音色與頻率
如果讓鋼琴、吉他和貝斯彈出同一顆音，即使音高和大小聲接近，我們通常還是能分辨是哪一種樂器。 差別就在於音色（timbre）：除了音高和音量，聲音還有自己的特徵。
先從頻率來看，一顆音裡面除了基頻，通常還有接近整數倍的泛音，以及撥弦、碰到琴格等聲音。
例如彈奏 A2（110Hz），可以找到 110、220、330、440Hz……這一排頻率。
不同樂器的發聲方式和共振特性，會讓某些頻率比較突出，另一些比較弱。
這些都是能辨認音色的線索之一。
以貝斯來說，即使維持同一組拾音器設定。靠近 bridge（琴橋）彈奏時，高次泛音的比例通常比較明顯； 往 neck（琴頸）的方向移動，聽起來則比較圓潤、厚實。
想補回某一部分聲音，最直接的方法之一，就是增加對應頻率範圍的振幅。 例如靠近 bridge 彈奏時增加一些低頻，就能補回厚度，讓聲音往靠近 neck 彈奏時的飽滿感靠近。 但兩種彈法的音頭和泛音分布仍然不同，所以補償頻率可以往那個方向靠近，卻不會完全變成另一個位置的聲音。
控制頻率
類比
實體的頻率控制可以先從電阻和電容理解：電容對不同頻率呈現不同的阻抗，和電阻搭配，就能讓某些頻率通過得比較多、另一些比較少。 再配合運算放大器和回授電路，就能做出可以提升或衰減的 EQ；旋鈕則透過改變電阻，調整這些比例。 實際上還有電感等其他作法，我對類比電路沒有太多研究，這裡先用這個概念理解。
數位
在數位訊號裡，每個 sample 記錄的是某個瞬間的振幅。 如果讓所有 sample 都乘上相同倍率，就能改變整體音量；如果只想調整某一段頻率，則需要透過濾波器，改變那個頻段的增益。 把頻率、增益和寬度定義成明確的數值，讓每次調整都有一致的規格，剛好是數位處理的強項。
不過數位頻率控制會很忠實地套用設定的增益，拉高多少，就照著那條曲線處理。 某些類比電路在訊號較大時，會逐漸進入飽和，讓波峰變得圓滑； 如果習慣這類前級的聽感，直接用數位頻率控制 大幅提升頻段，就可能覺得聲音比較生硬、不自然。
補充一個數位處理很方便實現的頻率控制作法：讓增益隨演奏的強弱自動調整。 例如輕彈時保留低頻，只有重彈造成低頻能量超過門檻時才減少，回落後再恢復。 在設計上，可以分別設定要偵測的頻段、作用門檻、調整幅度和反應速度，讓同一組控制隨輸入狀態改變。
PREAMP 與 Equalizer
前級除了接收訊號、調整增益，也會考慮輸入與後級之間的阻抗匹配，讓訊號能順利送往後面的設備。 在這個基礎上，還可以加入音色塑形，決定聲音的厚度、亮度和輪廓。 所以不論是 plugin 還是 pedal，都很常把 EQ 和 Preamp 設計在一起，讓使用者在同一個地方調整音量和音色。
各家廠牌對前級也有不同的設計方向，例如 Tech 21 SansAmp Bass Driver DI強調真空管放大器模擬，把飽和和破音當成音色的一部分； RMI Basswitch IQ DI則以乾淨、保留樂器原本聲音的前級為方向，再透過 EQ 調整頻率比例。 所以同樣叫做 Preamp，實際上可能有很不一樣的音色和反應。
濾波曲線
EQ 的濾波器類型（Filter Type）決定了基本的曲線形狀，常見的有：
- Bell / Peak：以某個頻率為中心，往兩側逐漸減少影響，適合增加或削減某一段聲音。
- Low Shelf / High Shelf：把低頻或高頻的一端整體抬高、壓低，適合調整整體厚度或亮度。
- High-pass / Low-pass：讓高頻或低頻通過，往另一端逐漸增加衰減，常用來整理聲音的兩端。
- Notch：在某個頻率附近做出很深的凹口，可以針對特定共振做處理。
Q 值
對 bell EQ 來說，Q 值可以先理解成調整範圍的寬窄：Q 越高，影響越集中；Q 越低，影響越寬。 例如同樣在 500Hz 加 3dB，較低的 Q 會連帶改變附近較大一片頻率，較高的 Q 則比較集中在 500Hz 周圍。
調整整體音色時，建議從比較寬的曲線開始；如果是某個固定頻率的共振或嗡聲，則可以用較窄的凹口針對它削減。 不過每家 EQ 對 Q 的定義和增益、寬度的連動方式可能不同，不能只看數字就認為兩套工具的曲線相同。
染色
染色的常見的作法有輪廓和非線性處理。 頻率輪廓是把多段濾波曲線組合起來，同時改變不同頻段的比例，例如增加低頻和高頻、減少中頻，形成固定的音色傾向。 這仍然是 EQ 的作用，但整組曲線一起調整時，就能帶出比較明顯的風格。
非線性處理則會讓增益隨輸入振幅改變，例如飽和會逐漸壓低較大的波峰，改變波形並產生新的泛音。 因此除了原本的頻率比例，彈奏力度也會影響音色；若前面先提升某個頻段，也會改變它推動飽和的程度。 頻率輪廓和這種隨振幅變化的反應，都會是染色感的來源。
實作 CleanPreamp
實體效果器需要考慮供電、體積、成本和元件特性，這些條件會影響電路能保留多少 headroom，以及過載時怎麼反應。 但換到數位，就可以把頻率調整和過載時的染色分開決定。 我這次盡量把功能切得明確一點，主要有三個原因：
- 我認為只要把頻率比例控制好，就能完成很多需要的音色調整。
- 這次採用的 IIR 濾波不需要額外的 lookahead，演算法延遲很低。如果已經有喜歡的染色效果，就可以接在後面，保留原本習慣的音色。
- 功能分開之後，比較容易知道每個參數改了什麼，也方便換琴或換後面的效果時，分別調整。
所以這顆的重點會放在頻段選擇、曲線寬度，以及曲線疊加後的補償處理。
頻段選擇
電貝斯標準調弦，四條空弦的基頻依序約為 E1（41.2Hz）、A1（55Hz）、D2（73.4Hz），以及 G2（98Hz）；五弦再往下加一條 B0（30.9Hz）。
往高把位彈，基頻也跟著往上走。例如 E1 的第二泛音約在 82.4Hz，第三泛音約在 123.6Hz。
但調整 80Hz 附近時，可能改到低音的泛音，也可能改到另一顆音的基頻；同一條曲線，在不同音符上會有不同的效果。
如果先用幾個大範圍來認識，可以這樣聽：
- 約 30–100Hz：涵蓋低把位常見的基頻，和低頻的重量、震動感有關。
- 約 100–300Hz：低音的泛音和較高音的基頻會在這裡重疊，常和厚度有關；太多時也可能顯得悶、糊。
- 約 300Hz–1kHz：和主體、音色辨識度相當有關，當整體音量已經很大，卻還是聽不清楚時，可以調整這一段。
- 約 1–3kHz：和指彈、pick 的音頭及輪廓有關，我自己習慣會用這一段調整存在感。
- 約 3kHz 以上：比較偏向亮度、弦的摩擦和碰撞聲帶來的空間感，新弦、pick 或 slap 時調整比較有感。
當然聽感上這些範圍互相重疊，建議當作調整聲音的起點， 聽出它包含什麼，再退回需要的量。 尤其「低頻很多」和「貝斯很清楚」是兩件事。 只把低頻率加大，未必能讓音符從其他樂器裡浮出來；中頻的比例和樂團裡其他聲音，同樣會影響結果。
處理順序
把頻率調整和飽和分開控制後，訊號依照這個順序處理： EQ 和 Shape 先決定送進 Color 的頻率比例，LPF 再整理輸出的高頻。 Color 關閉時，就可以先比較頻率調整本身的變化。
輸入 → Input → HPF → Bass / Mid / Treble
→ Shape → Color → LPF → 保護限幅 → Output → 輸出
頻段與增益設計
這顆 Bass 和 Treble 用 shelf 調整頻譜的兩端，Mid 則用 bell 調整某個頻率附近的區域。 不過不同算法對參數的定義和處理方式可能不同，即使頻率、增益和 Q 值都設成一樣，算出的曲線形狀、寬度，以及各頻率實際得到的增益，也不一定相同。 所以設計時可以先試幾套算法，比較曲線和實際聽感，選定適合的作法後，再決定頻率點和 Q 值。
雖然數位製作要增加頻段並不困難， 但我還是把主要控制收斂成 Bass、Mid、Treble 三個參數，頻率與 Q 值也先搭配好。 因為這顆想做的是塑形，使用時快速找到需要的輪廓和厚度、亮度。
若要減少兩端不需要的聲音，我是另外用高通（HPF）和低通（LPF）處理， 例如用 HPF 壓低弦共振的聲音，用 LPF 收掉過多 fret 摩擦。 這樣三段 EQ 就能專心調整整體音色；需要更細的個別頻率修整，則可以交給後面的混音工具。
五個主要的頻率控制是：
- Bass：46 或 90Hz，增減 x dB，用 shelf 調整低頻的重量和厚度。
- Mid：330、473Hz、1k 或 1.8kHz，增減 x dB，用 bell 調整中頻的主體和輪廓。
- Treble：6 或 10kHz，增減 x dB，用 shelf 調整高頻的亮度和細節。
- HPF：38–310Hz，衰減截止位置以下的低頻，轉到最低時關閉。
- LPF：330Hz–15kHz，衰減截止位置以上的高頻，轉到最高時關閉。
各個控制單獨測試好之後，接著就是比較不同參數組合，以及換音域、彈奏力度後的反應。 例如 Bass 加大時再提高 HPF，低頻最後留下多少；Mid 和 Treble 同時提升時，重疊的部分會不會太突出。 除了看曲線，也要確認實際彈奏的音量變化，尤其幾段增益疊加後，要留意輸出是否還有足夠的音量空間。
Shape 和 Color
我自己比較喜歡 Vintage Sound，所以這兩個控制也往這個方向設計，希望在原本的音色上加一點味道。 Shape 是先設計好一組頻率曲線，再用一顆旋鈕控制套用的程度； Color 則根據輸入振幅產生不同程度的飽和，改變波形並增加泛音。
最後要留意的是，人耳很容易把比較大聲的版本聽成比較好聽。所以調整這些參數時，要配合調整輸出，讓切換前後的聽感音量盡量接近，再比較音色和彈奏反應。