Дисторшн для гитары самостоятельно

Статья любезно предоставлена Юрием Вершинниковым. Ему слово:

От простого к сложному

Впервые идея сделать дисторшн своими руками у меня появилась на лабораторной работе по операционным усилителям, которую устроил мой коллега. Включаем ОУ по схеме инвертирующего усилителя. Это наиболее простой вариант:

Коэффициент усиления определяется отношением R2/R1. Если сильно увеличить R2 (например, R1=10 кОм, R2=200 кОм), то сигнал на выходе должен стать в 20 раз больше входного, то есть очень большим, а по факту он не может быть выше напряжения. Получается, что «шапка» периодического сигнала срезается, и на выходе мы получаем импульсы, близкие к прямоугольным. Поскольку на лабораторной мы усиливали звуковой сигнал с микрофона, в наушниках я услышал именно их – магические «нелинейные искажения», или DISTORTION – любимое слово всех электрогитаристов.

Сказано – сделано. Пришёл домой и стал паять. Сразу встретился с первой проблемой. Питание операционного усилителя тут не показано, а оно должно быть биполярным. То есть у ОУ есть ещё два входа: Vcc+, туда должно подаваться напряжение +5÷10В, и Vcc-, туда должно подаваться в точности такое же напряжение, но со знаком «минус». «Земля» остаётся подвешенной между ними ровно посередине:

Гуглим. Оказывается, что в примочкостроении никто так не делает, а делают обычно вот так:

Между «землёй» (туда подключается отрицательная клемма батарейки) и «плюсом» питания включается делитель напряжения из двух одинаковых резисторов по 10÷50 кОм. Посередине получается точка Vreference – опорное напряжение +4,5 В. По-русски это «мнимая земля». Если подключить туда один из входов операционного усилителя (например, не инвертированный), то Vcc- будет как бы подключен к минусу питания (-4,5В), а Vcc+ – как бы к плюсу питания (+4,5В).

Когда мы к точке Vr подключим ещё что-то (вход ОУ является небольшой нагрузкой), один из резисторов окажется зашунтирован этой дополнительной нагрузкой, то есть через него потечёт дополнительный небольшой ток. Из-за этого напряжение будет немного уплывать вслед за током нагрузки (этот ток обычно переменный и очень небольшой по величине).

Поэтому точку Vr дополнительно стабилизируют «большим» электролитическим конденсатором 1÷100мкФ. Если ток нагрузки по величине небольшой (микроамперы) и переменный (сотни герц и выше), то он слегка разряжает и дозаряжает конденсатор каждый период, в среднем оставаясь равным нулю. Напряжение +4,5 В остаётся стабильным. Что нам и нужно.

Далее. Большинство схем состоит сразу из нескольких операционных усилителей, поэтому микросхем несколько. Моими самыми любимыми стали TL072 и TL074 (два или четыре операционных усилителя в одном корпусе; схему включения и расположение ножек можно легко загуглить). Они малошумящие и хорошо работающие на пониженном напряжении питания (±4,5 В – это пониженное, номинальное – от ±5 В и выше). На слух в неперегруженном состоянии вообще нет никаких шумов и искажений, очень чистый звук.

Следующая особенность: независимо от того, какую схему мы используем, при однополярном питании (как у нас) второй вход операционного усилителя оказывается под напряжением +4,5 В относительно земли, а нам нужно завести туда полезный сигнал (звук электрогитары).

Для этого нам понадобится разделительный конденсатор на входе и выходе (на рисунке выше это Cр1 и Ср2). Впаянные таким образом конденсаторы не пропускают постоянного напряжения 4,5 В из схемы, но при этом будут пропускать полезный сигнал (поскольку он переменный). По логике вещей, чтобы сигнал проходил без ослаблений и искажений, эти конденсаторы лучше взять побольше. Я пробовал электролиты 1 мкФ («плюсом» в схему, «минусом» наружу).

Сказано – сделано! Я паял схему (б), R2/R1=200k/10k=20. Если коэффициента усиления будет мало, R2 можно ещё увеличить вплоть до 470 кОм (больше не стоит). Включаем, пробуем. Действительно, жужжит. Ура! Только очень громко! Чтобы ослабить сигнал, пришлось последовательно с выходом впаять резистор на 200 кОм (при входном сопротивлении музыкального центра 50 кОм). Это ослабило сигнал (да, у меня не было комбика. И я подключался в обычный музыкальный центр).

Радость была недолгой. Во-первых, звук грязноватый и жирный. Во-вторых, всё отлично жужжит и перегружается, но только если играть в начале грифа на басовых струнах. Пока звучит басовая струна, её мощный сигнал забивает остальные звуки. Если пытаться играть мелодию (соло), ничего не выходит, звук остаётся чистым и неперегруженным. Особенно хорошо это слышно, если использовать обычную электроакустическую гитару со встроенным предусилителем. Такой эффект называется фуззом, его можно послушать на ютубе. Схема с небольшими доработками используется для получения грязновато-жирноватого звучания. Очевидно, что сигнал с басовых струн получается больше по амплитуде, чем с тонких, да ещё зажатых в районе 12-го лада.

Пробуем дальше. Если на эквалайзере задавить нижние частоты и до упора поднять средние, то получается искомый звук, действительно похожий на панк-рок-исполнителей.

Гуглим, как же добиться «нормального» перегруза на верхних струнах. Есть два варианта:

До неприличия раздуть коэффициент усиления, чтобы перегружалось всё и сразу. Так сделано на педальке BigMuff (гуглим, смотрим).
Использовать дополнительный фильтр на входе. Этот фильтр будет ослаблять нижние частоты (то есть, звук с басовых струн), а всё остальное (соло в середине грифа) пропускать.

Далее усиливаем сигнал с ослабленными басами (или с раздутыми верхними частотами, что по сути одно и тоже). Так делает весь остальной мир.

Смотрим в Интернет:

Узнаёте? От таких педалей тащились ещё наши отцы!

Как это работает? Конденсатор 0,01 мкФ пропускает сигнал через резистор 10 кОм на положительный вход операционного усилителя. Вместе с этим резистором они образуют фильтр высоких частот. Он совсем не пропускает постоянную составляющую напряжения (частота 0 Гц ), то есть отсекает половину питания, и вход примочки остаётся не под напряжением. При этом ослабляются нижние частоты (басовая часть полезного сигнала).

Далее смотрим в обратную связь ОУ. Коэффициент усиления определяется соотношением двух резисторов – 1 МОм и переменного 500 кОм. Так регулируется коэффициент усиления. Минимальный коэффициент усиления будет 1000k/550k≈2. Максимальный был бы бесконечным, если бы не резистор 47 кОм, впаянный последовательно. Получаем 500k/47k≈21.

Обратите внимание: последовательно с резистором 47 кОм стоит ещё один конденсатор 0,05 мкФ. Он тоже разделительный. Дело в том, что переменный резистор 500 кОм подключен к «минусу» питания (то есть, к настоящей «земле», а должен быть – к «мнимой»); при этом он находится под напряжением +4,5 В относительно «минуса» питания. Так схема работать не будет.

Основное условие работы ОУ – напряжение между инвертирующим и не инвертирующим входами очень мало и почти равно нулю (на практике – несколько милливольт). Цепочка обратной связи (вход «минус») должна быть заземлена в ту же точку +4,5В, что и вход «плюс», или надо добавлять разделительный конденсатор. Если включить нижнюю ножку резистора не на «минус» питания, а между резисторами 20 кОм, то конденсатор 0,05 мкФ не нужен. Оставим это решение на совести разработчика. Кроме того, этот конденсатор выполняет небольшую дополнительную функцию. Конденсатор тоже имеет небольшое сопротивление (оно называется ёмкостным), и тем выше, чем ниже частота полезного сигнала. Если 500 кОм выкрутить на минимум, то последовательно с разделительным конденсатором останется только сопротивление резистора 47 кОм, а это уже сравнимо с сопротивлением резистора. Подробнее всё посчитаем во второй части статьи. Сейчас запомним, что этот конденсатор вносит дополнительное ослабление по нижним частотам (то есть, ещё подрезает «лишний жир из звука»).

Разогнанный таким образом сигнал поступает на цепь нелинейных искажений (через ещё один разделительный конденсатор) – резистор 10 кОм и два диода. Здесь использовано не ограничение по напряжению питания ОУ, а ограничение на двух включенных на «землю» диодах. Диоды включены параллельно, но встречно. Всё, что меньше напряжения открывания диода (~0.6 В), без искажений проходит на выход. Если сигнал «пытается» стать больше, чем 0,6 В (а мы помним, у нас он очень усиленный), то открывается один из диодов и «лишняя» амплитуда уходит в «землю». «Верхушки» выходного сигнала будут отсутствовать. Причём верхние частоты усиливаются и обрезаются даже лучше, чем нижние.

Получаем простейший дисторшн. В Советском Союзе это же решение придумал учёный-радиолюбитель по имени В.Кетнерс, спаял и описал его в статье Ограничитель сложного сигнала. Его решение даже более продвинутое и собрано на двух операционных усилителях.

Описанная педаль даёт панк-роковый звук с обилием верхних частот, характерным шипением-песочком. Причём звуки в середине грифа на слух перегружены даже сильнее, чем басовые.

Если вам мало гейна – просто уменьшите резистор 47 кОм ещё в пару раз, до 22 кОм. Отлично подходит, чтобы играть жёсткие грубые рифы, но не для мягкого соло и блюза.

Если поиграть с конденсатором на выходе и сделать его 3,3÷6,8 нФ, звук будет чуть помягче. А песка – чуть поменьше.

————
Правильный звук или о чём молчат лампы

В предыдущей части статьи я описал, как спаять простейший «настоящий» дисторшн своими руками. Спаяв такой, я поигрался немного, но был разочарован. Да, звук резкий. Жужжащий. Но при этом некрасивый. Примочке была поставлена оценка «неуд», и эксперименты продолжились.

Был спаян самодельный кабинет. Для тех кто не в курсе – на слэнге кабинет (шкаф, ящик по-английски) – это акустическая система (динамик в большом корпусе из двп), внутрь которой встроен оконечный усилитель и блок питания к нему. В отличии от комбоусилителя он не имеет встроенного темброблока, соответственно, не имеет крутилок НЧ, СЧ, ВЧ. Есть только сетевая вилка, вход и регулятор громкости.

Про кабинет: размер имеет значение. Посмотрите на размер правильной акустической гитары, особенно с корпусом «дредноут» или «джамбо»:

Мы видим крупный резонатор. Он необходим, чтобы хорошо воспроизводить низкие частоты. Внутри объёма резонатора образуется стоячая волна. Чем больше размер резонатора (то есть, длина волны), тем ниже частота, на которой может возникать резонанс.

Чтобы акустическая система хорошо передавала звук акустической гитары (и гитары вообще), корпус по размеру должен быть близок к размерам гитары. Поэтому, все профессиональные кабинеты и комбо имеют габариты не менее 0,5х0,5 м. При одинаковых динамиках и электронике, более крупный комбик всегда будет звучать жирнее. Картину немного улучшает фазинвертор. Он как-бы увеличивает внутренние размеры корпуса, увеличивая длину волны. Физика довольно сложная, но результат налицо. Пробовал затыкать тряпкой фазинвертор – звук совсем не тот.

Я взял корпуса от советских АС109, какие были. Немного не угадал, в следующий раз буду брать больше.

Далее – динамик. Для акустики необходим либо широкополосный динамик, или отдельно среднечастотный и высокочастотные динамики, как здесь. Размер имеет значение. Я взял китайский динамик фирмы «Alphard» на 50 китайских ватт, размером 160 мм. По моим прикидкам это ватт 20÷25 честных советских. Корпус пришлось слегка допилить, но под пластиковой накладкой не видно. На «правильных» комбиках для акустических гитар динамик ставят не менее 200 мм. (но такой бы просто не полез в мой корпус). Внутри сразу был фильтр, который разделяет сигнал на средние и верхние частоты, и направляет их в разные динамики. Фильтр и высокочастотный динамик оставил как есть. Оконечный усилитель собрал на микросхеме TDA7294, точь-в-точь по даташиту (такой же, как в этой статье).

В обычной электроакустической гитаре с пьезодатчиком уже есть встроенный предусилитель. Поэтому второй, внешний предусилитель нам не нужен.

Пара слов о широкополосности. Ноты шестиструнной гитары в стандартном строе лежат в пределах от 81 Гц (открытая 6-я струна) до 1 кГц (880Гц – нота «ля» на 17-м ладу 1-й струны). Поэтому дополнительный сабвуфер нам не нужен. Но! Высшие гармоники колебаний струны, которые придают «натуральность» звуку, всякие призвуки, шорохи, и потрескивания лежат в диапазоне 1,5-20 кГц. До самого верха слышимого диапазона частот. Поэтому обычного среднечастотного динамика не хватит. Обязательно нужен высокочастотный динамик и линейный широкополосный усилитель. Я ставил эксперимент – впаял тумблер последовательно с ВЧ-динамиком, чтобы можно было его отключать. Разницу слышно, звук становится «мягким», без резкого щелчка при атаке, таким, как у электрогитары на чистом звуке.

Итак, втыкаем в получившийся кабинет электроакустическую гитару и тащимся. Очень чистый и громкий звук. 25 Вт для 18-метровой комнаты в «хрущёвке» – более чем достаточно. Регулятор громкости – чуть ниже середины. Пока мы кайфуем, соседи включают телевизор погромче. Вернёмся к нашим электрогитарам и педалькам.

Включаем в получившийся линейный широкополосный кабинет электрогитару напрямую, и… делаем разочарованное лицо. Не звучит. Пробуем дисторшн – не звучит. Пробуем «акустику» через дисторшн – всё равно не звучит. Звучит только электроакустическая гитара напрямую. Безо всяких педалек.

В чём дело? Ответ очевиден. Нет, не в отсутствии ламп, а во встроенном в акустику совершенно транзисторном предусилителе. Он компенсирует недостатки имеющегося датчика и акустической системы.

Находим информацию по этой теме, смотрим схемы классических ламповых электрогитарных комбо. Все они содержат одну очень важную деталь: tone stack, или темброблок, если по русски. Этот темброблок сильно вырезает средние частоты. В те доисторические времена, когда мастера фирмы Гибсон каменными топорами вырубали свои Лес Полы из цельных стволов красного дерева, а усиление было чисто ламповым, лампы были дорогими, а трансформаторы для них громоздкими. Поэтому темброблоки делались пассивными, состоящими только из резисторов и конденсаторов и – очень редко – из катушек индуктивности (по тем же причинам).

Выглядели они вот так:

Как мы видим, никаких операционных усилителей, и всё звучало. Смотрим на АЧХ этих темброблоков. Вот известный всем Fender Bassman:

А вот Marshall Plexi:

Картинка не очень чёткая, но хорошо виден провал в области средних частот.

Итак, имеем:

Подъём «низов» в области 80÷100 Гц. Имеется в виду гитарный «низ» (открытая первая струна 81 Гц).
Впадина на уровне 500÷700 Гц. Её глубина 6÷22 дБ, в зависимости от положений регуляторов.
Подъём в области 3÷4 кГц, «верхние» электрогитарные частоты.

Теперь – почему так? 1. Дело в том, что магнитный звукосниматель на электрогитаре воспринимает не само отклонение струны от положения равновесия, а скорость изменения магнитного поля, а она пропорциональна скорости движения струны, а не её амплитуде. Скорость движения струны тем выше, чем выше частота колебаний (читай – зажатая на грифе нота). Получаем фильтр ВЧ первого порядка. 2. Если брать нековый датчик, то он расположен рядом с последним, 24-м ладом грифа, то есть делит струну примерно на четыре части. Смотрим рисунок:

Расположенный таким образом датчик лучше всего будет воспринимать не основную, а вторую гармонику звучащей открытой струны, или первую гармонику струны, зажатой на 12-м ладу. Для первой струны это нота «ми» (~648 Гц). Другими словами, флажолет на 12-м ладу – это самый яркий звук, который «слышит» нековый хамбакер. Кстати сказать, 4-ю гармонику открытой струны он почти не слышит. Это тоже видно на рисунке. Никакой электроники, чистая механика.

Интересную статью про усиление электромагнитного звука читаем здесь. 3. Теоретически, идеальный магнитный звукосниматель должен очень хорошо воспринимать верхние частоты, но это совсем не так. Обычный звукосниматель имеет подъём АЧХ только до 3÷5 кГц. Дальше идёт резкий спад. Дело в том, что основной элемент звукоснимателя (особенно хамбакера) – электромагнитный сердечник – имеет значительную ширину и гистерезис. Если длина полуволны колебания на струне оказывается меньше, чем ширина магнита, то струна не в состоянии изменить магнитное поле по всей ширине звукоснимателя одновременно. Нет изменения магнитного поля, нет и полезного сигнала, мы ничего не услышим.

Следующая причина чисто электротехнического характера. Катушка звукоснимателя имеет несколько тысяч витков и намотана на сердечник, следовательно, имеет значительную индуктивность и до кучи межвитковую ёмкость. Эти индуктивность и ёмкость работают как пассивный фильтр низких частот.

Получаем, что и на верхние частоты классический хамбакер глуховат. С синглами сигнал немногим широкополоснее. Поэтому производители, такие как EMG, выдумывают всякие рельсовые, сверхтонкие датчики и активные хамкэнселеры.

Чтобы магнитный датчик звучал без перегруза, приходится сильно задирать низы и давить середину. Зато есть «мясо» и так называемый презенс – подъём АЧХ в области верхней середины (наши 3-4 кГц). Поэтому же так хорошо хамбакеры звучат через всякие драйвы и дисторшны.

Итак, всё просто. Нужно спаять такую примочку, в которой уже будет серединовырезающий темброблок. Пробуем:

В этой простой и популярной примочке на выходе уже стоит темброблок, как на олдскульных Marshall Plexi. Вот круто, даже думать не придётся. Паяем, подключаем, слушаем.

Первый недостаток – очень маленькая громкость на выходе. Исторически так сложилось, что на электрогитары ставили пассивные хамбакеры (см. выше). Чтобы выжать из них максимум сигнала, у электрогитарных усилителей делали вход с очень большим сопротивлением, то есть, ставили повторитель на входе. У нас фильтр на выходе примочки состоит из резисторов очень большого номиналата (до 1 МОм!) и повторителя после себя не содержит, следовательно, он обязан быть на входе следующего за ней усилителя. Без него звук получается очень тихим, теряются низы. Мне пришлось включать эту педаль транзитом через другую педаль, имеющую повторитель, не выключаемый на чистом звуке. Сигнал стал нормальной громкости.

Во-вторых, да, у примочки хорошие жирные низы, рычащая середина, но по верхам есть призвуки, песок и скрежет. Пришлось совсем выключить высокочастотный динамик на кабинете (ранее я впаял для этого специальный тумблер). Теперь звук стал похож на настоящий электрогитарный. Песка нет, всё жужжит и рычит, но было несколько «но»:

Неудобно каждый раз щелкать кучей тумблеров и крутить ручками громкости на разных педалях и усилителе.
Хотелось правильного и тёплого звука, не зависимого от типа подключаемой гитары и усилителя.

Есть куча статей про чётные гармоники, ассиметричное ограничение, про «тёплый ламповый» звук, про «мягкие» нелинейные искажения и другие маркетинговые уловки для малограмотного населения, однако мало где пишут про самое важное. «Правильный» ламповый усилитель не воспроизводит частоты выше 5 кГц. Дело в том, что для корректной работы радиолампы нужно большое напряжение питания, до 1 кВ. Вдумайтесь, 1000 вольт – это не шутки. Кроме того, она (радиолампа) не способна отдавать большой ток. Чтобы подружить её с акустической системой (динамики которой обычно имеют сопротивление 4÷8 Ом), использовали согласующий трансформатор. Этот трансформатор – жутко инертный элемент (также как и хамбакер). Из-за потерь в обмотках и сердечнике он не передаёт на выход высокие частоты.

На старых, по-настоящему винтажных усилителях (читаем статью «Fender Bassman» навсегда») наряду с огромным корпусом, стояли низкочастотные динамики, которые не то, что верхние, даже средние частоты, и те – воспроизводят с трудом. Опять же вырезанный верх, никакой широкополосности. Плюс к тому, современный транзисторный усилитель охвачен глубокими обратными связями, чтобы максимально линейно воспроизводить весь диапазон частот (в идеале 20 Гц — 20 кГц) без искажений. Старый ламповый усилитель таких связей почти не имел: нужно было получить максимум усиления при минимуме затрат на трансформаторы и лампы. Отсюда компрессия сигнала и «тёплые» нелинейные искажения во всём динамическом диапазоне.

Получается, чтобы сделать транзисторный усилитель с «тёплым ламповым» звуком, нужно этот усилитель слегка испортить. Необходимо сделать верблюдоподобную двугорбую АЧХ, полностью вырезать верхи выше 5 кГц, и ни в коем случае не ставить ВЧ-динамики. Долой ВЧ из спектра! Есть специальные схемы фильтров – спикерсимуляторы. Они включаются между электрогитарой и входом обычного широкополосного усилителя или звуковой картой компьютера, отфильтровывают всё лишнее, и имитируют «тот самый» звук.

Нашёл в интернете статью про спикерсимуляторы. Вот ссылка.

Смотрим АЧХ спикерсимулятора:

Вот оно! То, что нам нужно. Обратите внимание. Два горба – на 100 Гц и на 3,5 кГц. Между ними провал по средним частотам. Кроме этого, в отличии от предыдущих пассивных схем, здесь резко вырезано всё, что выше 4 кГц. Смотрим схему спикерсимулятора:

В центре стоит знакомый нам tone stack. На выходе стоят два одинаковых звена (обвёл синим). Каждое такое звено – это фильтр низких частот. Известен под названием «фильтр Сайлена-Ки» второго порядка.

Пара слов о фильтрах (для тех, кто не в теме). Если взять обычный RC-фильтр, он (упрощённо) устроен следующим образом.

Конденсатор пропускает переменный ток не как кусок обычного медного провода. Он тоже имеет своё сопротивление. Оно называется ёмкостным. Его величина зависит от частоты и определяется по формуле 1/(2πfС). Для постоянного тока (f=0) сопротивление бесконечно большое, а с ростом частоты плавно убывает, пока не станет очень маленьким, пренебрежимо маленьким, почти равным нулю.

Смотрим на схему. Резистор и конденсатор включены последовательно. Их можно считать обычным делителем напряжения. При отсутствии нагрузки ток в них протекает одинаковый. Тогда Uвых=Uвх(Xc/(Xc+R)). Если пренебречь сдвигами фазы и сильно всё упростить, то до тех пор, пока Хс сильно больше, чем R, такой фильтр пропускает напряжение со входа на выход, почти его не ослабляя. С ростом частоты Хс плавно падает. На некоторой частоте, называемой частотой среза, они становятся примерно равными. Дальше сопротивлением Хс пренебрегать уже нельзя. Через него на землю начинает «утекать» ток. Нижнее плечо делителя (включённый параллельно выходу конденсатор) значительно уменьшает своё сопротивление. Вместе с ним уменьшается и напряжение на выходе. Фильтр начинает также плавно ослаблять сигнал. Если взять частоту сильно большую, чем частоту cреза, то можно считать, что фильтр имеет постоянный наклон характеристики 6 дБ на октаву, то есть при увеличении частоты сигнала в два раза его амплитуда уменьшится тоже в два раза. Такой фильтр называется фильтром первого порядка (кто не в теме – теперь будьте в теме).

Главный недостаток такого фильтра – его «плавность». Смотрим АЧХ на рисунке. В отличии от идеальной (показана красным), АЧХ реального фильтра имеет очень плавный перегиб и совсем небольшой наклон. Чтобы ослабить сигнал какой-то заданной частоты (скажем, раз в десять), надо, чтобы она (частота) была в десять раз выше частоты среза. На практике же – ещё выше, раз эдак в 20÷30 (перегиб-то очень плавный). То есть, таким фильтром не получится пропустить нужные нам 3,5 кГц и резко, как топором, отрубить всё, что выше. Поэтому для построения разных «улучшайзеров» и эквалайзеров используют, в основном, фильтры на операционных усилителях (фильтр Сайлена-Ки и подобные ему).

В схеме спикерсимулятора Marshall таких фильтров аж два. Использование нескольких фильтров последовательно позволяет получить фильтр любого нужного порядка и любой нужный коэффициент ослабления. Да здравствуют операционные усилители, которые позволяют так сделать!

Я спаял такой фильтр, включил его между своей самодельной примочкой и входом усилителя, и (о, чудо!) всё зазвучало. Мощные басы, резкий, звонкий презенс, и почти нет песка в звуке.

Теперь осталось собрать все полученные знания в кучу и спаять пару «правильных» педалек для игры в линию, подходящих как для электроакустики, так и для обычной электрогитары.

————

Практические примеры

Krank Distortus Mod

Идея очень простая – берём пару проверенных схем олдскульных примочек, сделанных для игры в ламповый комбо, и дооснащаем их системой дополнительных повторителей и фильтров. Таким образом, делаем их универсальными и пригодными для игры на любой гитаре, не только в комбо, но и в линию.

Первым был уже известный Krank Distortus Maximus. Я сделал к нему следующий мод:

Разберём его работу подробнее. Конденсатор С1 является разделительным. Резистор R5 включен в цепь эмиттора транзистора, поэтому для расчёта входного сопротивления схемы его надо увеличить в бета раз. Возьмём бета ~300. Получим 117 кОм. R4 и эквивалентный (увеличенный в 300 раз) R5 включены параллельно на «землю». Их общее сопротивление (43х117)/(43+117)=31 кОм. Пусть выходное сопротивление гитары равно 5 кОм. Получаем на входе RC-фильтр высоких частот с сопротивлением R=31k+5k=36k и ёмкостью С=С1=4,7 нФ. Вычислим частоту среза. 1/(2πfС)=941 Гц. Значит, коэффициент усиления будет плавно возрастать примерно до 941 Гц. 941>648, то есть подъём средних (или спад нижних, что одно и тоже) частот будет достаточным, чтобы нормально перегружалась нота «ми» на 12-м ладу.

Далее, в коллекторе транзистора есть R3, после транзистора стоят R6, R7 и микросхема LM386 со входным сопротивлением 50 кОм. Последовательно с ними есть конденсаторы C2, C3. Компонентов много, грубый расчёт даёт нам ещё один ФВЧ первого порядка с частотой среза 150-200Гц и небольшим ослаблением низов (81Гц ~3дБ). Так как у акустической гитары на борту уже есть предусилитель, в её спектре мало средних частот, такой «довырез» низов будет очень кстати. R7 просто регулирует коэффициент усиления до микросхемы. Дальше – интереснее. Конденсатор С4 совместно с резистором R6 образуют фильтр низких частот с частотой среза 2,5÷3 кГц, который вырезает «лишние» гармоники и акустические призвуки из спектра ещё до ограничения сигнала по амплитуде. Очень полезная штука. Теперь спектр акустики не будет сильно отличаться от электрогитарного. Оставляем всё как есть.

После рассчитанного фильтра идёт микросхема LM386N-3. Это усилитель класса «Б». Класс «Б» – значит с небольшими (мягкими) нелинейными искажениями. Для нас – самое то.

Эта микросхема выполняет роль нелинейного элемента (лампы): даёт большое усиление, перегружается по питанию и обеспечивает кучу нужных нам нелинейных искажений. Цифру и букву в названии микросхемы можно брать любую, на звук существенно влиять не будет. Корпус лучше DIP-8, так удобнее паять.

Далее идёт старый маршалловский темброблок. По современным меркам он очень примитивен и умеет только одно – ослаблять средние частоты (поднять их или получить линейную АЧХ не получится), но все номиналы подобраны как раз под электрогитару. Изначально темброблок проектировался, чтобы работать с «ламповыми» сигналами напряжением около 500 В, поэтому номиналы резисторов взяты очень большими, а конденсаторов – очень маленькими. Иначе он бы просто перегрелся и сгорел. У нас амплитуда сигнала всего 4,5 В. Для удобства я уменьшил номиналы резисторов в пять раз. Соответственно, в пять раз увеличил номиналы конденсаторов, чтобы частоты среза остались на месте. Обратите внимание на резистор R11, в оригинале он был логарифмическим на 1 МОм, но по логике вещей теперь должен стоять логарифмический резистор на 250 кОм. Однако нам известно, что логарифмический резистор имеет рабочее (среднее положение) в точке 10÷20% от номинала. Смотрим картинку АЧХ маршалловского темброблока:

Поэтому для простоты можно уменьшить его ещё раза в три-четыре, и взять с линейной характеристикой, как я и поступил.

Итак, пусть R11=47 кОм. Я пересчитывал все частоты среза на листе бумаги и в программе Tonestack Calculator. АЧХ искомого фильтра и моего абсолютно одинаковые, ничего не изменилось.

После темброблока идёт фильтр высоких частот. Я взял за основу AMZ Speakersim и уменьшил номиналы резисторов с 12 до 10 кОм, чтобы подвинуть частоту среза с 3,5 до 3,9 кГц.

Первый операционный усилитель выполняет роль простого повторителя между пассивным темброблоком и фильтром, идущим далее.

С точки зрения схемотехники этот фильтр имеет второй порядок, хоть в нём и три конденсатора (потому что между первой и второй RC-цепочкой нет отдельного повторителя). Поэтому я поставил две дополнительные RC-цепочки.

Смотрим конденсаторы С10 и С12. Теперь фильтр стал иметь четвёртый порядок (как у «маршалла»), а частота среза вернулась на место, примерно на 3,5 кГц. Теперь можно играть даже через домашний музыкальный центр.

Собрал всё на макетной плате. Вот фото оригинального Krank Distortus и того, что получилось у меня.

Это первая педаль, звук которой меня устраивает, и в которой не захотелось ничего переделывать. Записывать звук с домашнего кабинета мне нечем. Можно было бы воспользоваться специальным плагином для записи электрогитары, но нас ведь интересует звук без обработки, в линию; поэтому просто выложу ссылку на звучание оригинала через комбо:

Так как я ничего не изменял, кроме выходного фильтра, то звучит очень похоже, только никаких специальных плагинов и «гитар ригов».

Ibanez Tube Screamer Mod

Пока я баловался вечерами с вышеперечисленными примочками, продалась моя электрогитара. Зато я стал обладателем акустической гитары Morris W20 (как на фото в части III) и звукоснимателя Skysonic T903 к ней, вот такого:

Этот звукосниматель содержит сингл (а точнее humcanceler), микрофон для передачи «живого» акустического звука и встроенный предусилитель, но не имеет регулировок тембра.

По этой причине следующей задумкой стал предварительный усилитель с двумя раздельными каналами – чистым акустическим (с регулировками ВЧ/НЧ/СЧ)и перегруженным, с регулировкой Tone. Хотелось предварительный усилитель для фингерстайла, как в этом видео:

Кстати, на концерте группы «Воскресенье» Сапунов пилил электроакустическом Takamine отличные тягучие соло через перегруз. Сам видел.

Мне захотелось также.

За основу для чистого канала взял фильтр под названием Tone Mender. Для перегруженного канала за основу взял Ibanez Tube Screamer TS-9, а точнее, его клон. Я оставил саму идею (форму АЧХ), но собрал всё на операционных усилителях и доработал фильтры на входе и выходе.

Вот, что у меня получилось:

Чистый канал – здесь всё просто. Это тот же маршалловский tone stack. Если ставить линейный резистор Bass, лучше взять номинал чуть меньше, на 330 кОм, чтобы рабочая область была на «12 часов». На входе перед темброблоком – неинвертирующий усилитель с большим входным сопротивлением. Это чтобы увеличить амплитуду сигнала и компенсировать его последующее затухание в темброблоке (3÷14дБ). После него – обычный повторитель, чтобы можно было подключаться в любой оконечный усилитель, не заботясь о его входном сопротивлении.

Перегруженный канал – доработанный Ibanez Tube Screamer. На входе повторитель. За ним ФНЧ (смотрим на R16 и конденсатор С12) с частотой среза 2,4 кГц. На втором операционном усилителе собран ФВЧ, дающий подъём АЧХ до 740 Гц. ФНЧ и ФВЧ, включённые последовательно, дают нам полосовой фильтр средних частот. Чуть меньше песка в звуке, возможность подключения акустической гитары. На этом же, втором ОУ происходит ограничение сигнала по амплитуде.

Ограничение происходит за счёт диодов D3, D4, D5. Пробовал разные сочетания. Симметричное и асимметричное ограничение действительно отличаются на слух. При асимметричном появляется больше рычания в звуке. Форма сигнала имеет значение. Можно попробовать в качестве D5 использовать светодиод. У меня наиболее «ламповый» звук получился именно при таком сочетании диодов и конденсаторе 47 пФ. Осциллограмма должна быть вот такой:

Асимметрия отрицательной и положительной полуволн даёт разное количество диодов в верхнем и нижнем плече отрицательной обратной связи. Конденсатор даёт плавно скруглённые углы и небольшой скос основания трапеции (теоретически он имеет форму экспоненты). Да здравствуют чётные гармоники!

После ограничителя идёт выходной темброблок. Он собран на операционном усилителе (IC2b).

По смыслу это тоже ФНЧ первого порядка (кто бы мог подумать?), только его частота среза может перестраиваться потенциометром Tone A20k примерно от 700 Гц, до 3,8 кГц.

У оригинальной схемы есть проблема: если Тоne убавить, звук получается приятный, но мутноватый, неяркий. Если чуть прибавить – становится много песка в звуке, целый песчаный карьер. Фильтра первого порядка не хватает, чтобы в достаточной степени погасить нежелательные верхние частоты. По этой причине я добавил конденсаторы С13, С14, С15 по 33 нФ. Они образуют с соответствующими резисторами 1кОм дополнительные RC-фильтры.

Частота среза чуть уползает вниз. Поэтому R11 уменьшил до 180 Ом. Суммарный фильтр имеет уже третий порядок (не забываем ещё про полосовой фильтр на входе). Этого хватает, чтобы убрать лишний «песок» и создать ламповый звук. Тубскример переводится как «ламповый крикун».

Если будет не хватать «песка и железа» в звуке, номиналы С12 и остальных «синих» конденсаторов на схеме следует уменьшить раза в полтора.

Всё это я тоже собрал на макетной плате. Перегруз собирал на микросхеме TL074 – это четыре ОУ в одном корпусе и никаких отдельных транзисторов. Получилось очень компактно. После многочисленных проб и переделок, упаковал плату в корпус от пульта сварочного автомата. Корпус, правда, огромный, зато винтажно.

При такой схеме у готового предусилителя должно получиться семь потенциометров и две кнопки байпасса (отдельная на каждый канал), но мне стало лень. И так огромное количество крутилок, отверстий и проводов. Решил упростить монтаж. Преамп для чистого канала у меня включен постоянно, поэтому отдельный байпасс для него делать не стал, собрал всё напрямую.

Регулятор громкости Level чистого канала заменил резистором на 100 кОм. Снаружи корпуса остались только крутилки темброблоков и гейн – лень было сверлить корпус.

Получилось вот так:

В завершение хочу сказать: обе описанные примочки можно подключать в комбо, также как и обычные педали. Подобным образом можно доработать любую аналоговую схему гитарных эффектов. Сделанные мной доработки добавляют им универсальности и снижают требования к характеристикам музыкального инструмента, оконечного усилителя и акустической системы.

________________________________

Список использованных источников:

— Хоровиц, Хилл — «Искусство схемотехники»
— Guitar-Gear.ru
— guitar.ru/articles/pickup/sound-pickup_318.html
— seymourduncan.com

Автор: Юрий Вершинников