Черный
гибридный преамп
Автор: Антон Немчинов Ant067@mail.ru (C) 2005 |
|
В настоящее время развитие электронной аппаратуры для обработки сигнала электрогитары идет несколькими направлениями. Одни конструкторы стремятся воспроизвести известные знаменитые звучания прошлых лет, увлекаясь имитацией готовых образцов. Немало и людей, которые являются адептами лампового звука, конструируя преампы для гитары исключительно на лампах. Другие занимаются поиском новых и необычных звучаний, порой весьма экзотических. Сейчас выпускается множество устройств, содержащих в себе ламповый преамп, цифровой блок эффектов и микропроцессорную систему управления с MIDI - интерфейсом. Но надо заметить, что как правило, в устройствах подобного класса схема ограничения и преобразования гитарного сигнала строится на аналоговых элементах. К сожалению, цена таких гитарных процессоров с хорошим, качественным звуком довольно высока, что делает их малодоступными для многих музыкантов. В последнее время все большее распространение получают программные эмуляторы, превращающие компьютер в крутой процессор эффектов для электрогитары. Однако, следует признать, что алгоритмы обработки гитарного сигнала в режиме ограничения в реальном времени еще весьма несовершенны. Причиной этого, на мой взгляд, являются достаточно сложные физические процессы, происходящие при рождении хорошего звучания электрогитары. Математически точное описание физического процесса преобразования гитарного сигнала с большим вероятностным количеством различных по своей природе явлений и факторов, так или иначе влияющих на этот процесс, потребует просто огромных вычислительных ресурсов. И если это проблема и будет решена, то не в самое ближайшее время. Да и вообще, по - моему мнению, будущее все - таки за аналоговыми устройствами преобразования гитарного сигнала. На это существует множество объективных причин, в принципе, понятных многим, а поэтому не будем останавливаться подробно на этом моменте. К тому же, это достаточно объемная тема, требующая отдельного рассмотрения. Так уж сложилось, что я увлекся конструированием примочек и преампов для гитаристов, играющих в тяжелых и экстремальных стилях и направлениях современной музыки. За определенное время у меня сформировался свой подход и появились интересные идеи, которые я весьма успешно реализую на практике, изготавливая устройства преобразования гитарного сигнала с хорошим и качественным звучанием. Чаще всего я занимаюсь, можно сказать, почти чистым творчеством, конструируя преамп или примочку для гитариста подчас в одном - единственном экземпляре, имеющем свой неповторимый характер звучания. Я придерживаюсь следующей точки зрения: в какой - то степени гитарный преамп, например, талантливо разработанный и качественно изготовленный, сам по себе является музыкальным инструментом, или, по крайней мере, важнейшим элементом звукоформирующей цепи. Подчас только хорошей настройкой и подбором элементов можно достичь неплохих результатов. А применение оригинальной схемотехники и новых конструкторских решений позволяет создавать преобразователи с широкими возможностями формирования спектра сигнала электрогитары. Надеюсь, моя позиция не окажется слишком категоричной, если взглянуть на ход изложения моих мыслей, как на попытку описать свое видение современного тяжелого звучания электрогитары. К тому же я просто стремился к тому, чтобы рассказать о своем опыте и поделиться накопленными знаниями. Как я пришел к идее гибридного преампа В свое время я собирал и играл на многих примочках, предназначенных для использования в тяжелых стилях. Например, копировал, а затем и модифицировал схему DOD FX-86 Death Metall. Изготавливал также такие устройства, как Boss MT-2 Metall Zone, Boss OD-2R, Marshall JH-1 Jackhammer, Sans Amp GT-2 и многие другие. Затем увлекся ламповыми преампами, а позже и постройкой ламповых комбо. Для себя собрал однотактник на 20 Вт. Усилитель комба работает на два динамика 8ГД-2. В общем - то, здесь все понятно, выбор однозначно в пользу лампового аппарата ввиду его явного превосходства над остальными устройствами усиления гитарного звука. Глубокие различия в характере звучания ламповых и полупроводниковых овердрайвов и дисторшнов, а также тембральная зависимость состава спектра от вида ограничения навело меня на некоторые мысли, которые не только оказались правильными, но и получили активное развитие в дальнейшем. Делений по типу ограничения существует не так уж и много. Разумеется, это весьма приближенное рассмотрение, но уже становится ясно, что различные по типу ограничения сигнала устройства будут иметь и разные спектры выходных сигналов с различным составом характерных обертонов, этими важнейшими составляющими спектра. А ведь надо учитывать еще и то, что реальный сигнал электрогитары после преобразования может иметь самую разную форму - частично прямоугольную, пилообразную, треугольную или колоколообразную, дифференцированную и т.д. Существует и другой важный аспект. Это наличие в спектре четных или нечетных гармоник, или и тех и других вместе в различных пропорциях.
Кстати, занимаясь сборкой ламповых преампов, я обратил внимание на одну
особенность, Ламповая схемотехника гитарных преампов "крутится"
в основном вокруг изменения режимов ламп, номиналов корректирующих цепей
и определенным балансом или соотношением коэффициентов усиления каскадов.
Да, конечно, спору нет, звучание хорошего лампового преампа просто замечательное!
Но есть и образцы полупроводниковой схемотехники, звучащие не менее достойно,
хотя и несколько по - иному. Развивая эту идею, я пошел еще дальше и стал конструировать полностью гибридные преампы, содержащие в себе два, три и даже четыре различных по типу преобразователей, используя объединение свойств ОУ, ламп и транзисторов не только в одном преобразователе, но и складывая спектры, различные по составу гармоник и обертонов с разных по типу преобразования устройств. Так появилась идея создания гибридного преобразователя гитарного сигнала с новым, мощным и тяжелым звучанием. Естественно,
подобное устройство будет иметь большое количество органов управления.
Но, к примеру, на аналоговом синтезаторе их тоже хватает, и ничего, музыканты
осваивают навыки работы с ними, играют и творят.
Идея гибридного преампа для электрогитары не нова. В разное время предпринимались более или менее удачные попытки объединить "под одной крышей" различные по типу ограничения устройства преобразования гитарного сигнала. Что это дает? Во-первых, сигнал такого устройства имеет более насыщенный спектр, а следовательно дает более плотное и богатое звучание. Во-вторых, имея несколько устройств преобразования сигнала электрогитары, при записи можно легко реализовать т.н. "истинное стерео", что в настоящее время весьма актуально. В-третьих, и это самое важное, развитое управление уровнями и фазочастотными составляющими сигналов разных преобразователей дает необычайно широкий диапазон настройки итогового звучания, что в свою очередь предоставляет гитаристу более полную творческую свободу. Конфигурация гибридного преампа может быть любой - здесь все зависит от фантазии конструктора и целесообразности применения. Например, неплохо звучит такой вариант: классический дисторшн и преобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное (т.н. триггер Шмита) в сочетании с компрессором и формантными фильтрами. Или, например, глубокий овердрайв и жесткий частотный компрессор, выделяющий среднечастотные составляющие сигнала. Здесь описывается гибридный преамп, состоящий из трех каналов: лампового классического Overdrive, глубокого тяжелого Distortion и канала чистого неискаженного звука. Причем канал чистого звука является отдельным и независимым, а каналы Overdrive и Distortion работают параллельно с раздельной регулировкой уровней и тембров. Такая конфигурация преампа обеспечивает весьма широкий диапазон его практического применения - от блюза до экстремального Death Metall. Блок - схема гибридного преампа, названного мною "Черный гибридный преамп", показана на рисунке 1. Как видно, преамп состоит из четырех функциональных блоков: 1) канал чистого звука с
темброблоком, конструктивно объединенным с эмиттерным повторителем для
каналов Overdrive и Distortion;
В принципе, схемы блоков, с небольшими изменениями, позаимствованы из различных источников, так что я не претендую на особую оригинальность. При разработке преампа основное внимание уделялось правильному согласованию каналов по фазе и АЧХ, а также тщательной настройке всех каскадов. Объединение в одном устройстве именно овердрайва, собранного на лампе и суперперегруза на интегральных микросхемах выбрано не случайно. Суммарный сигнал этих устройств образует спектр, весьма привлекательный в плане звучания. И что немаловажно, развитое раздельное управление тембрами этих устройств позволяет без особых затруднений выстраивать именно тот саунд, который необходим. Канал Clean Рассмотрим более подробно схемотехнику отдельных блоков преампа. Схема канала чистого звука и эммитерного каскада для каналов перегруза показана на рисунке 2. Идея позаимствована с замечательного сайта www.RunOffGroove.com. Разумеется, вместо примененной схемы можно встроить любую другую, но, во-первых, этот преамп предназначен в основном для игры на перегрузе и поэтому канал чистого звука упрощен преднамеренно, а во-вторых, как показали испытания, при правильной настройке схема с RunOffGroove.com звучит очень даже неплохо, процентов примерно на 60 как лампа.
Собственно, по вышеизложенным причинам применен и пассивный "однорукий" регулятор тембра. Несмотря на свою простоту, с его помощью можно нарулить множество звучаний, к тому же он не "убивает" "теплый" звук полевого транзистора. При настройке подстроечным резистором 100к необходимо выставить напряжение на стоке полевого транзистора, примерно равное половине напряжения питания. Можно также поэкспериментировать с резистором 100 Ом фильтра по питанию, увеличивая его номинал. Как правило, при снижении напряжения питания (до разумных пределов, конечно) звучание полевого транзистора только улучшается. При отсутствии J201 можно смело ставить наши КП303, работают на "ура". Контакты SA1.1 замыкают вход эммитерного повторителя на "землю" в режиме, когда работает только канал Clean. Выход А подключается ко входу канала Overdrive, а выход В - на вход канала Distortion. Выход С подключается на соответствующий контакт реле электронного переключателя. Канал Overdrive Схема канала Overdrive довольно типична и не нуждается в особых пояснениях, однако выделю основные отличия от стандартной схемотехники. Выбор лампы 6Н9С обусловлен ее безоговорочным превосходством над 6Н2П-ЕВ при низком напряжении питания (порядка 12В), используемом в преампе. Кроме того, "древняя" лампа 6Н9С дает более жирное и сочное звучание по сравнению с 12AX7, например. Впрочем, если кто-то предпочитает более прозрачное и тонкое звучание "американки", можно применить и ее. Как видно на рис.3, входной каскад построен по схеме формантного фильтра, введенного в режим ограничения по питанию. Такое включение ОУ позволяет резко снизить уровень шумов и наводок. Далее сигнал поступает на простой диодный ограничитель. В качестве ограничительных диодов применены красные 3,5мм светодиоды. Ламповый каскад построен на лампе 6Н9С. Схема включения лампы предельно проста: первый каскад - ограничение с отсечкой, что приводит к появлению большого числа четных гармоник в сигнале, второй каскад - ограничение посредством переусиления. За лампой включен обычный 4-х полосный темброблок по известной схеме. Необычными могут показаться только номиналы элементов темброблока. Единственная причина применения таких номиналов - доступность переменных резисторов с такими значениями сопротивления.
Конечно, были опасения, что включение такого темброблока после лампы существенно повлияет на уровень и АЧХ сигнала. Но испытания показали, что уровень падает незначительно, а пределы и частоты регулирования тембра гитарного сигнала вполне удовлетворительные. Естественно, звучание такого темброблока отличается от звучания темброблока со стандартными значениями номиналов, но нельзя сказать однозначно, что в худшую сторону. По поводу отсутствия ограничительного резистора на выходе второго ОУ было уже сказано довольно много, но как мне кажется, не все до конца понимают главную "фишку" такого схемотехнического решения. Рассмотрим этот момент подробнее. Во-первых, сигнал на вход второго ОУ поступает уже ограниченным по току и амплитуде. Почему это происходит? При достижении амплитуды выходного напряжения первого ОУ равным напряжению источника питания, т.е. примерно ± 5,4В, сигнал начинает ограничиваться на этом уровне и снизу и сверху, что неизбежно приводит к ограничению сигнала по току во внутренних каскадах ОУ. Таким образом имеет место довольно сложный процесс ограничения сигнала, в котором внутренняя структура ОУ имеет определяющее значение для "правильного", т.е. приятного на слух звучания. Именно поэтому для первого каскада был выбран ОУ К140УД6, как наиболее пригодный для использования в таком включении. Совмещение же в каскаде на первом ОУ функций ограничителя и формантного фильтра позволяет добиться на только уменьшения шумов и наводок, но и сформировать сигнал с "нужной" АЧХ для последующей обработки. Во-вторых, не надо забывать, что реакция ОУ на сигнал почти прямоугольной формы с большим содержанием гармоник заметно отличается от реакции этого же ОУ на обычный синусоидальный сигнал. Выходные каскады второго ОУ, работающие на нагрузку в виде светодиодов, начинают работать скорее в режиме усиления тока, а не напряжения, т.к. светодиоды образуют токовую нагрузку для ОУ без токоограничивающего резистора на выходе. А это значит, что при увеличении амплитуды сигнала на входе ОУ увеличивается и ток, необходимый для зажигания светодиодов (так называемый "источник тока, управляемый напряжением"). Отсюда и характерное звучание при таком способе ограничения гитарного сигнала. После темброблока обработанный сигнал поступает на суммирующий каскад. На этот же каскад поступает сигнал с выхода канала суперперегруза Настройка
Настройку канала Overdrive начинают с формантного фильтра. Резистором
470к* в цепи ОС подбирают такой режим переусиления, при котором ОУ уверенно
"грузится", но шумов и возбуждения не возникает. Движок переменного
резистора "Drive" должен находится примерно посередине. В ламповом
каскаде обычно достаточно выставить подстроечным резистором 470к* необходимый
уровень выходного сигнала. Иногда может понадобиться подобрать резистор
смещения 4,7МОм в цепи сетки первого триода для получения нужного режима
ограничения гитарного сигнала. Собственно об этом устройстве уже рассказывалось в проекте "Центр тяжести" на сайте Горафыча, поэтому коснемся лишь основных моментов. Исходный вариант схемы (рис.4) был опубликован в журнале "Радио" №7/96. Автор - Т. Фатыхов. Часть схемы, встраиваемая непосредственно в гитару, здесь не приводится, так как по моему мнению, в настоящее время такое схемное решение on-board преампа не очень актуально.
На ОУ DA1.1 собран полосовой фильтр, на ОУ DA1.2 - усилитель-ограничитель амплитуды сигнала по питанию. Потенциометром Gain устанавливается необходимая чувствительность устройства (именно чувствительность, а не драйв!). Когда напряжение на выходе ОУ DA1.2 достигнет уровня отпирания диодов D1 и D2, RC цепь R7C7 зашунтирует его ООС, резко увеличив коэффициент усиления. В результате этого процесса шумы и наводки будут усиливаться значительно слабее, чем полезный сигнал электрогитары. Дальнейшая обработка сигнала производится отдельно для основной и ВЧ гармоник. Основная, как более низкочастотная составляющая сигнала, выделенная конденсатором С7, интегрируется цепью R8C8 и усиливается до необходимого уровня ОУ DA2.1. Далее сигнал через ФВЧ на элементах R11C11 с частотой среза 35Гц поступает на переменный резистор R12, которым устанавливается баланс между основной и высшими гармониками сигнала. Высшие гармоники на выходе усилителя - ограничителя выделяются ФНЧ на элементах R14C13 и через диоды D3 и D4, отсекающие шумы и помехи, поступают на полосовой фильтр, собранный на ОУ DA2.2. Диоды D5 и D6 вместе с ОУ DA3.1, включенным инвертором, образуют двуполупериодный выпрямитель сигнала, практически полностью подавляющий основную частоту. Этот процесс служит для предотвращения самовозбуждения устройства через звукоснимателя, максимум акустической чувствительности которых находится в полосе пропускания фильтра, собранного на ОУ DA2.2. С нагрузочного резистора R19 сигнал поступает на инвертирующий вход фильтра, собранного на ОУ DA3.2. С помощью потенциометров R21 и R22 можно получать различные по окраске оттенки звучания гитары. С выхода фильтра сигнал через диоды D7 и D8, конденсатор С24 и делитель напряжения R24R25 поступает на потенциометр R12. Через интегрирующую цепочку R13C12 сформированный сигнал подается на выход устройства. Подбором конденсатора C12 устанавливают частоту среза ВЧ. Диоды D7 и D8 служат для того, чтобы при затухании струны гармоники сигнала на выходе примочки пропадали раньше сигнала основного тона. Детали и конструкция
Диоды D1 и D2 - 1N4148, остальные - любые кремниевые маломощные. Пары
диодов D3 - D8 необходимо подобрать попарно с помощью любой приставки
к цифровому мультиметру для подбора пар диодов. Микросхемы К157УД2 отлично работают в это схеме. Я использовал микросхемы до 1988 года выпуска. Странно, но микросхемы, выпущенные до 88г. работают прекрасно, а вот те, которые выпущены позже, не очень. Например, однажды я поставил микросхемы 92г., но сколько не бился, нормального звучания так и не получил. Пробовал также ставить К544УД1А, подобранные по методике для прецензионных ОУ, скорректированные под данную схему. Зря потратил уйму времени и сил. Печатную плату нужно развести со всей тщательностью, придерживаясь правил монтажа УКВ аппаратуры. Кроме того, несмотря на простоту схемы, она обладает не очень хорошей повторяемостью, поэтому необходимо иметь хоть какой-то опыт в конструировании подобных устройств. Печатная плата в формате gif Спикерсимулятор Как оказалось в дальнейшем, приведенная выше схема, наряду с неоспоримыми достоинствами обладает и некоторыми недостатками. Жесткий спектральный состав выходного сигнала устройства требует резкого и глубокого среза ВЧ и формирования правильной АЧХ на этих частотах. Следствием этого является трудно устранимые неприятные призвуки на самых высоких частотах и некоторая "грязь" в звуке и при затухании. Простые RC фильтры не решают этой проблемы вследствие недостаточной крутизны АЧХ. Необходимо отметить, что подбор номиналов элементов схемы не позволяет полностью устранить эти недостатки. Для борьбы с этим неприятным явлением я испробовал самые разные средства. Собирал сложные выходные фильтры, применял различные по типу ограничения схемы вместо ограничителя по питанию, собранного на ОУ DA1.2 и даже подключал перед основным ограничителем специальное устройство предварительного одностороннего ограничения сигнала. Но все эти варианты отпали, когда я подключил на выход Super Distortion только что собранную схему Condor Cab Sim (взятую все с того же сайта www.RunOffGroove.com). Исчезли паразитные выбросы на ВЧ, звук приобрел гладкость и глубину. Три переменных резистора, которыми настраивают тембр, как оказалось, можно крутить, как угодно - звучание не испортишь! Конечно, для работы с каналом Super Distortion номиналы частотно - задающих цепей спикерсимулятора требовалось подкорректировать (благо об этом процессе весьма подробно рассказывалось в описании к Condor Cab Sim на том же сайте). Схема спикерсимулятора с измененными номиналами корректирующих элементов для работы совместно со схемой суперперегруза приведена на рис.5.
После спикерсимулятора сигнал поступает на суммирующий каскад. Регулятор Volume одновременно служит регулятором громкости канала Super Distortion. Как правило, при безошибочном монтаже и заведомо исправных деталях обе схемы не требуют налаживания и начинают работать сразу же. Единственное, что нужно сделать, это выставить в Condor Cab Sim подстроечным резистором в стоковой цепи полевого транзистора напряжение примерно 5,5 вольт. Вот собственно и все о канале Super Distortion. Суммирующий каскад и схема переключения каналов Каскад, суммирующий сигналы обеих каналов, собран на зарубежной микросхеме LM386. Схема показана на рисунке 6 и не нуждается в особых пояснениях ввиду своей простоты. Подстроечным резистором 22кОм выставляют необходимый уровень общего сигнала. Контакты SA1.2 принадлежат реле, которое переключает каналы "чистый/эффект"
Схема переключения каналов приведена на рисунке 7. Она собрана на цифровой КМОП микросхеме К561ЛА7. При монтаже реле Р1 необходимо разместить как можно ближе к входному разъему преампа. Каналы переключаются однократным нажатием на микрокнопку Кн1.
Вместо послесловия Музыканты, которые играют в тяжелых стилях, предпочитают, как правило, инструменты с активной электроникой, т.е. со встроенным усилителем - буфером. Чаще всего буферный усилители для гитарных датчиков выполняют на ОУ. Применение ОУ позволяет получить мощный сигнал с малым уровнем шумов. Я собираю буферы для датчиков по известной схеме, показанной на рисунке 8.
На первый взгляд выбор микросхемы К140УД1Б может показаться не совсем удачным. Но мне кажется, что схема включения этого ОУ и способ коррекция АЧХ не менее удачен, чем, например в статье "Активные звукосниматели: теория и практика" В. Колпакова. А качество ОУ, изготовленного около 30 -ти лет назад Советской оборонной промышленностью, впечатляет - металлический корпус с позолоченными "ножками" внушает уважение. Подбором конденсатора 200p* можно воздействовать на АЧХ, подчеркнув характерные, "вкусные" частотные составляющие спектра, присущие каждой хорошей гитаре. А вот умение "поймать" и выделить эти частоты уже в чем - то сродни искусству, только здесь цель - создание хорошего звучания инструмента. Разность в сопротивлении обмоток катушек звукоснимателя устраняют подбором резисторов 10к во входных цепях ОУ. Подгонку сопротивлений необходимо произвести как можно более точно - это позволит минимизировать входные шумы. Схема обладает малым уровнем шумов и высоким коэффициентом подавления синфазных составляющих сигнала. Отношение сигнал/шум достигает в среднем значения до -88 дБ. А пики сигнала при игре с глушением или теппингом бывают до 3 вольт. При этом фронты сигнала не сглаживаются. Плата за такие характеристики неизбежна - большая "прожорливость" схемы. Но, возможно, именно высокое энергопотребление делает звучание этой схемы прозрачным, с длительным сустейном, при условии, конечно, что таковой сустейн имеется у инструмента. К схеме можно подключать хамбакеры с различным внутренним сопротивлением. Я, например, подключал "самопальные" датчики с сопротивлением обмоток около 600 Ом. Я бы назвал такие низкоомные датчики "безинерционными", из - за их особенности передавать спектр гитарного сигнала более - менее нейтрально. Собственно, о преимуществах низкоомных обмоток уже не раз писалось, отмечу лищь то, с таким датчиком отношение сигнал/шум достигает -98 дБ, что, как я считаю, весьма высокий показатель. Плюс ко всему малое выходное сопротивление буфера позволяет сделать входной каскад примочки не слишком высокоомным, что снизит общий уровень шумов и наводок. Насколько мне известно, сколько - нибудь серьезных книг о конструировании гитарных примочек или преампов найти сегодня практически не реально. А ведь, судя по Интернету, такими вещами занимается довольно много людей, всерьез увлеченных этим интересным делом. Поэтому, я считаю, мой труд окажется полезным для самого широкого круга заинтересованных людей. Звуковые сэмплы
|
Вернуться на главную страницу: http://www.sugardas.lt/~igoramps
Here
is a page with "Tube smilies"! Have fun!