Эффект дисторшн

Шаг 2: перенос схемы на плату

Прикладываем распечатанные рисунки плат рисунком к медному слою текстолитовой заготовки. Проходимся утюгом 3-5 раз. Здесь только опытным путем можно установить, сколько раз с вашим утюгом нужно прогладить, чтобы рисунок не растекся (как у меня на одной из плат), но и при этом отпечатался хорошо. Поэтому рекомендую распечатать рисунков с запасом.

Далее берем и наливаем в емкость теплой или горячей воды и кидаем туда эти заготовки

Отмачиваем минут 15 и осторожно начинаем счищать бумагу старой зубной щеткой. Можно потереть подушечками пальцев — главное не оторвать рисунок

Как видим, левая платка получилась отвратительно, передержал утюг и случайно сдвинул листок с рисунком во время «перевода» рисунка. Так как запасного рисунка не было ( как и личного лазерного принтера), а рисунок несложен- я дорисовал потом вручную маркером по CD. На правой плате в дальнейшем пробелы так же подретушировал этим же маркером.

Суть эффекта

Эффект дисторшн достигается путем электронного сжатия или с помощью клиппирования входного звукового сигнала. В результате он добавляет звуку сустейн, дополнительные гармоники и обертона, создавая богатый звук. При минимальном вмешательстве в форму звуковой волны, можно оригинальный звук сделать более теплым и «толстым», а при радикальном искажении — добавить жирность, злость, да и вообще существенно изменить тембр.

Достигается эффект дисторшн за счёт обрезки амплитуды аудиосигнала, когда срезаются пики в определенном интервале. Рисунок позволяет наглядно увидеть, чем отличаются входящий и искаженные сигналы.

Клиппирование отсекает части входного сигнала, которые выходят за определенный предел напряжения. Схемы исказителей настроены таким образом, чтобы средние пики сигнала едва доходили до порога, поэтому происходит мягкое клиппирование и небольшие искажения. То есть, если играть, например, на гитаре громче, то пики дойдут до уровня отсечения и искажения станут более ощутимы.

Дисторшн основан на звуковом эффекте, который возникает при перегрузке усилителей, когда в ламповых или транзисторных усилителях возникают нелинейные искажения аудиосигнала, что особенно заметно на пиковых значениях громкости. Транзисторный дисторшн представляет собой результат клиппинга, то есть элементарного ограничения по частоте. Ламповый же дисторшн отличается сложной взаимосвязью между спектральными компонентами с амплитудой и спектральным составом выходящего аудиосигнала. Такой эффект ценится гораздо больше.

Усилитель, как следует из названия, усиливает слабый сигнал без искажений (или с минимальными искажениями), но если существенно усилить амплитуду входящего сигнала, то значения нелинейных искажений также увеличиваются. Величина этих искажений зависит от типа усилителя, его схемотехники, глубины и значения обратной связи и т.д.. Вращая ручку усиления «Gain», увеличивают величину усиления устройства, а значит увеличивается амплитуда входящего аудиосигнала, что и приводит к росту искажений, являющихся нелинейными из-за появления новых спектральных составляющих в звуковом спектре. Такой способ искажения сигнала работает только на высоких уровнях громкости. Чтобы получить тихий, но искаженный звуковой сигнал, применяют схемы специальных искажающих каскадов, которые придают нелинейность звуку на любых амплитудах.

В конфигурацию усилителя обычно входят предусилитель и собственно сам усилитель мощности. Следовательно, достичь эффекта дисторшн можно, пререгрузив либо предусилитель, либо усилитель.

В настоящее время существуют аналоговые и цифровые устройства, эмулирующие эффект дисторшн. Более того, некоторые схемы позволяют добиться звучания перегрузки усилителей известных производителей.

Аппаратная реализация: практика

высокоуровневая библиотека

FreeDSP

ADAU1701www.freedsp.cc

Прошивка для ADAU1701 хранится в чипе EEPROM 24LC256. Для записи данных в этот чип можно использовать Arduino Nano (для нее в проекте предусмотрен слот) либо записывать самостоятельно. Для самостоятельной прошивки подойдет программатор PICKit v2 либо его клон. При использовании PICKit: SigmaStudio компилирует проект в файл с расширением .hex. Это неправда. Это не файл в формате Intel Hex, это текстовый файл с перечислением шестнадцатеричных чисел через запятую. Для преобразования Sigma Hex в Intel Hex используется специальная утилита.
У ADAU1701 очень низкие возможности ввода-вывода. Вкупе с непривычным графическим языком программирования это доставляет много головной боли при попытке создать гитарный процессор с по-настоящему настраиваемыми эффектами.
У ADAU1701 очень мало внутренней памяти – всего 21 миллисекунда. Ничего кроме эффекта Chorus с такой линией задержки не сделать. ADAU1701 предназначена для работы с сигналом в частотном диапазоне (фильтры и тому подобное). Обойти этот недостаток можно, заменив ADAU1701 на ADAU1452 (старший чип в линейке имеет линию задержки в 800 миллисекунд, что очень много). Плата при этом должна претерпеть серьезные изменения.

Passive Distortion

Разобрав несколько пассивных схем и посмотрев на разные эффекты, можно обратить свое внимание на тот, который никак не ассоциируется со схемами без источника питания. Речь идет о distortion

Но прежде чем вы побежите выбрасывать свои батарейки, учтите — не стоит ожидать от нашего варианта такого же злого и громкого диста, каким мы привыкли его видеть в активных педалях. Нет никакой магии и эзотерики, позволяющей нам обойти законы физики, в частности закон сохранения энергии — но все-таки сформировать эффект дисторшена, не используя источник питания, возможно. С помощью диодов.

Вообще, в схемах эффектов самые частые гости — резисторы и конденсаторы. Их распайка сама по себе довольно проста, а вот с диодами ситуация обстоит немного сложнее. Впрочем, чтобы понять основы, глубоко залезать в теорию не придется. Принцип работы диода похож на своеобразный клапан — он пропускает сигнал в одну сторону, и блокирует в другую. Зачастую это используется для преобразования переменного тока в постоянный, но в нашем случае дело будет в другом. Дист в нашей цепи основывается на клиппинге.

Если честно, цепь на приведенном рисунке выглядит как не самая лучшая идея (прим.переводчика — автор говорит о коротком замыкании). Но на самом деле в нашем случае все немного иначе. Суть работы диода такова, что на него необходимо подать определенное напряжение, прежде чем он сработает, и заблокирует превышающие нужный порог показатели. Как только это напряжение становится достаточно сильным, он отсекает «лишнее» на синусоиде первичного гитарного сигнала, а для человеческого уха это звучит как самый настоящий distortion.

Дист или не дист, такая «обрезка» пиков сигнала вряд ли сделает окончательный звук громче, и, по правде говоря, это довольно странная идея — исказить сигнал с помощью диодного «отсечения», получив менее мощный сигнал на выходе.

Собственно, звук, снимаемый датчиками в гитаре, начинает искажаться тогда, когда достигает определенного предела. Учитывая довольно слабый сигнал от пассивных датчиков, нужно подобрать диоды из такого материала, и с такими параметрами, чтобы напряжение этого сигнала было выше, нежели показатель падения напряжения на диоде при его прямом включении. Причем необходимо подобрать «золотую середину» для этого параметра — в противном случае мы срежем только самую-самую верхушку сигнала, или наоборот — существенно обрежем синусоиду, существенно уменьшив мощность сигнала, и очень сильно его исказив.

Также нужно знать, что у нас есть два варианта «обрезки» — асимметричный (он представлен на картинке выше — срезана только одна сторона), либо симметричный — когда отсекаются пики с обеих сторон, путем подключения двух противоположных диодов. Хотя, если уж на то пошло, то есть и третий вариант — когда диоды отличаются друг от друга, сигнал режется с обеих сторон, но по-разному.

Спаять такую схему — проще простого. Основная сложность заключается именно в поиске и подборе нужных компонентов. Они дешевы, но сложно решить, какой из них подойдет лучше, в силу таких вот нюансов с параметрами. Напряжение с гитарных звукоснимателей довольно редко превышает 0.5В, так что обычные кремниевые диоды, с их показателем падения напряжения при прямом включении около 0.7В, не изменят наш сигнал вообще. У германиевых диодов этот показатель около 0.3В, что позволяет использовать их, как минимум они подойдут к звукоснимателям с мощным «выхлопом». Альтернативой также является диод Шоттки, (прим.переводчика — ключевая особенность такого диода — как раз-таки низкий показатель падения напряжения (0.2-0.4В) при прямом включении в цепях с небольшим обратным напряжением (до 10 вольт)).

Стоит также заметить, что в продаже уже есть пассивный перегруз. Называется он Black Ice, и позиционируется как «battery-free, onboard overdrive». В зависимости от того, как его подключить, он предлагает различные степени искажения.

Как же будет звучать такой эффект, реализованный через клиппинг? Повторюсь, не стоит ожидать от результата «убийцу» теплых ламповых фуззов и оверов. Звук станет менее мощным, возможно более мягким, мутным и мрачным. Но что-то вроде кранча при этом ваше ухо услышит. Собственно, по этим причинам гитаристы, использующие такие штуки, рекомендуют использовать это с синглами. (прим.переводчика — компенсируют стекло, наверное).

https://youtube.com/watch?v=awCcC6U-5K4

Перевод специально для Inhalath.com. Оригинал статьи по этой ссылке.

Кейс для педалборда

Для удобства транспортировки гитарных педалбордов используются кейсы. Существует два вида кейсов – soft case и hard case. Soft case – это обычная мягкая сумка, похожая на сумку для ноутбуков. Hard case – это кейс жесткой конструкции, устойчивый к физическим воздействиям.

Наиболее популярным вариантом является soft case. Сумками по умолчанию укомплектованы педалборды основных производителей: Pedaltrain, Yerasov, T-Rex, Gator, E&N. Обычно сумка продается в комплекте с самим педалбордом, но в случае необходимости ее можно приобрести отдельно.

Между собой кейсы разных производителей (кроме продукции BOSS) практически не отличаются. Мягкие сумки выполнены из ткани с подкладками из поролона. Жесткие кейсы сделаны из многослойной фанеры. Углы и грани кейсов укреплены алюминиевыми или жестяными уголками. Педалборд от повреждений защищен волнистым поролоном.

Стоимость наиболее популярного soft case Pedaltrain варьируется от 5500 рублей для педалборда Nano до 9000 рублей для самого большого в линейке педалборда Novo 32.

Стоимость Soft case вместе с педалбордом от компании Yerasov составляет 5990 рублей на момент написания статьи.

Жесткие кейсы для педалбордов приобретаются отдельно. Они выглядят как удлиненные чемоданы. Самые большие кейсы оснащены колесиками для удобства транспортировки.

Цены на жесткие кейсы Pedaltrain и T-Rex начинаются от 7000 рублей. Фирмы Gator и West Coast Pedalboard предлагают более дорогие решения. Здесь цены стартуют от 14000 рублей. Отличие кейсов этих фирм от популярных моделей заключается в использовании более дорогих материалов и внешней отделке толексом.

Жесткий кейс для педалборда обычно выбирают гастролирующие музыканты, для которых первоочередным является вопрос сохранности оборудования в дальних поездках по стране и миру. Вес в таком случае не играет большой роли. Для простых гитаристов, которым приходится постоянно носить свой педалборд на репетиции, намного удобнее использовать мягкие сумки, которые можно повесить через плечо и которые не добавляют лишних килограммов в вес переносимого оборудования.

Для транспортировки самодельных педалбордов используются как фабричные кейсы подходящего размера, так и подручные средства: спортивные сумки, рюкзаки и даже старые советские чемоданы. Последний вариант является наиболее популярным из-за внешней эффектности.

О том, какие педали эффектов использовать, делать борд самому или купить готовый, можно рассуждать бесконечно долго. Универсальный совет гитаристу, решившему собрать собственный гитарный педалборд, – подсмотреть борд любимого музыканта и попытаться скопировать его.

Физика клиппирования[править]

График сигнала и искаженная версию этого же сигнала.

Буквально слово «искажение» (distortion) относится к любому сигналу, отклоняющемуся от нормы на выходе электронной схемы (от первоначального входящего сигнала). Если речь идет об усилении музыкальных инструментов, то это относится к различным формам клиппирования, что усекает (обрубает) части входного сигнала, превышающие определенный предел напряжения. Поскольку и лампы и транзисторы в пределах определенной области напряжения ведут себя линейно, схемы исказителей настроены так, что средние пики сигнала едва доходят до порога, в результате чего происходит мягкое клиппирование и менее суровые искажения. Поэтому если играть на гитаре громче, количество искажений увеличивается и наоборот.

Ламповый overdriveправить

До широкого внедрения транзисторов усилителей и исказители традиционно делали на основе вакуумных ламп. Они имеют максимальное входное напряжение, выше которого начинается изменение усиливаемого сигнала, а также минимальное, при котором сигнал также изменяется. Когда какая-либо часть входного сигнала подходит к этому пределу, усиление сигнала лампами становится менее линейным таким образом, что части сигнала имеющие меньшее напряжение усиливаются больше чем те которые имели большее напряжение. Это вызывает сжатие пиков выходящего сигнала, в результате чего сигнал выглядит «сплющенным». Такой эффект называется «мягким клиппированием», это также генерирует новые гармоники, которые добавляют «тепла» и обогащают тембр инструмента. Если лампа усиливает звук ещё сильнее, сжатие становится более экстремальным и пики сигналов обрезаются. Это добавляет дополнительные гармоники нечетного порядка, создавая «грязный» или «рыхлый» тембр.

Ламповые исказители обычно называют «Overdrive», искажение достигается путём перегрузки ламп в усилителе или с помощью специальных устройств. При усилении/клиппировании сигнала может использоваться несколько каскадов ламп, это создаёт более «толстое» и более сложное искажение звука. В некоторых современных ламповых эффектах, «dirty» или «gritty» тембр на самом деле достигается не за счет высокого напряжения, а с помощью запуска в цепь напряжения которое слишком низко для компонентов схемы, в результате чего возникает большая нелинейность и искажения. Эти схемы называют «starved plate», в результате «смерти» амплитуды звука.

Транзисторный клиппингправить

График сигнала, показывающий различные виды клиппирования. Ламповый овердрайв является формой мягкого клиппирования, в то время как транзисторное клиппирование или чрезвычайно перегруженные лампы напоминают жесткое клиппирование.

Транзисторы ведут себя гораздо более линейно и таким образом точнее усиливают сигнал, пока входное напряжение не выходит за пределы рабочей области. При превышении предела сигнал будет клиппировать без сжатия, это известно как «жесткое клиппирование» или «жёсткое лимитирование». Этот тип искажения производит больше нечётных гармоник. В электронном виде, это обычно достигается либо усилением сигнала в точке где он должен быть клиппирован, либо клиппирование происходит на диодах. Многие устройства искажений подражают звучанию перегруженных вакуумных ламп.

Немного истории

Чтобы получить мощный и искаженный звук, блюзмены и джазмены еще в 40-е годы 20-го века мучили свои усилители, заставляя работать их на пределе возможностей. Таким образом, например, Чак Берри способствовал популяризации перегруженного звука и использовании его как элемента музыкального искусства.

В 60-е годы искажение звука было адаптировано для рок-музыки, чему поспособствовали такие знаменитые музыканты, как Эрик Клэптон, Рори Галахер и Джефф Бэк — они внесли свой вклад в развитие различных эффектов и создание гитарных примочек.

Интересен тот факт, что в самом начале создания и развития эффекта дисторшн он достигался случайно, когда музыканты использовали поврежденные усилители или даже намеренно рвали диффузоры динамиков. Например, при разбитой лампе усилителя звук получается шумным и грязным. После таких варварских по отношению к оборудованию попыток получить искажения звука, Лео Фендер разработал ламповые гитарные усилители, добавляющие овердрайв, более мягкий вариант искажения, чем дисторшн. Именно тогда, в 60-е, началось победное шествие таких искажающих эффектов, как Distortion, Overdrive и Fuzz. Об их отличиях мы поговорим ниже.

На сегодняшний день можно найти очень богатое разнообразие устройств для обработки звука, объединяемые музыкантами в педалборды по их собственным предпочтениям. Возможности для искажения звука значительно расширились с 60-х годов прошлого века. Но суть эффекта осталось той же.

Как выбрать

Чтобы правильно выбрать, нужно понять, какой вид примочки по схематическому набору нужен. Все примочки, которые использовались до 80-х годов, были аналоговыми. Они изменяли сигнал напрямую. Все то, что использовалось позже, имело цифровую обработку.

Большинство современных музыкантов использует цифровой схематический набор, потому как он более универсален и широк. Но истинные ценители музыки выбирают аналоговый звук — на выходе он более чистый. Но многое зависит от стиля музыкальных композиций.

Для электрогитары

Перед выбором следует разобраться с каждым способом искажения звучания. Узнайте, какие оттенки дают. Чтобы послушать каждое звучание, не нужно покупать педали.

https://youtube.com/watch?v=RpaQO5j9-NU

После обработки через программу выходит виртуальное звучание, похожее на тот или иной эффект. Полезно для ознакомления, но чтобы постоянно использовать такие программы, нужна качественная звуковая карта. Такие устройства дорогие. Существуют специальные приложения на Android и iOS-системах, имеющих аналогичные функции. Гитарный джек соединяется с устройством при помощи адаптера.

Учитывайте и стиль, в котором вы играете. Например, приобретения фузза будет не к месту, если вы любитель фанка или легких блюзовых сольных партий.

Для бас-гитары

Для баса можно использовать примочки такие же, как и для электрогитары. Педаль для бас-гитары отличается только диапазоном рабочих частот.

Примочки делятся на:

амплитудные, или динамические (Overdrive, Fuzz, Distortion);
синтезаторы;
модуляторы (Chorus, Delay, Reverb).

В тех музыкальных направлениях, где бас-гитара солирует, примочки распространены. Они делают музыку более интересной и многогранной.

Иногда для композиции требуется использование сразу нескольких эффектов. Чтобы переключаться между разными способами обработки, используйте селектор. Также он направляет входной и выходной сигнал.

↑ Анодное питание

С анодным питанием и накалом чуть сложнее, но только чуть. Главный вопрос был как подключить трансформатор ТА-11.

Однако, благодаря информации, которой в интернете как снега зимой, удалось скоммутировать 3 обмотки по 28 Вольт последовательно для анода. Получилось ок. 84 Вольт переменки, а дальше выпрямление и схема удвоения напряжения.

В выпрямителе анода я использовал конденсаторы, выкорчеванные из старых блоков питания для компьютеров. Они на напряжение 200 Вольт. Сейчас кто-то возьмется за сердце, мол маловато напряжение, однако, у моего БП выхлоп под нагрузкой получился около 170 Вольт. Так что на первое время можно точно использовать

Группы гитарных эффектов

Гитарное производство развивалось годами, за это время было создано множество эффектов. Удовлетворяют запросы музыкантов, соответствуют жанру.

По принципу искажения делятся на несколько групп:

Гейновые отличаются суровостью. Работают с пределом громкости звука.
Динамические гейновые обрабатывают звук, откликаясь на уровень громкости.
Гейты управляют сигналом, но не снижают диапазон звучания. Их называют также «шумодавы».
Тоновые действуют на частоты, изменяя тональность звука.
Модулирующие придают экспрессию, украшают звук.
Эмулирующие создают эмуляцию со звуками и эффектами такими, как эхо, задержка, акустическая гитара.

https://youtube.com/watch?v=FT2iLHpVQgs

Швейцарская компания Behringer, основанная в 1989 году, является одним из крупнейших производителей, занимающимся изготовлением профессионального звукового оборудования.

В линейке товаров многих брендов есть недорогие, но качественные гитарные аксессуары для искажения звучания, а также усилители, процессоры и селекторы.

Аппаратная конструкция pedalSHIELD UNO

Весь проект педали с открытыми исходниками, разработка была выполнена с помощью KiCad, бесплатного открытого инструмента проектирования электроники. Все файлы проекта, схемы и перечни элементов являются общедоступными. Схема может быть разбита на 5 простых блоков: источник питания, входной каскад, выходной каскад, пользовательский интерфейс и разъемы Arduino.

Программируемая гитарная педаль Arduino pedalSHIELD UNO. Схема электрическая принципиальная

Принцип действия прост; 1 операционный усилитель готовит сигнал для оцифровки, а другой операционный усилитель принимает сигнал с микроконтроллера Arduino UNO. Один АЦП используется для считывания сигнала гитары, и два ШИМ сигнала используются для генерации выходного сигнала.

Входной каскад: для лучшего захвата сигнал гитары усиливается с помощью первого операционного усилителя. Потенциометр VR1 регулирует коэффициент усиления этого усилителя от 1 до 21 так, чтобы уровень с гитары мог быть оптимизирован для оцифровки. Сигнал проходит через 3 фильтра нижних частот (сформированных из R3 и C2, R5 и C4, R6 и C5), которые устраняют избыток высших гармоник, которые могут создавать наложение во время выборки сигнала аналого-цифровым преобразователем (f_ср = 5 кГц).
Выходной каскад: использует фильтр нижних частот Саллена-Ки третьего порядка, который устраняет гармоники выше 5 кГц. Два ШИМ сигнала используются параллельно, увеличивая разрядность (2 x 8 бит).
Источник питания: для питания операционного усилителя «rail-to-rail» педаль использует +5В от Arduino Uno, что обеспечивает простоту конструкции и максимальное раскачивание сигнала без обрезки. Резисторный делитель R7 и R8 создает 2,5 В для виртуальной земли, а конденсатор C6 удаляет пульсации на линии питания.
Пользовательский интерфейс: музыкант может использовать 2 настраиваемые кнопки, 1 настраиваемый переключатель, ножной обходной переключатель 3PDT и программируемый светодиод.
Разъемы Arduino Uno: штыревые разъемы соединяют плату расширения с Arduino Uno, передавая сигналы и напряжение питания.

Сравнение педалбордов Boss и Yerasov

Наиболее популярными педалбордами среди музыкантов-любителей в России являются продукты компаний Boss и Yerasov. Это оптимальные решения по соотношению цена/качество/доступность.

Boss предлагает музыкантам пластиковые педалборды-кейсы, которые удобно транспортировать. Недостатком Boss является то, что их продукт предназначен для использования только с примочками собственного производства. Это не очень удобно для тех музыкантов, которые помимо продукции Boss используют педали других популярных фирм. С другой стороны, если гитарист пользуется только педалями Boss, то такой педалборд-кейс станет для него отличным решением.

Купить педалборд от фирмы Boss можно у дилеров компании в магазинах Музторг, Pop-music, Pedalzoo.

Российская компания Yerasov предлагает музыкантам педалборды двух видов: «классический» Floor base педалборд и педалборд SCS.

«Классический» педалборд подходит для любых педалей и коммутируется так же, как и борды от T-Rex и Pedaltrain.

Педалборд SCS предназначен для использования только с педалями Yerasov серии SCS. Коммутация педалей в педалборде SCS осуществляется посредством инновационной схемы, при которой эффекты не нужно соединять между собой гитарными патчами. Вся коммутация осуществляется с помощью разъема на задней панели педалей серии SCS. Эта система избавляет гитариста от необходимости иметь соединительные патчи и думать о блоке питания. Но, с другой стороны, этот педалборд ограничивает творческие изыскания педалями серии, не допуская использования других эффектов.

Педалборд Ерасов можно приобрести на официальном сайте компании или у одного из многочисленных дилеров.