Чуть-чуть истории в начале...
Роль перегруза в гитарном звуке музыканты оценили ещё с тех времён, когда появились первые гитары с магнитным звукоснимателем. Внимание привлекало то, что на большой громкости лампового усилителя (других вариантов пока не было) входные сигналы с большой и с малой амплитудой на выходе выравнивались по громкости (происходила компрессия), поэтому слабые по уровню гармоники в спектре гитарного сигнала становились соизмеримыми основному тону, звук приобретал новый характер, взависимости от амплитуды нелинейные искажения динамически изменялись, заметно увеличивалось время звучания струн после атаки(сустейн). Этот эффект до сих пор с успехом применяют подовляющее большинство гитаристов, хотя схемотехника ныне существенно изменилась. Сначала были попытки получить данный эффект и на более тихой громкости, увеличив усиление (гейн) входного уровня применением последовательно двух усилителей (первый перегружал второй). Затем и вовсе перегруз переместился в предварительные цепи (преампы).
С появлением полупроводниковых компонентов напряжение питания снизилось до безопасного батарейного, устройства стали намного компактнее, дешевле, долговечнее, прочнее, в виде удобной педали. Казалось, бы, что может быть лучше, когда столько достоинств появилось? А оказалось, что всё дело в самом перегрузе. Но перегруз как был, так и остался перегрузом? Именно поэтому полупроводники проигрывают лампам по самому главному критерию - по звуку.
НУ НЕ ЗВУЧАТ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ КАСКАДЫ НА ПЕРЕГРУЗЕ, КАК ЛАМПОВЫЕ!
Не разрешенных споров по этому поводу на данный момент множество, и тема может быть вечной(что и наблюдается на многих форумах).
Поэтому назову две на мой взгляд, самые объективные причины.
1. У полупроводниковых приборов на участке ВАХ насыщение наступает очень резко, а у ламп - плавно (жалко, что чаще всего на графиках производителями показаны только рабочие линейные участки, режим насыщения, как правило, не отображают). Поэтому ограничение сигнала полупроводниками происходит не плавно, а скачкообразно, что вкладывает в звук сильный шум в виде импульсов с крутым фронтом и крутым спадом, которые являются, согласно Фурье, суммой очень высокочастотных гармоник. Частота их настолько высока, что они могут являться как гармониками для основного тона, так и для других тонов, при их наложении появляются интермодуляционные искажения, которые переносятся в слышимую область. Короче говоря, каша полная. Звук перестаёт быть музыкальным, лёгким для восприятия, а наоборот, становится подавляющим и ухудшающим слух и самочувствие как самих исполнителей, так и слушателей.
2. Лампы плохо усиливают высшие гармоники. Усиление происходит на более низкочастотном сигнале основного тона (и нескольких ближайших гармоник). Низкочастотный сигнал требует большей энергии и поэтому является главным потребителем электронов с горячего катода лампы. Процесс достаточно инерционен, поэтому уровень высокочастотных гармоник не так высок, как у полупроводников.
Подведём итог. Из всего из этого ясно одно - обычный перегруз на полупроводниках делать нельзя. Как же тогда получить данный эффект, используя только полупроводники? (Про цифровые устройства говорить не буду - звук запрограммирован и без динамики, скучный, плоский, быстро надоедает. Помехи также присутствуют. Хоть более редкие, зато более заметные.) Понятно, что схематехника должна быть в корне отличной от ламповой, но стремление получить желаемый характер звучания должно оставаться. Электронная схемотехника с ламповых времён сделала огромный скачок, но только не в гитарном направлении. Кроме нас самих, гитаристов - DIYеров, никто этого не сделает, это надо тоже понимать. Я очень благодарен всем тем, кто двигается в этом направлении, за идеи и схемы, которые уже придуманы и помогают двигаться дальше. В качестве спасиба выкладываю одну из своих идей построения подобных устройств, одну из попыток изменить ситуацию. Предлагаемая конструкция не является совершенной и имеет ряд недостатков, но моё желание дать свежую подсказку таким, как я, заставить относиться к перегрузу по-новому, думаю, важнее.
Возможно, сия статья кого-то заинтересует, кто-то узнает что-то новое, кто-то укрепит уже известные понятия, кто-то захочет предложить свои идеи по улучшению моей схемы (потому как я не виртуоз пока, но кое в чём разбираюсь), а кто-то захочет разместить свои - пожалуйста, буду рад пообсуждать. (Но только прошу не осуждать и не накалять обстановку, предлагать только креативное, проверенное).
Вобщем те, кто не равнодушен, присоединяйтесь!
Итак, рассмотрим, что мы имеем на данный момент.
Усилители-ограничители не берём по описанным выше соображениям. Применение диодов немного исправляют ситуацию, потому как ВАХ у них более плавные, хотя плавность не совсем достаточна. Просто два встречно-параллельных диода с выхода усилительного каскада на землю явно этому свидетельствуют своим жёстким ограничением. Лучшие результаты дают диоды в ООС, (т.н. логарифмический усилитель) ограничение более мягкое. В основном это всё что есть пока. Остальные схемы содержат в себе незначительные отличия. Но принцип у всех один и тот же - ручка драйв(гейн) фактически регулирует только порог ограничения, а сам характер ограничения заведомо предопределён резкой ВАХ полупроводников и впринципе никак не изменяется. В ламповом же усилителе регулировки лучше, так как ВАХ плавная и позволяет это делать. Отличие сразу чувствуется при игре на маленьком гейне. В случае с полупроводниками , LowGain отвратительный. Хочется мягкого драйва.
Есть устройства с детектором огибающей, которые позволяют ограничивать изменяющийся по уровню сигнал по закону изменения амплитуды. Что это даёт? А то, что на малом гейне при затухании сигнала уровень ограничения так же падает и исчезают противные многократные переходы через порог ограничения неравномерного по амплитуде сигнала. Это в идеале. На практике данные устройства сложны и даже очень хорошие не обеспечивают полный контроль над внезапными скачками по амплитуде. Поэтому переходов меньше, но всё же они присутствуют. И ещё один неприятный артефакт - лаковость и мыльность звучания из-за задержки, связанной с постоянной времени, необходимой для работы устройства. Иначе это была бы машина времени, которая наперёд бы знала, как сейчас изменится сигнал и подгоняла бы под него ограничение. Ещё минус - характер ограничения опять остаётся неизменным и жёстким, а атака теряется, как в случае с компрессором. Как быть?
Мне думается, ситуацию может улучшить нелинейный усилитель с изменяемой плавной ВАХ. А вот как его сделать, это вопрос ещё тот. Стоп. А почему те же самые диоды с одной и той же вольт-амперной характеристикой ведут себя по-разному в режиме "об землю" и в ООС, причём заметно лучше в последнем варианте? Всё дело в том, что в случае с ООС диоды не жёстко связаны с нулевой точкой. Напряжение изменяется на диодах с двух сторон - от выхода и чуть-чуть от инвертирующего входа логарифмического усилителя, но при этом на достаточном уровне сигнала разности потенциалов хватает для открывания диодов. Поэтому и порог получается несильно жёсткий. А можно ли сделать так, чтобы напряжение с двух сторон менялось в фазе с сигналом и при этом регулировалось? Что это даст? А это позволит изменять плавность ВАХ диодов. Фактически в некотором диапазоне уровня сигнала ручка драйв будет регулировать не порог, а форму ограничения сигнала от плоской к круглой. Очень долго мучился с вопросом, как это сделать. После долгих мучений с симулятором и паяльником, заработало! Схему привожу. Кратко о ней.
Итак. Схема максимально проста, так как является опытной. Сигнал с входного гнезда попадает на R1. Это для того, чтобы можно было использовать устройство с разными типами гитар - хоть активными, хоть реактивными
Очень удобно, я считаю, когда уровень на входе регулируется, не позволяя перегружать операционный усилитель, так как питание батарейки всего 9В, то поделив его на двухполярное резисторным делителем, получаем маленький Headroom. Если использовать двухполярное +-15В питание, то R1 можно и не ставить и сигнал с активной гитары смело подавать на вход операционника(сиречь на затвор входного его полевого транзистора, в случае с использованием только с пассивной гитарой, можно подавать прямо на затвор и при родном питании)
Верхним каскадом сигнал усиливается(в случае, если гитара пассивная). Усиление регулируется потенциометром Gain. ВЧ фильтр C1R2(частота 1400Гц) несколько выравнивает амплитудную характеристику гитары, чтобы устройство не захлебывалось на низах, а так же для повышения читаемости нот и хорошей атаки. Извесно, что из-за разной толщины шести струн, а так же из-за индуктивного сопротивления датчиков, сигнал от гитары имеет падающую АЧХ в сторону ВЧ с крутизной около -6дБ на октаву. Так вот данный фильтр мягко корректирует это, плюс сильно ослабляет 50Гц шум, наводимый от других устройств на датчики гитары и устраняет постоянную составляющую.
Далее сигнал через переходной конденсатор идёт по двум направлениям.
1. На диоды, как в схеме "с диодами об землю", выходной сигнал снимается с диодов.
2. На делитель с регулятором, с него - на неинвертирующий усилитель и обратно на диоды. Эт что т новенькое?!
Вместо всем привычной жёсткой земли применен виртуальный смещаемый ноль, который повторяет сигнал. При верхнем положении ручки Drive сигнал полностью повторяется и поэтому диоды закрыты. Чистый усиленный сигнал поступает на выход. При нижнем - выходной сигнал второго усилителя будет близким к нулю. Это практически то же самое, если бы диоды были включены на землю. Нетрудно догадаться, что ручка Drive будет регулировать уровень сигнала на диодах, тем самым изменяя плавность ограничения (так как синусоида снизу диодов изменяется по амплитуде, то в соотношении с неизменной верхней её форма будет отличаться от последней, отсюда открывание диодов плюс изменяемая форма напряжения даёт изменение формы выходного ограничения). Во так ота, диоды и не об землю-матушку, и не в ООС, и не в ПОС!
Делитель напряжения R11R9 делит сигнал на два, так как К второго усилителя равен 2. Повторитель что-то я не рискнул применить, ИМХО, так, как в схеме, стабильнее должно по идее, работать, и потребляемый ток чуть поменьше будет. R10 является нагрузкой обоих усилителей и ослабляет влияние выходного ограниченного напряжения на диодах на вход второго усилителя.
Далее пассивный регулятор наклона АЧХ. В крайних положениях ослабляет НЧ и ВЧ соответственно, а в центральном положении TILT имеет ровную характеристику на всех частотах. И далее потенциометр выходного уровня.
Если честно, с TILT пока устройство не слушал, хотя место под детали на плате развёл, просто специально не запаивал, чтобы отслушать как следует сам эффект, но думаю, работать будет, хотя уровень сигнала несколько упадёт, но во многих педалях в принципе, так и сделано. По желанию можно применить любой темброблок, хоть многополосный эквалайзер.
Настраивать устройство несколько непривычно.
1. Drive в верхнее по схеме положение.
2. С помощью ручек уровней и гейна добиться максимально громкого, чистого, без ограничения, звука. Перегруз недопустим, иначе звук испорчен будет.
3. Постепенно крутим Drive. Внимательно слушаем, как очень медленно прибавляются гармоники. Чем ближе к нижнему по схеме положению, тем аккуратнее нужно крутить. Уровень выходного сигнала несколько будет падать. Компенсируйте выходным регулятором, аккуратно, чтобы не перегрузить усилитель, а то звук превратится в песок.
Сразу скажу, что сустейн не особо большой, но звуков много приятных можно получить, если избегать перегруза первого каскада и выходного усилителя. Сигнал ограничивается динамически, подобно лампе, интересно весьма. Это объясняется различием кривых напряжений на выводах диододного ограничителя, как и задумано было.
При переключении звукоснимателей нужно опять всё перенастраивать. Я думаю, минус этой примочки в неудобстве регулировок, так как всё взаимосвязано. Тем, кто любит постоянно наруливать новый звук, наверное, врядли придётся по душе, а тем, кто любит отстроить один раз и играть в нешибко тяжёлых стилях на фирменном саунде, думаю, придётся по вкусу за широкие регулировки в области лоугейн. Пробовал возможность играть полными аккордами - вообще без проблем.
Может предложит кто-то, как оную замодить, чтоб регулировки удобные были
Может кто свои необычные в чем-то схемки проверенные подкинет?
Схемка...
