Главная Форум Интернет-магазин
Реклама  |  О проекте  |  Обратная связь

 

 

 



 

Сделай сам

Дисторшн для акустической и электрогитары (ч.I)


      Автор: Юрий Вершинников
      Дата публикации: 19 октября 2018 г.

Часть I. 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:

Схема включения операционного усилителя

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:

Питание операционного усилителя

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

Питание операционного усилителя со средней точкой

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, неинвертированный), 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).

Разделительный конденсатор на входе и выходе гитарной примочки

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:

Схема гитарной педали DOD Overdrive 250

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 неинвертирующим 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.

Ограничение гитарного сигнала по амплитуде

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.

На какое-то время я на этом и успокоился.

Дисторшн для акустической и электрогитары (ч.II)
Дисторшн для акустической и электрогитары (ч.III)


При использовании данной статьи на других Интернет-ресурсах указание автора и прямая ссылка на guitar.ru обязательна!
распечатать
статью
подписаться на
RSS-канал
отправить
другу
подписаться
на рассылку
мы
ВКонтакте
мы в
LiveJournal
мы в
Twitter



Имя:
Ваше мнение:
Введите символы на картинке:


Последние сообщения:

22.10.2018, Михаил
Какой смысл это публиковать? Схема DOD Overdrive легко ищется по Сети и валяется на всех ресурсах по гитарной схемотехнике. Авторские сэмплы отсутствуют, описание схемы такое, что волосы на заднице встают дыбом. Зачем этот "Vasya Pupkin Production"?
22.10.2018, Гость
Частоты среза.
22.10.2018, Гость
Да, согласен. Здесь я "загнул". Да среза, если их посчитать, окажутся довольно низкими. Такие фильтры слабо ослабляют низы, (например, в сравнении с фильтром на TS-9)однако, это, всё таки,- ФВЧ. В первой части статьи я не хотел вводить ни каких расчётов. Какое я имею право рассчитывать частоты среза, если ещё не рассказал, что такое фильтр? Схему взял готовую, спаял,проверил её, и выложил, ради примера. Дальше всё более подробно.
Однако,
22.10.2018, Михаил
(читать снизу вверх) ... Но зачем Кеттнерс использовал задержку, пока загадка. Надо будет спаять для интересу.
22.10.2018, Михаил
...берётся фактически производная сигнала (сигнал минус его задержка), каковая и ограничивается. Это можно понять следующим образом: - Берём дифференциатор на опере. Он реализуется гораздо проще - типовая схема с одним конденсатором.Зачем тут задержку лепить, интересно... - Дифференциатор имеет частотку с подъёмом 6дБ/Октаву. - При ограничении конечно же будут лучше слышны верхи в силу частотки. Но зачем Кеттнерс использовал задержк
22.10.2018, Михаил
...Так что все сравнительно мощные и нелинейные цепи лучше повесить на массу. Разработчик прав на 100500%. >В Советском Союзе это же решение придумал учёный-радиолюбитель по имени В.Кетнерс, спаял и описал его в статье Ограничитель сложного сигнала. Извиняюсь, но в приведенной статье (кстати, спасибо за ссылку, раньше почему-то не читал) принцип совсем иной: берётся фактически производная сигнала (сигнал минус его задержка), каковая и ог
22.10.2018, Михаил
>Если включить нижнюю ножку резистора не на «минус» питания, а между резисторами 20 кОм, то конденсатор 0,05 мкФ не нужен. Используемый пассивный делитель средней точки не идеален. Во первых, имеет какое-то сопротивление даже переменному току, не говоря уж о постоянном. Во вторых, при несимметричном перегрузе опера (самого опера - при ограничении по питанию) на средней точке появится какая-то постоянная составляющая. Так что все сравнит
22.10.2018, Михаил
Может, фильтр тут на самом деле зарыт в цепи ООС? Резистор (47кОм+переменник 500кОм) || 1МОм совместно с ёмкостью 0.05мкФ. Посчитаем по "наилучшему" случаю: переменник в нуль, максимальный гейн. 67Гц. Тоже маловато, это как раз низ диапазона гитары.
22.10.2018, Михаил
... 1МОм на входе. Сигнал подаётся на неинвертирующий вход - в таком режиме опер имеет бесконечное (в идеале) входное сопротивление. То есть, если принять линейную модель, входное сопротивление тут (10кОм+1МОм) - при таком большом сопротивлении фильтра тут не будет.Расчет на калькуляторе даёт нижнюю граничную частоту 15Гц. Зачем же тогда дополнительно резистор 10кОм? А бог его знает. Вряд ли опер тут перегружается по входу.
22.10.2018, Михаил
Добрый вечер, коллега. Позволю себе замечания/примечания/критику. >Я пробовал электролиты 1 мкФ («плюсом» в схему, «минусом» наружу). На такую ёмкость есть керамические. Они практически вечны, в отличие от электролитов. По схеме "DOD overdrive" >Конденсатор 0,01 мкФ пропускает сигнал через резистор 10 кОм на положительный вход операционного усилителя. Вместе с этим резистором они образуют фильтр высоких частот. Увы, там еще есть сопро 1МОм н

Все сообщения