Tutaj

11
12/98
EFEKT GITAROWY
„DISTORTION”
W dzisiejszych czasach elektronika wkroczy³a tak daleko w œwiat
muzyki, ¿e najwiêkszy wirtuoz gitary, bez wspomagania multiefektami, wzmacniaczami i procesorami audio, mo¿e brzmieæ jak
przeciêtny grajek. Poni¿szy artyku³ prezentuje przyk³adowe rozwi¹zanie najstarszego i do dziœ najpopularniejszego uk³adu modyfikuj¹cego dŸwiêk gitary elektrycznej.
Muzyka przez wiele wieków obywa³a
siê bez elektroniki. Lecz gdy ta druga pojawi³a siê na œwiecie, zaczê³a siê od razu
„wciskaæ” do ka¿dej dziedziny ¿ycia,
oczywiœcie nie pomijaj¹c tak¿e muzyki.
Pierwsze instrumenty elektroniczne pojawi³y siê ju¿ w latach dwudziestych, ale
prawdziwym hitem okaza³y siê dopiero
elektromechaniczne organy Hamonda,
które królowa³y w muzyce przez ponad
40 lat. Zapewne starsi Czytelnicy pamiêtaj¹ ich charakterystyczne miekkie i nostalgoczne brzmienie, tak czêsto spotykane w rockowych utworach z lat szeœædziesi¹tych i siedemdziesi¹tych. System Hamonda oparty by³ na elektromechanicznym pobudzaniu do drgañ skrêtnych
sprê¿yny z drutu stalowego. Zarówno
przetwornik nadawczy jak i odbiorczy by³y tej samej konstrukcji. Kolejnym bardzo
Rys. 1 Zasada dzia³ania efektu gitarowego
popularnym instrumentem elektronicznym by³ syntezator Roberta Mooga, który
powsta³ w latach szeœædziesi¹tych. Syntezator ten pokaza³, ¿e kojarzenie uk³adów
elektronicznych z klasycznymi instrumentami muzycznymi umo¿liwia dowoln¹
modyfikacjê ich brzmienia. Zbieg³o to siê
z fal¹ muzyki rockowej, której wykonawcy poszukiwali nowych efektów i nowego
brzmienia. Maksimum zainteresowania
nowymi instrumentami i efektami przypad³o na póŸne lata piêædziesi¹te i szeœædziesi¹te.
Nie mo¿na w tym wszystkim pomin¹æ jeszcze gitary elektrycznej Walkera
(lata trzydzieste), która w prawie niezmienionej postaci przetrwa³a do dziœ.
Sam jednak dŸwiêk gitary elektrycznej nie
by³ oryginalny. St¹d te¿ z pocz¹tkiem lat
szeœædziesi¹tych zaczê³y pojawiaæ siê ma³e i tanie przystawki modyfikuj¹ce
brzmienie, wykorzystuj¹ce niektóre uk³ady stosowane w pierwszych syntezatorach. Jedn¹ z pierwszych przystawek by³
efekt Fuzz, lub jego modyfikacja efekt Distortion. Jak sama nazwa wskazuje (z ang.
distortion – zniekszta³cenie), prezentowany efekt ma na celu zniekszta³cenie sygna³u gitarowego w œciœle okreœlony sposób, pozwalaj¹cy na uzyskanie charakterystycznego dla gitarzystów rockowych
metalicznego brzmienia, zwanego w slangu „fuzzem”.
W momencie uderzenia w pojedyncz¹ strunê gitary, wygenerowany przez
drgaj¹c¹ strunê dŸwiêk jest zamieniany
przez przetworniki elektroakustyczne na
przebieg elektryczny. Na ich wyjœciu pojawia siê sygna³ sinusoidalny o œciœle okreœlonej czêstotliwoœci odpowiadaj¹cej temu dŸwiêkowi i amplitudzie zale¿nej od
si³y uderzenia. Standardowo zawiera siê
12
12/98
R7 4,7k
+9V
R8 5,6k
R1
4,7mF 10k
US1
2
3
7
OP-07
4
R3
120k
R5
10k
R4 10k
R2
10k
–9V
US2
2
6
3
7
OP-07
C2
C3
C4
C5
T
C1
WE
+9V
+9V
P1 100k
–9V
6
R4
100mF 47n
–9V
10k
4
R10
R9
4,7k
5,6k
P2
1k
WY
Rys. 2 Schemat ideowy efektu gitarowego „Distortion”
ona w granicach od pojedynczych miliwoltów do ok. 250 mV. W przypadku
uderzenia w kilka strun jednoczeœnie, na
wyjœciu pojawia siê przebieg bêd¹cy sum¹ sygna³ów sinusoidalnych o ró¿nych
czêstotliwoœciach. W widmie czêstotliwoœciowym sygna³u pojawi¹ siê harmoniczne o czêstotliwoœciach odpowiadaj¹cych
dok³adnie czêstotliwoœciom zagranych
dŸwiêków. Po przejœciu przez wzmacniacz, w g³oœnikach us³yszymy jednoczeœnie brzmi¹ce czyste dŸwiêki.
Na rysunku 1 przedstawiono zasadê
dzia³ania efektu. Sygna³ wejœciowy z gitary o amplitudzie ok. 250 mV zostaje obciêty na poziomie zadanym przez u¿ytkownika. W efekcie na wyjœciu uk³adu pojawia siê sygna³ o kszta³cie zbli¿onym do
prostok¹ta. Widmo sygna³u wyjœciowego
zawiera oprócz podstawowej harmonicznej, odpowiadaj¹cej czêstotliwoœci sygna³u wejœciowego, wy¿sze harmoniczne
o czêstotliwoœciach bêd¹cych nieparzyst¹
wielokrotnoœci¹ czêstotliwoœci podstawowej. Dla ucha ludzkiego brzmi to w³aœnie
jako metaliczny, zniekszta³cony dŸwiêk,
Rys. 3 Amplitudy przebiegów w uk³adzie
trochê podobny do brzmienia skrzypiec.
W zale¿noœci od ustalonego poziomu odciêcia zmienia siê zawartoœæ wy¿szych
harmonicznych w przebiegu wyjœciowym.
Czym ni¿szy poziom odciêcia, tym bardziej przebieg wyjœciowy zbli¿a siê do
przebiegu prostok¹tnego i zawiera wiêksz¹ iloœæ harmonicznych. Brzmienie staje
siê coraz „ostrzejsze”.
Zasada dzia³ania uk³adu
Schemat ideowy przystawki przedstawiono na rysunku 2. W uk³adzie jako
element obcinaj¹cy przebieg elektryczny
zastosowano wzmacniacz operacyjny pracuj¹cy w warunkach przesterowania wyjœcia sygna³em wiêkszym od napiêcia
zasilania.
Sygna³ elektryczny z wejœcia jest
podawany poprzez kondensator C1
na wejœcie odwracaj¹ce wzmacniacza
US1. O wzmocnieniu tego stopnia
decyduje stosunek R3/R2»12. Przy
amplitudzie sygna³u wejœciowego oko³o
250 mV (rys. 3a.), na wyjœciu wzmacniacza US1 uzyskamy sygna³ sinusoidalny
odwrócony w fazie o amplitudzie 3 V
(rys. 3b). Uk³ad US2 pracuje w konfiguracji wzmacniacza odwracaj¹cego
o regulowanym wzmocnieniu równym
R4/(R5+P1). £atwo zauwa¿yæ, ¿e gdy potencjometr P1 jest skrêcony maksymalnie
w lewo (P1 = 0 W) wzmocnieni tego
stopnia wynosi 10 kW/(10 kW + 0 W) = 1.
Na wyjœciu wzmacniacza uzyskamy sinusoidê o amplitudzie 3 V, zgodn¹
w fazie z sygna³em z gitary. Poniewa¿
wzmacniacz US2 jest zasilany napiêciem
ok.±3,9 V, uzyskiwanym z napiêcia zasilania ±9 V poprzez dzielniki rezystorowe
R7, R8 i R9, R10, maksymalny niezniekszta³cony sygna³ wyjœciowy tego stopnia
mo¿e mieæ amplitudê równ¹ 3 V. Zwiêkszaj¹c rezystancjê potencjometru P1,
zwiêkszamy wzmocnienie wzmacniacza
US2 powoduj¹c wzrost amplitudy sygna³u wyjœciowego i przesterowanie wzmacniacza sygna³em wiêkszym od napiêcia
zasilania. Nastêpuje obcinanie szczytów
sinusoidy na poziomie równym 3 V. Dalsze zwiêkszanie rezystancji P1, powoduje
wiêksze wzmocnienie sygna³u przy zachowaniu sta³ego progu odciêcia. Tak wiêc w
rzeczywistoœci potencjometr P1 nie reguluje wartoœæ progu odciêcia, ale amplitudê sygna³u poddawanego obciêciu. Dla
wartoœci P1 = 100 kW uzyskuje siê maksymalne obciêcie na poziomie 10% sygna³u wejœciowego.
13
12/98
stosowano w celu zabezpieczenia wejœcia
uk³adu. Jego wartoœæ ma wp³yw na doln¹
czêstotliwoœæ graniczn¹ przenoszonych
sygna³ów. Ponadto na pasmo przenoszenia uk³adu wp³yw ma tak¿e praca US2
w warunkach przesterowania. Otó¿ w takim przypadku, gdy amplituda sygna³u
przesteruje wyjœcie wzmacniacza, tranzystory stopnia wyjœciowego w uk³adzie
scalonym przechodz¹ w stan nasycenia,
przy czym nasycenie to jest tym wiêksze
im bardziej przesterowany jest wzmacniacz. Po spadku amplitudy sygna³u poni¿ej napiêcia zasilania tranzystory te wychodz¹ ze stanu nasycenia w skoñczonym
czasie zale¿nym od parametrów uk³adu
scalonego. Czas ten warunkuje górn¹ czêstotliwoœæ graniczn¹ uk³adu. W efekcie
pasmo przenoszenia uk³adu wynosi
3Hz÷40 kHz, a wiêc jest du¿o szersze od
pasma akustycznego.
Monta¿ i uruchomienie
Rys. 4 Przebiegi wyjœciowe dla ró¿nych nastaw potencjometru P1
W przypadku gdy amplituda sygna³u
wejœciowego spadnie poni¿ej pewnego
poziomu, wzmocnienie ustalone przez P1
bêdzie zbyt ma³e do przesterowania US2
i na wyjœciu pojawi siê „czysta”, niezniekszta³cona sinusoida. Wynika st¹d, ¿e poziom zniekszta³cenia sygna³u zle¿y nie tylko od wartoœci P1, ale tak¿e od tego jak
mocno uderzymy w struny gitary.
Z wyjœcia US2 sygna³ jest podawany na
dzielnik rezystorowy R6, P2 pozwalaj¹cy
na regulacjê amplitudy sygna³u wyjœciowego od 0 do 950 mV. Na rysunku 4
przedstawiono przyk³adowe przebiegi
wyjœciowe dla ró¿nych wartoœci rezystancji P1 i sta³ej wartoœci P2, przy wysterowaniu efektu sygna³em jak na rysunku
3a. Jak widaæ zmiana ustawienia P1 powoduje zbli¿anie siê kszta³tu sygna³u do
prostok¹tnego, bez jednoczesnej zmiany
amplitudy tego sygna³u
Parametry uk³adu
W uk³adzie zastosowano dwa
wzmacniacze operacyjne OP–07 firmy
National Semiconductor, charakteryzuj¹ce siê bardzo ma³ym wejœciowym napiêciem niezrównowa¿enia, równym 30 mV.
Dodatkowo dziêki zastosowaniu ujemnego sprzê¿enia zwrotnego i symetrycznego
napiêcia zasilania wyeliminowano ca³kowicie sk³adow¹ sta³¹ na wyjœciu wzmacniacza US2 (w egzemplarzu testowym by³a ona praktycznie niemierzalna). Pozwoli³o to na bezpoœrednie po³¹czenie wyjœcia uk³adu z dzielnikiem R6/P2 bez koniecznoœci zastosowania kondensatora,
który doœæ znacznie wp³yn¹³by na pasmo
przenoszenia uk³adu. Kondensator C1 za-
Przy monta¿u nale¿y zwróciæ uwagê
na bieguny kondensatora C4, plus
jest przylutowany do masy uk³adu.
Jako kondensator C1 4,7 mF mo¿na zastosowaæ kondensator ceramiczny na
napiêcie minimum 25 V, jednak wskazane jest zastosowanie kondensatora tantalowego. Uk³ad jest przystosowany do zasilania z dwóch baterii typu 6F22 9 V,
które po³¹czone s¹ szeregowo (tzn. plus
jednej baterii z minusem drugiej) tworz¹
Ÿród³o napiêcia symetrycznego ±9 V.
Masê uk³adu nale¿y do³¹czyæ do punktu
po³¹czenia obu baterii. Typowy pobór
pr¹du przez uk³ad wynosi 5,5 mA.
W przypadku stosowania zasilania
sieciowego nale¿y pamiêtaæ o bardzo dobrym odfiltrowaniu napiêcia zasilaj¹cego,
aby zapobiec przedostawaniu siê têtnieñ
sieci na wejœcie wzmacniacza gitarowego.
Po prawid³owym zmontowaniu
uk³ad nie wymaga praktycznie ¿adnych zabiegów i dzia³a zaraz po w³¹czeniu baterii. Potencjometr P1 s³u¿y do
regulacji g³êbokoœci zniekszta³ceñ, a potencjometr P2 do regulacji g³oœnoœci.
W przypadku niewystarczaj¹cego przesterowania, przy maksymalny ustawieniu
P1, nale¿y zmierzyæ amplitudê sygna³u
przychodz¹cego z gitary. Mo¿e ona byæ
mniejsza od podanych wy¿ej 200÷250
mV (zale¿y to od wbudowanych w gitarê
przetworników). Nale¿y wówczas zwiêkszyæ wartoœæ rezystora R3, ale tak aby
maksymalny sygna³ na wejœciu US2 nie
przekracza³ 3 V.
14
12/98
Wykaz elementów
Pó³przewodniki
435
ARTKELE
US1, US2
– OP-07
Rezystory
R6
– 2,2 kW/0,125 W
R7, R10
– 4,7 kW/0,125 W
R8, R9
R1, R2,
– 5,6 kW/0,125 W
R4, R5
– 10 kW/0,125 W
R3
P1
– 120 kW/0,125 W
– 100 kW-B(log)
P2
– 1 kW-B (log)
Kondensatory
T
C5 C4 C3 C2
+9V
WE
–9V
C3, C5
C1
R8
R7
R4
R2
R3
R10
P1
WY
US2
R5
C2, C4
Inne
OP-07
534 C1
ELEKTRA
OP-07
R1
US1
– 100 nF/50 V ceramiczny
– 4,7 mF/25 V tantalowy
– 100 mF/16 V
R6
R9
P2
Rys. 5 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów
gniazda
– du¿y JACK mono
p³ytka drukowana numer 435
P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zaliczeniem pocztowym. P³ytki mo¿na zamawiaæ w redakcji PE.
Cena: 2,52 z³ + koszty wysy³ki.
Podzespo³y elektroniczne mo¿na zamawiaæ w firmie LARO.
à Rafa³ Brewka