトペダルは、プリアンプの歪みと同様の原理で動作します。ほとんどのエフェクトペダルは電池電圧で動作するように設計されているため、真空管を使用して歪みやオーバードライブを生成することは現実的ではありません。代わりに、ほとんどのペダルはソリッドステートトランジスタ、オペアンプ、ダイオードを使用しています。^{[ 3 ]}歪みエフェクトペダルの代表的な例としては、 Boss ODシリーズ（オーバードライブ）、Ibanez Tube Screamer（オーバードライブ）、Electro-Harmonix Big Muff Pi（ファズボックス）、Pro Co RAT（ディストーション）などがあります。

これらの用語は時々互換的に使用されますが、ギタリストやメーカーは通常、オーバードライブ、ディストーション、ファズを区別します。^{[ 2 ] [ 30 ] [ 47 ]}一般的に、オーバードライブ ペダルは、飽和状態までプッシュされたチューブ アンプのサウンドをシミュレートすることを目的としており、ピッキングの強さに応じてダイナミックなレスポンスを提供します。厳密に「オーバードライブ」として販売された最初のエフェクト ペダルは、非常に高い音量で演奏したり、機材を損傷するリスクを負ったりすることなく、特徴的な「アンプ ブレイクアップ」トーンを求めるプレイヤーを対象としていました。ディストーション ペダルは、演奏のダイナミクスにあまり依存しない、色付けされた、より圧縮され、強く飽和したトーンを生成します。そのため、ペダルが歪みの大部分を提供するように、比較的クリーンなアンプと組み合わせて使用​​されることがよくあります。1960 年代に遡るファズ ペダルは、極端なクリッピングを使用して、矩形波に似た、ブザー音で倍音豊かなサウンドを生成します。

オーバードライブペダルの代表的な例としては、Ibanez Tube ScreamerやBoss OD シリーズが挙げられます。ディストーションペダルにはPro Co RAT ^{[ 48 ]}やBoss DS-1があり、どちらもグランジやオルタナティブロックのようなヘビーなギターベースの音楽で使われていました。一方、Electro-Harmonix Big Muff Piのようなファズペダルは、持続性のある倍音豊かなサウンドを生み出します。

ほとんどのディストーションエフェクトペダルは2つの方法で使用できます。ペダルを既にオーバードライブしているアンプの「ブースト」として使用して、さらに飽和状態にして音色を「着色」するか、完全にクリーンなアンプで使用してオーバードライブ/ディストーション効果全体を生成することができます。注意深く適切なペダルを選択すれば、複数のオーバードライブ/ディストーションペダルを「スタック」して、1つのペダルを別のペダルの「ブースト」として機能させることも可能です。^{[ 49 ]}

ファズボックスなどの強力なディストーションは、コードを演奏する際に望ましくない不協和音を生み出すことがあります。これを回避するため、これらのエフェクトを使用するギタリスト（およびキーボーディスト）は、演奏を単音とシンプルな「パワーコード」（ルート、5度、オクターブ）に限定することがあります。実際、最も極端なファズペダルでは、ファズによって単音でも非常に太く重く聞こえるため、プレイヤーは主に単音を演奏することを選択する場合があります。強力なディストーションは、プレイヤーのダイナミクス（音量と弱さ）のコントロールも制限する傾向があります。これは、ハモンドオルガン奏者に課せられる制限と似ています（ハモンドオルガンは、演奏者が鍵盤を強く弾くか弱く弾くかによって音量が大きくなったり小さくなったりすることはありませんが、演奏者はドローバーとエクスプレッションペダルで音量をコントロールできます）。ヘヴィメタル音楽は、複雑なリズムとタイミングを用いて表現と興奮を生み出すことで、これらの制限を克服してきました。軽いディストーションやオーバードライブは、三和音や七の和音で使用できます。さらに、軽いオーバードライブはダイナミクスのコントロールをより容易にします。

パワー管（真空管）は、プリアンプ管と同様にオーバードライブさせることができますが、これらの管はより多くの電力を出力するように設計されているため、ギターのトーンに加える歪みとキャラクターは独特です。1960年代から1970年代初頭にかけて、歪みは主にパワー管をオーバードライブさせることによって生成されました。このサウンドに慣れているため、多くのギタリストはこのタイプの歪みを好み、パワーセクションを強く駆動するためにアンプを最大レベルに設定します。一般的に使用されている多くの真空管アンプは、出力トランスを駆動するマッチドペアの真空管を備えたプッシュプル出力構成をパワーセクションに採用しています。パワーアンプの歪みは通常完全に対称で、主に奇数次の高調波を生成します。

パワー管をこれほど強く駆動すると音量も最大になるため、小さなレコーディングスタジオやリハーサルスタジオでは音量管理が難しくなります。そこで、パワー管の出力の一部をスピーカーから逸らし、音量を過剰にすることなくパワー管の歪みを生成できるようにする様々な解決策が生まれてきました。これには、内蔵または別体のパワーアッテネーターや、VVR（可変電圧レギュレーター）などの電源ベースのパワーアッテネーターが含まれます。VVRは、真空管のプレート電圧を下げて歪みを増やしながら音量を下げるものです。エディ・ヴァン・ヘイレンのようなギタリストは、VVR技術が発明される前からバリスタックを使用していたことが知られています。また、低出力の真空管アンプ（例えば、0.25ワット以下）、スピーカーアイソレーションキャビネット、低効率のギタースピーカーなども音量を抑えるために用いられます。

パワーアンプの歪みは、専用のラックマウント型真空管パワーアンプでも生成できます。モジュラー式のラックマウント構成では、ラックマウント型プリアンプ、ラックマウント型真空管パワーアンプ、出力を目的の音量レベルに減衰させるためのラックマウント型ダミーロードがよく使用されます。一部のエフェクトペダルは、パワーアンプの歪みを内部で生成し、オプションでパワーアンプ歪みペダルとして使用できるダミーロードも備えています。このようなエフェクトユニットは、パワーアンプ回路構成で12AX7などのプリアンプ真空管を使用したり（StephensonのStage Hogなど）、EL84などの従来のパワー真空管を使用したりします（ H&K Crunch Masterコンパクト卓上ユニットなど）。ただし、これらは通常、信号経路でプリアンプの前に配置されるため、全体の音色に異なる影響を与えます。パワーアンプの歪みはスピーカーを損傷する可能性があります。

ダイレクトインジェクション（ DI）信号は、ギターのスピーカーやマイクによる直接的な音色変化なしに、パワーチューブの歪みサウンドを捉えることができます。このDI信号は、マイクで拾ったギターのスピーカーとミックスすることができ、DI信号はより存在感があり、即興的で明るいサウンドを、マイクで拾ったギターのスピーカーは色付けされた、遠くから聞こえるような、やや暗いサウンドを提供します。DI信号は、ギターアンプのDIジャック、またはパワーアッテネーターのラインアウトジャックから取得できます。

出力トランスはパワー管とスピーカーの間に配置され、インピーダンス整合の役割を果たします。トランスの強磁性コアが電磁的に飽和すると、逆起電力はコア内の磁束の変化に依存するため、インダクタンスが失われます。コアが飽和に達すると、磁束は一定になり、それ以上増加することはできません。磁束の変化がないため、逆起電力はなく、したがって反射インピーダンスもありません。トランスと真空管の組み合わせは、大きな3次高調波を生成します。コアが飽和しない限り、真空管は利用可能な電圧を降下させると自然にクリッピングします。シングルエンドシステムでは、大きな信号振幅での真空管の比較的非線形な特性により、出力高調波はほぼ偶数次になります。ただし、これは磁気コアが飽和しない場合にのみ当てはまります。^{[ 50 ]}

初期の真空管アンプは、非安定化電源を使用していた。これは、高品質の高電圧電源に関連するコストが高かったためである。典型的な陽極（プレート）電源は、整流器、インダクタ、コンデンサのみで構成されていた。真空管アンプを大音量で動作させると、電源電圧が低下し、出力電力が減少し、信号の減衰と圧縮が発生する。この低下効果は「サグ」として知られており、一部のエレキギタリストが好んで使用している。^{[ 51 ]}サグはクラスABアンプでのみ発生する。これは、技術的には、サグは電源からより多くの電流が引き出され、整流管の電圧降下が大きくなることによって発生するためである。クラスABアンプは、信号の最大値と最小値の両方で最大の電力を消費するため、信号のピークでのみ最大の電力を消費するクラスAよりも電源に大きな負荷がかかる。

この効果は入力信号が高いほど顕著になるため、音符の強い「アタック」部分は低電圧の「ディケイ」部分よりも強く圧縮され、後者の音量が大きく聞こえることでサステインが向上します。さらに、圧縮レベルは入力音量によって影響を受けるため、演奏者は演奏の強さでそれを制御できます。強く演奏すると、圧縮、つまり「サグ」が大きくなります。一方、現代のアンプは、高品質で安定した電源を使用することが多いです。

ギター用スピーカーは、高忠実度ステレオスピーカーや拡声器用スピーカーとは異なる設計になっています。ハイファイや拡声器用スピーカーは、できるだけ歪みを少なくして音を再生するように設計されているのに対し、ギター用スピーカーは通常、特定の周波数を強調したり、不要な周波数を減衰させたりすることで、ギターの音色を形作ったり、色付けしたりするように設計されています。^{[ 52 ]}

ギター用スピーカーに供給される電力が定格最大電力に近づくと、スピーカーの性能が低下し、「ブレイクアップ」と呼ばれる現象が発生し、信号にさらなる歪みと色付けが生じます。クリーンなヘッドルームを十分に確保するように設計されたスピーカーもあれば、荒々しさと唸りを出すために早期にブレイクアップするように設計されたスピーカーもあります。

ギターアンプモデリング機器やソフトウェアは、様々な人気「ストンプボックス」ペダルやアンプに関連する、ギター特有の歪み特性を再現できます。アンプモデリング機器は通常、デジタル信号処理を用いて、アナログペダルやオーバードライブさせた真空管アンプに接続したときのサウンドを再現します。最も高度な機器では、プリアンプ、パワーチューブ、スピーカーの歪み、スピーカーキャビネット、マイクの配置など、様々な組み合わせをカスタマイズしてシミュレーション結果を調整できます。例えば、小型のアンプモデリングペダルを使用するギタリストは、エレキギターを大型のビンテージ真空管アンプと8×10インチのスピーカーキャビネットのスタックに接続したときのサウンドをシミュレートできます。