Привет, Хабр! Действительно ли аудиофильские операционные усилители меняют звук? Сегодня мы рассмотрим культовое устройство обработки аудиосигнала, предназначенное для улучшения звука лампового гитарного усилителя.
Давайте изучим схему, построим прототип и послушаем, как это звучит. Инструментальные усилители для электрогитар отличаются от оборудования для качественного воспроизведения музыкальных записей.
Во втором случае от усилителя и акустической системы требуется максимальная линейность и минимальные искажения по всему частотному спектру слышимого звука.
Гитарный усилитель с инструментальной акустической системой, называемый кабинетным и оснащенный специальной динамической звуковой головкой, должен, наоборот, выделять из спектра сигнала определенные «гитарные» частоты, чтобы обеспечить выразительное и приятное звучание, особенно в смешивать с другими музыкальными инструментами и вокалом.
Более того, в гитарной аудиосхеме используются нелинейные искажения и ограничения на всех этапах: в предусилителе, усилителе мощности и выходном трансформаторе, насыщение магнитопровода которых вносит существенный вклад в драйв, столь любимый гитаристами и ценителями гитарной музыки.
От легкого винтажного блюза до невероятно сумасшедшего современного хай-гейна.
Используются также нелинейности, частотно-зависимые свойства и инерционность электромеханической системы в виде одного или нескольких громкоговорителей в акустическом оформлении - шкафу.
То, что обычно считается и объективно является недостатком при воспроизведении звука, является желательным, полезным и необходимым инструментом создания художественного звука.
Хотя звуковоспроизводящая аппаратура с приятными для слуха «теплыми ламповыми» искажениями имеет немало своих ценителей.
Наш человеческий слух устроен таким образом, что он любит четные гармоники, характерные для ламповых искажений, и не любит нечетные гармоники, которые склонны создавать транзисторы.
Итак, тракт усиления гитары состоит из целой последовательности каскадов, в классическом варианте ламповых, трансформатора с ферромагнитным сердечником и кабинета.
И на каждом из этих элементов теряется часть высокочастотной составляющей спектра сигнала.
В результате звук становится тусклым и, как говорят гитаристы, «мрачным».
Это даже хорошо для джаза, так как избавляет звучание от гармоник, нежелательных для этого стиля музыки, в котором преобладают «многоэтажные» аккорды, диссонансные интервалы и хроматизмы.
Разборчивость звука джазовой гитары создается за счет низкой добротности полуакустического корпуса, толстых струн и медиатора.
Но рок, кантри и многие другие стили требуют более громкого, «легкого» звука.
Благодаря кленовому грифу, верхней деке из ясеня и звукоснимателям с одной катушкой, Fender Telecaster сам по себе создает смелый звук.
Чего нельзя сказать о Gibson SG, (фирменная модель известного гитариста и композитора Сергея Головина), имеющего гриф и корпус из красного дерева, а также звукосниматели с двойными катушками в противофазе для устранения электромагнитных помех, то есть «хамбакеры».
» Вы можете не верить в третий закон Ньютона и считать, что колебания струн никак не взаимодействуют с каркасом грифа и декой, хотя дело в том, что колебания струн передаются на гриф и деку, что То есть часть энергии вибрации передается.
Трудно поверить, что физические свойства материалов корпуса и грифа приводят к разному гашению вибрации на разных частотах.
Хотя куда тогда уходит энергия механических колебаний, как не в тепло? Вам придется не верить в закон сохранения энергии.
Но почти никто, за исключением нескольких саунд-продюсеров, рекламирующих свои услуги по реампингу, не оспаривает влияние гитарных звукоснимателей на звук.
Музыканты хотят играть на разных гитарах и получать от них разные, но отчетливые и красивые звуки.
Поэтому в некоторые усилители стали встраивать переключатели или даже отдельные входы для получения более «яркого» звука.
А если в усилителе такой возможности нет или она не удовлетворяет исполнителя, он может воспользоваться педалью эффектов.
Например, примитивный однотранзисторный Dallas Rangemaster. Или куда более сложный и продвинутый Клон Кентавр, о котором мы сегодня поговорим.
Разработка устройства началась в 1990 году и заняла у Билла Финнегана и двух его друзей из Массачусетского технологического института 4 года.
Педаль продавалась за 329 долларов и была настолько любима гитаристами, что сегодня оригинальные копии продаются по астрономическим ценам.
Finnegan по-прежнему выпускает ограниченную серию обновленной версии Klon KTR, которую можно приобрести за «скромные» 459 евро.
Что касается клонов Klon, то их не выпускает только ленивый среди производителей гитарных эффектов.
На фото представлены лишь некоторые из множества вариантов.
В чем причина такого огромного ажиотажа?
▍Изучаем схему
Печатная плата оригинальных Клонов была покрыта черным компаундом, чтобы затруднить обратный инжиниринг, но это не остановило умельцев, и схема эффекта уже давно находится в открытом доступе.
Что мы на нем увидим? 
На входе нет ничего интересного, просто повторитель на операционном усилителе.
А вот на участке перегрузки с ограничением германиевых диодов после ОУ, а также в схеме байпаса имеется множество RC-цепей коррекции частоты.
Что они делают и зачем они нужны? 
Секция овердрайва создает плавный частотный горб в районе 1 килогерца, что для гитарного диапазона относится к верхнему среднему диапазону, с усилением до 40 децибел.
Этот коэффициент усиления настолько значителен, что можно ограничить сигнал не только германиевыми диодами, но и напряжениями питания ОУ.
Ограничение амплитуды сигнала приводит к появлению новых гармоник в его частотном спектре.
Чем выше коэффициент усиления, тем круче фронты и более высокие гармоники будет иметь ограниченный сигнал.
Постоянная цепь R7 C16 R19 подмешивает часть входного сигнала в выходной, а также низкочастотную часть.
Частота среза этого пассивного фильтра составляет около 100 Гц.
Это позволяет избежать неприятного удушающего характера звука в области низких частот. Сложная схема вокруг потенциометра RV GAIN_b служит для коррекции частоты для контролируемого смешивания входного сигнала с выходным сигналом.
Этот потенциометр двойной.
Чем ниже коэффициент усиления установлен на половину RV GAIN_a, тем больше входного сигнала поступит на вход суммирующего усилителя, минуя секцию перегрузки.
Видно, что над этой цепочкой авторы работали с любовью.
Он имеет целых четыре частотно-зависимых узла с разной добротностью.
Фильтр верхних частот в цепи обратной связи суммирующего усилителя, образованный резистором R20 и конденсатором С13, снижает уровень сигнала на частотах ниже 500 Гц, что делает звук менее «мутным» и более «читаемым».
Регулятор тембра представляет собой активный фильтр нижних частот, который усиливает или ослабляет, в зависимости от положения щетки потенциометра, частоты выше 400 Гц.
И наконец, на выходе нет ничего особо интересного.
R242 и R243 параллельно контактным группам ножного переключателя избавляют музыканта и слушателей от неприятных щелчков.
Когда за спиной у гитариста сотни ламповых ватт, а звук с микшерного пульта идет на многокиловаттные порталы, два скромных резистора могут пригодиться.
Поскольку сигнал проходит от входа к выходу по трем путям с несколькими RC-цепями, которые по-разному сдвигают фазу на разных частотах, форма и гармонический состав гораздо более интересны, чем у обычных педалей овердрайва и дисторшн.
Кажется, мы рассмотрели всю схему.
Но что мы видим в правом нижнем углу? Преобразователь питания? Тогда почему в цепи нет индуктивности? Да, это преобразователь с переключаемым конденсатором, не требующий индуктивности.
Он работает на высокой частоте, благодаря чему в аудиосигнал не вносятся помехи.
И благодаря ему внутри маленькая гитарная педаль с «Короной» и стандартным гнездом для питания 9В с минусом в центре, как у нашего Денди, которого беззастенчиво скопировали японские якудза Нинтендо, работают операционные усилители.
питается от «взрослого» диапазона 27 вольт. Почти +-15, как в профессиональных модульных аналоговых синтезаторах и многом другом оборудовании.
Микросхема TC1044 выдает отрицательное напряжение -9 В и удваивает напряжение +9 В, в результате чего получается 27 В.
И в этом преобразователе – один из главных секретов культового эффекта.
Дело в том, что его параметр, называемый скоростью сваливания, он же скорость нарастания, во многом зависит от напряжения питания операционного усилителя.
Чем выше этот параметр, тем меньше ОУ подавляет фронты сигнала и высокие частоты, то есть именно то, что делает звук разборчивым и искрящимся.
Что касается операционных усилителей, Финнеган использовал два широко используемых сдвоенных TL072 для гитарных эффектов и аналогового синтеза.
Это ОУ на основе полевых транзисторов с управляющим P-N переходом JFET. Почему не один четырехъядерный корпус TL074? Для удобства разводки платы или, возможно, во избежание межкаскадных помех? Давайте внимательно посмотрим на схему.
Мы видим, что только второй корпус ОУ, используемый в суммирующем усилителе и регуляторе тембра, питается от 27 вольт. Это именно те узлы, в которых важно не потерять фронты сигнала и высокие гармоники.
А входной буфер и секция овердрайва питаются от обычных девяти вольт. Что вполне разумно, так как на этих этапах обработки сигнала высокая скорость сваливания будет усиливать неприятные шумы, а не музыкальные призвуки и художественные нюансы звукоизвлечения.
Получающаяся в результате схема намного сложнее, чем у большинства педалей овердрайва и дисторшна.
По сложности это скорее гитарный предусилитель, чем просто овердрайв.
И она действительно предоставляет музыканту больше возможностей, чем многие другие педали.
▍ Сколько функций у этой чудо-шкатулки на трёх чипах?
Он усиливает сигнал со звукоснимателей электрогитары и может быть просто использован в качестве усилителя.Он имеет свою перегрузку на операционном усилителе и встречно-германиевых диодах, то есть двухуровневую.
Ручка GAIN регулирует не только усиление, но и баланс между цветным и исходным сигналом, а оптимальный уровень высоких гармоник для подачи на вход существующего усилителя в данной художественной ситуации настраивается ручкой TONE. Также предусмотрен регулятор уровня выходного сигнала.
Так, Билл Финнеган почти 30 лет назад создал мощный инструмент для улучшения и окраски звука электрогитары.
У него нет трехполосного графического или однополосного параметрического эквалайзера, поскольку это овердрайв, а не предусилитель.
Другими словами, Klon Centaur предназначен для подключения ко входу не усилителя мощности или линейного микшерного пульта, а гитарного предусилителя, за которым следует усилитель мощности, кабинет с колонками и микрофонами, если речь не идет о репетиции, а о записи или исполнении.
И весь этот последующий путь осуществляет дальнейшее преобразование сигнала.
▍ Сборка и тестирование
Для самостоятельной сборки этого чуда аудиотехники существует множество принципиальных схем и вариантов разводки плат. Можно даже купить паяльный набор.
Например, вот этот от китайской компании Landtone. 
В комплект входит печатная плата, все необходимые компоненты, инструкция с цветными фотографиями, корпус и даже ручки переменного резистора с клювами, очень похожие на оригинальные.
И теперь вы можете посмотреть и послушать процесс сборки и тестирования моего экземпляра.
И на всякий случай копия видео на резервный канал.
▍ Выводы
Итак, заслуживает ли легендарная схема «Клон Кентавр» той огромной шумихи, которая сложилась вокруг нее? — Во-первых, педаль действительно звучит великолепно, в том числе и в контексте современной музыки.Именно поэтому многие гитаристы продолжают покупать тысячи экземпляров десятков вариантов от разных производителей.
Во-вторых, «чисто прозрачный овердрайв» на самом деле содержит сложную (по сравнению с другими эффектами овердрайва), продвинутую и продуманную схему.
В-третьих, гитаристы - идиоты в гуманитарных науках, которые создают звучание своего инструмента, нагромождая заведомо ущербные технические решения.
Они даже нагружают усилители мощности стоваттными резисторами, если играют не в большом зале или на стадионе, потому что им кажется, что только при определенной громкости усилитель звучит так, как надо.
Или не кажется.
Если вникнуть в эти вопросы с технической стороны, то окажется, что все эти искажения, насыщение магнитопровода выходного трансформатора, инерционность движущейся акустической системы и воздушные массы в акустическом оформлении и так далее, действительно сделать звук электрогитары не просто синусоидальной волной или меандром на частоте ноты, а средством музыкального выражения.
Другое дело, что не обязательно гнаться за чем-то очень элитным, редким и винтажным.
Иногда можно просто повторить дизайн бутика на имеющихся деталях и получить результат. Будет ли он отличаться от оригинала? — Конечно, будут нюансы, потому что есть разброс параметров комплектующих.
Они не точны.
Но вы можете сделать шаг к собственному звуку и попутно узнать много нового и интересного.
Спасибо за внимание! В следующий раз изучим что-нибудь другое и спаяем.
Теги: #Научно-популярная #Звук #Сделай сам или сделай сам #Электроника для начинающих #ruvds_articles #ruvds_articles #электрогитара #операционный усилитель #операционный усилитель #обработка звука
-
Нейропоэт И Другие Звезды Эстрады Будущего
19 Oct, 24 -
Твиттер На Iphone С Мегафон-Москва?
19 Oct, 24 -
Ит-Специалисты Становятся Толще
19 Oct, 24 -
Два Трехбуквенных Слова: Tms И Vcs.
19 Oct, 24
