Педаль–эмулятор звука усилителя Fender Twin для электрогитары

Педаль («примочка», stomp-box) предназначена для имитации звучания одного из каналов  слабоперегруженного лампового усилителя Fender Twin Reverb и реализации эффектов «Clean» и «Crunch». Отличительной особенностью данной педали является весьма правдоподобная имитация лампового звука, а также малое потребление тока от батарейки. («Clean» - звук практически без искажения, но с откорректированным тембром, как правило, яркий, с преобладанием верхних частот. «Crunch» - звук на грани искажения и с небольшим перегрузом). Статья ориентирована не только на профессионалов-музыкантов, но и на начинающих, потому некоторые термины и понятия рассмотрены излишне подробно, просьба профи отнестись к этому с пониманием…

Немного истории

В современной музыке электрогитара занимает примерно то же место, что и скрипка в классической. Некоторые стили рока без электрогитары невозможны вообще… При всем при том, сама по себе электрогитара – инструмент с довольно слабыми возможностями (чтобы в этом убедиться – включите ее напрямую в микшерский пульт). Именно потому звучание электрогитары во многом определяется тем усилителем, или «примочкой»/преампом, в который она включена. Причем, в отличие от техники аудиофилов, искажения в гитарном звуке играют ключевую роль. Наилучшим традиционно считается звучание ламповых гитарных усилителей. К тому есть как субъективные, так и объективные причины – во первых, этот звук наиболее привычен – ведь электрогитара родилась в то время, когда других усилителей просто не было, во вторых – именно ламповые усилители обладают несколькими очень ценимыми музыкантами свойствами, крайне редко встречающихся в полупроводниковых схемах: в первую очередь это динамика и читаемость. Список достоинств ламповых усилителей можно продолжить, но я выделил, на мой взгляд, главное.

Строго говоря – «ламповость» не является ни гарантией хорошего звука (встречаются и ламповые агрегаты с отвратительным звучанием), ни единственно возможным путем его получения. Ведь несмотря на все достоинства, недостатков у ламповой техники тоже хватает – это и недолговечность ламп, и дороговизна, и вес/габариты. Именно поэтому с момента появления транзисторов, а позже - микросхем, и большие фирмы, и отдельные энтузиасты не прекращают попыток воссоздать ламповый звук на полупроводниковых элементах. И хотя пока еще рано говорить, что эта проблема решена полностью и окончательно, я знаю несколько поразительных примеров очень удачных решений, причем энтузиасты-одиночки часто оказываются впереди даже крупных фирм – производителей гитарного оборудования.

О получении эффекта «дисторшн» написаны сотни статей, есть тысячи схем. А вот о звуке неперегруженного и слабо подгруженного усилителя часто забывают, особенно начинающие гитаристы. Но ведь рок не заканчивается на «металле», да и его, родимый, тоже «клином» не испортишь… Еще одна причина малого количества подобных схем – сравнительная сложность получения нужного звука. Оказывается – сильный перегруз с приличным звучанием получить проще, чем легкий блюзовый кранч… Именно в области малых гейнов особенно заметна разница между ламповыми и полупроводниковыми приборами – лампа входит в ограничение очень плавно, несимметрично, потому момент начала искажения-ограничения и момент выхода из него почти незаметен. Кроме того – из-за особенностей лампового ограничения – спектр ограниченного сигнала беден высшими гармониками, звук не режет ухо даже на аккордах, а отличная динамика позволяет сыграть и громко и тихо, выделить нужные ноты и громкостью и тембром… Большинство же полупроводниковых педалей имеет довольно резкий порог ограничения (как правило, ограничение сделано на диодах или светодиодах), из-за чего искажения возникают очень резко при превышении этого порога, и пропадают при затухании сигнала ниже него, что на слух менее приятно, чем плавный порог лампы…Динамика полупроводниковых педалей, как правило, заметно хуже ламповых, после превышения порога ограничения тембр и громкость звука мало зависят от тембра и громкости сигнала с гитары. То, что в ламповых схемах получается «само-собой», в полупроводниковых нужно добиваться искусственно и зачастую весьма хитроумными способами.

Среди классических ламповых усилителей своеобразным эталоном «клина» является Fender Twin Reverb, собственно, эта схема потом многократно применялась как в различных усилителях Fender, так и в усилителях и преампах других фирм. Предлагаемая вашему вниманию схема – одна из попыток воспроизвести звучание этого легендарного усилителя на полупроводниковой основе...

Схема педали

Блок схема предлагаемого устройства копирует прототип: звук проходит два усилительных каскада, темброблок находится между ними. На этом сходство с прототипом и заканчивается...

В прототипе первый каскад выполнен на вакуумном триоде 12AX7 и имеет коэффициент усиления (КУ) около 50. При напряжении питания каскада около 300В и уровнях сигнала на входе, типичных для электрогитары, выходной сигнал каскада не ограничивается «упором» в питание.

Предлагаемое устройство питается от Кроны 9В, размах же напряжения на входе схемы может достигать 4-5 В, в зависимости от типа звукоснимателей на гитаре и агрессивности исполнителя… Потому в предлагаемой схеме первый каскад выполнен повторителем, что обеспечивает его нормальную работу с реальными сигналами. Повторитель выполняет функцию согласования высокого выходного импеданса гитары и относительно низкого входного импеданса темброблока. Благодаря этому входное сопротивление педали соответствует стандартному для гитарных усилителей 1 МОм.

Операционный усилитель в качестве повторителя выбран по нескольким причинам: хотя этот узел можно было бы выполнить и на полевом транзисторе, реальных преимуществ такое решение не принесло бы. Дело в том, что хотя полевой транзистор и обладает более низким уровнем шума, коэффициент передачи такого каскада примерно равен 0,7-0,8 (1 для ОУ), а схема его содержит больше деталей, и главное – относительно небольшое усиление второго каскада ни как не выявит преимущества каскада на ПТ. Кроме того – в состав примененной микросхемы TL072 входит два ОУ, что делает использование одного из ОУ повторителем и экономически оправданным, тем более, что типовой ток потребления TL072 не превышает 4 мА. А вот замена на «ближайшую родственницу» TL062 не рекомендуется – хотя она и потребляет ток раз в 10 меньше, ее шумовые свойства уже не удовлетворяют требованиям данной схемы – на полном гейне ее шум проявляется ощутимо-слышимым шипением…

Темброблок в схеме педали использован аналогичный Фендеровскому, хотя и имеет пару отличий – номиналы элементов пересчитаны в сторону снижения сопротивлений, поскольку размах сигнала во много раз меньше, чем у прототипа, а глубина регулировки в каждой полосе частот заметно увеличена (оптимальные номиналы были подобраны с помощью моделирования схемы в программе-симуляторе Micro-Cap 8 с последующим тщательным отслушиванием и сравнением с прототипом).

Для уменьшения уровня слышимых шумов схемы, регулятор гейна стоит не после темброблока, как в прототипе – а регулирует усиление второго каскада. Запас регулировки позволяет получить звук от клина до мидгейна (при использовании гитар с хамбакерными звукоснимателями). Вторая особенность подобного включения регулятора гейна состоит в том, что при увеличении усиления меняется АЧХ каскада – благодаря конденсатору С10, при больших усилениях подрезаются избыточные для такого режима высокочастотные составляющие со входа схемы.

Усиление второго каскада на минимуме гейна равно примерно 11 – это сделано для компенсации ослабления сигнала на темброблоке. Усиление каскада на максимуме гейна – около 110. Это не очень много, но вполне достаточно для имитации подгруза клинового канала. Далее увеличивать усиление особого смысла нет – звук становится менее «ламповым» и теряет схожесть с прототипом.

Собственно, имитацию лампового ограничения дает сочетание ОУ TL072 с MOSFET транзистором 2n7002. Именно поэтому не следует менять TL072 на другой тип ОУ – не все типы подходят для правильной работы в этой схеме. Диод VD3 не позволяет внутреннему обратному диоду транзистора VT1 открываться при отрицательной полуволне выходного напряжения.

Вот так примерно выглядит форма ограниченного напряжения на выходе DA1.2 при синусоидальном входном сигнале (форма зависит от частоты сигнала и положения регуляторов тембра и гейна).

По своему виду эта осциллограмма весьма похожа на осциллограмму лампового каскада, перевернутую «вверх ногами», вот осциллограмма на аноде лампы 12AX7:

Наклон верхней полки ограничения у DA1.2 обусловлен тем, что в момент снятия осциллограммы емкость С9 в макете стояла номиналом 0,1 мкф, при увеличении ее до 1 мкФ наклон практически выравнивается. Собственно слабогейновый прибор родился почти случайно – «исследования» велись для изготовления хайгейнового эмулятора «красного» канала усилителя Mesa Boogie Dual Rectifier. В процессе моделирования форма ограниченного сигнала показалась странно знакомой и было решено использовать этот каскад в мирных слабогейновых целях… Именно потому в макете сначала стояла емкость 0,1 мкф – это наследие хайгейновой схемы…

Хорошо заметно, что скругления сигнала в момент начала ограничения – довольно плавные, что и обеспечивает сравнительно низкий уровень высших гармоник. Причем при нарастании амплитуды входного сигнала сначала происходит плавное скругление верхней полуволны, затем более жесткое ограничение нижней – искажение нарастает плавно, как в ламповом каскаде.

Второе положительное свойство связки ОУ TL072 с MOSFET транзистором 2n7002 – это ассиметричность ограничения. Как и в случае с лампой, ограничиваться начинает сначала одна полуволна выходного сигнала (у лампы – нижняя, у нас – верхняя, что совершенно несущественно, ибо поворот фазы на 180 градусов многократно происходит при последующем усилении). При этом форма ограничения обуславливается свойствами MOSFET’а, что делает ограничение более плавным, чем на диоде. Затем в игру вступает ограничение ОУ по питанию (именно TL072 , именно на нижней полуволне в этой схеме дает такую форму ограничения, попытки сделать это по-другому приводят к значительно более острым углам на входе в ограничение и заметно худшему звуку). При этом еще и происходит сдвиг выходного сигнала по постоянному току – аналогично ламповому каскаду, что слегка меняет скважность выходного сигнала и очень положительно влияет на динамику звучания.

Тумблер «Bright» работает подобно прототипу – добавляет в звук «стекла», когда это необходимо. Конденсатор С12 немного смягчает тембр на выходе. В случае использования звонких усилителей его стоит увеличить, в случае глуховатого звука – удалить.

Конденсатор С7 совместно с кнопкой-выключателем эффекта используется для «глушения» схемы эмулятора при включении байпасса – во избежаниe проникновения наводок с выхода схемы в сигнал байпасса.

Байпасс в этой педали пассивного типа, одна из разновидностей true-bypass - так называемый сплит-байпасс, когда сигнал не отключается от входа схемы. Именно поэтому при включении байпасса желательно «глушить» (мьютить от слова mute) прохождение сигнала через ограничитель – иначе возможно проникновение гармоник ограниченного сигнала на выход, что слышно, как неприятное подзуживание. Пассивный байпасс в этой педали вполне оправдан – из-за невысокого предельного гейна педаль не склонна к самовозбуждению, а при совместной работе с хайгейновыми приборами пассивный байпасс имеет более низкий уровень шума и упрощает схему педали. При желании его очень просто сделать активным – повторитель на DA1.1 в схеме уже есть, достаточно добавить разделительный конденсатор с его выхода и резистор на землю для устранения щелчков. Как вариант, неотключаемый выход после повторителя может быть использован для подключения тюнера (при установке дополнительного выходного гнезда, естественно)…

Питание схемы осуществляется либо от батареи типа «Крона», либо от внешнего блока питания 9-12В через стандартный разъем, блок желателен стабилизированный. Для защиты от неправильной полярности служат диоды VD4, VD5, благодаря которым автоматически подключается источник питания, у которого выше напряжение, а также при внезапном отключении блока питания автоматически подключится батарейка. Конденсатор С11 устраняет возможное самовозбуждение схемы и увеличивает срок службы батареи. Вполне возможно использовать только один диод, а коммутацию батареи и блока питания осуществить в самом разъеме питания – большинство серийных разъемов имеет дополнительный контакт для батареи. Естественно – при таком способе батарея при отключении на сцене блока питания автоматически не подключится, а еще – скорее всего придется изолировать разъем питания от корпуса, что не так просто, если он крепится гайкой на корпус. Резисторы R2, R3 и конденсатор С2 создают точку «искусственной земли» для нормальной работы ОУ от однополярного источника питания.

Внимание! Для самоотключения батареи при вынимании шнура из входного гнезда, минусовый провод от батареи присоединяется не к земле (GND), а к среднему контакту (ring)
разъема Input. При включении в него монофонического джека гитарного шнура этот контакт замыкается на землю и подключает батарею.

Конструкция и печатные платы

Возможно множество вариантов конструкции – все зависит от фантазии и возможностей конструктора. В авторском варианте конструкция двухплатная – на одной плате собран темброблок, на другой – все остальное, кроме гнезд и выключателей. При этом платы припаяны к потенциометрам, прикрученным к корпусу, и, благодаря небольшому весу, не требуют дополнительного крепления. Таким образом, потенциометры расположены в 2 ряда, а платы перпендикулярны крышке корпуса и параллельны друг другу. Недостаток такой конструкции – необходимость соединять платы между собой, а также гнезда и переключатели монтажными проводами. Достоинство же – компактность плат и педали в целом.
Точки на платах, обозначенные одиночными буквами, соединяются между собой (одноименные точки, естественно) монтажными проводами. Эти же буквы маркируют соответствующие точки на принципиальной схеме.

Предлагаемые платы рассчитаны на установку SMD компонентов – это микросхема, транзистор, диоды и большинство резисторов. Исключение сделано для конденсаторов «впроход» по звуку – туда рекомендуется использовать пленочные конденсаторы, как наиболее подходящие. Это не «ламповый снобизм», а результат реальных прослушиваний и измерений – керамические конденсаторы заметно звонче, впрочем, это становится особенно заметно при ламповых напряжениях питания и размахе сигнала в схеме, потому при отсутствии пленки можно на свой страх и риск поставить керамику, тем более, что схема сама по себе звонкая и слабогейновая.

При отсутствии навыка работы с SMD вполне возможно переразвести плату под обычные детали – правда, при этом заметно вырастет и ее габарит, а при ручном изготовлении (ЛУТ) многократно увеличится работа по сверлению отверстий. Как вариант, схему можно собрать на макетной плате, выполнив монтаж обрезками выводов элементов и изолированными проводками.

В качестве «главной» кнопки включения эффекта On/Off использован стандартный переключатель DP2T.
В качестве корпуса в авторском варианте использован алюминиевый корпус Pro'sKit 203-125B.
Перключатель Bright – микротумблер на 2 положения. Резистор R15 припаян прямо к его выводам.
Светодиод индикации – ультраяркий диаметром 3 мм, цвет – по вкусу. Ультраяркий диод позволяет уменьшить ток в него до 0,5мА примерно при достаточной яркости, что продляет срок службы батареи. Если применен светодиод с прозрачной линзой, ее стоит заматировать мелкой наждачкой-нулевкой.

Оформление корпуса может быть самым различным - от полировки корпуса с гравировкой надписей, и до изготовления панели методом металлографики.
В авторском варианте корпус был покрашен порошковой краской, а надписи сделаны в виде наклейки на прозрачной пленке (заказано в рекламной фирме) – этот способ хорошо подходит для мелкосерийного или единичного производства.

Вот так выглядит готовое устройство в авторском варианте:

Рекомендации по применению

Наиболее стандартным будет включение педали в цепочку эффектов после прибора с активным байпассом (такой прибор желательно иметь первым после гитары в цепочке эффектов, обычно это эффект перегруза – «драйв»). Педаль рассчитана на применение совместно с гитарными усилителями (и колонками-кабинетами!), потому не имеет в составе фильтра-спикосимулятора (устройства, имитирующего АЧХ гитарного кабинета). Это означает, что при включении в обычный бытовой усилитель или в микшерский пульт на больших гейнах звук может быть неприятно «песочным». При таком включении не следует добавлять много гейна и включать режим «Bright». Вполне возможно также включение педали перед основным «драйвом» - при этом педаль можно использовать не только, как клиновый канал педалборда, но и как «грелку» для основного «драйва».

Питать педаль в составе педалборда лучше от блока питания – обычно этот блок общий для нескольких эффектов. Ток потребления педали составляет около 4 мА, поэтому ее без всяких сложностей и нежелательных последствий можно подключить к уже имеющемуся блоку (рекомендуется стабилизированный блок – иначе на больших гейнах возможны призвуки и фон). Если есть возможность – напряжение питания лучше увеличить до 12В – при этом немного улучшаются шумовые и динамические свойства педали. Если же педаль используется отдельно – питание от Кроны вполне оправдано, т.к. от свежей алкалайновой батареи при включении 5 часов в день педаль проработает примерно с полгода. Признаком севшей батареи является тусклое свечение светодиода включения эффекта и ухудшившийся звук.

Глоссарий (словарик специфических терминов и слэнга)

«Клин» («Clean») - звук «чистой» гитары (не путать с байпассом), практически без искажения, но с откорректированным тембром, как правило, яркий, с преобладанием верхних частот.

«Кранч» («Crunch») - звук на грани искажения и с небольшим перегрузом, характерен для блюза, рок-н-ролла, хард рока и некоторых стилей «металла». Очень выразителен, допускает исполнение перебором и аккордами.

«Примочка» - распространенное среди гитаристов слэнговое название педалей-эффектов для гитары. Обычно подключается во вход гитарного усилителя.

«Преамп» - гитарный предусилитель, как правило – 2 или 3 канальный, обычно подключается не во вход гитарного усилителя, а в «Return» петли внешних эффектов – т.е. прямо в усилитель мощности.

«Динамика» - свойство педали /преампа выделять ноту, сыгранную более энергично, от более слабых нот, громкостью звука и тембром. В случае приборов с большим гейном – это не так просто, как кажется на первый взгляд, ибо они имеет свойство выравнивать громкость нот за счет ограничения (и «вытягивать» их длительность).

«Читаемость» - свойство педали /преампа не делать «кашу» звука при игре аккордами. Каждая нота в аккорде должна быть слышна и не мешать остальным. Это дает разборчивость звука на различных риффах, прежде всего, и заметно улучшает читаемость партии гитары в миксе.

«Гейн» («Gain») - отношение усиления прибора к порогу ограничения. Более обобщенно – степень перегруза усилителя.

«Хайгейн» («Highgain») – разновидность усилителей/преампов с расширенным диапазоном регулировки гейна в сторону максимума. Широко используется в современой музыке тяжелых стилей. Как правило, хайгейновые приборы «заточены» именно под большие гейны и на малых гейнах звучат мутновато, что заставляет делать такие приборы многоканальными – канал кранча обычно содержит меньше каскадов и имеет другую частотную характеристику.

«Мидгейн» («Midgain») – разновидность усилителей/преампов со средним диапазоном регулирования гейна. Звук – от клина/кранча до среднеперегруженного, характерен для рока старой школы, хотя широко применяется и сегодня.

«Bright» - режим подчеркивания самых верхних частот диапазона электрогитары, добавляет яркости и звонкости в звук.

«Байпасс» («bypass») – режим «обхода», т.е. прямого прохождения сигнала через прибор без обработки.

«True-bypass» - с точки зрения техники – пассивный байпасс на механических контактах, без использования электронных ключей и активных элементов. С точки зрения философии некоторых музыкантов – единственно правильная разновидность байпасса….

«Хамбакер» («Humbacker») – тип звукоснимателя с двумя катушками на общей магнитной системе, характерен низкой чувствительностью к наводкам и мощным выходным сигналом.

«Песок» - высокочастоный сыпучий призвук в звуке искажающих педалей. При использовании гитарных динамиков в значительной мере отфильтровывается самим динамиком.

«Драйв» ( «Overdrive») – канал преампа или примочка, используемая для получения звука перегруженного усилителя. Иногда овердрайвом называют мягкий перегруз, дисторшном – жесткий, но по сути – это одно и то же….

«Грелка» - педаль, включенная между гитарой и усилителем/примочкой/преампом для «подогрева» - повышения суммарного гейна и изменения тембра звука. Обычно используются разнообразные бустеры и овердрайвы с не очень большим гейном.

«Спикосимулятор» - прибор для имитации звучания через гитарный динамик/кабинет. Обычно выполнен в виде отдельной примочки, иногда входит в состав искажающих преампов/примочек. Представляет собой специальный фильтр, АЧХ которого приблизительно соответствует АЧХ гитарного кабинета.

«Кабинет» - гитарная колонка, чаще всего на 4 динамика размером 12”.

«АЧХ» - амплитудно-частотная характеристика.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout