Книга: Электроника для начинающих (2-е издание)
Назад: Эксперимент 29. Фильтрация частот
Дальше: Эксперимент 31. Радио без пайки и без питания
Эксперимент 30. Искажение звука
Давайте попробуем собрать еще один вариант схемы из эксперимента 29. Он продемонстрирует еще одну важную особенность звука: искажение.
Что вам понадобится
• Установка из эксперимента 29, собранная на макетной плате (см. рис. 5.44).
• Транзистор серии 2N2222 (1 шт.)
• Резисторы номиналами 330 Ом (1 шт.) и 10 кОм (1 шт.)
• Конденсаторы емкостью 1 мкФ (2 шт.) и 10 мкФ (1 шт.)
Модификация схемы
Мы внесем лишь незначительные изменения в предыдущую схему. Необходимо добавить транзистор, два резистора и три конденсатора. На рис. 5.57 показаны новые компоненты в верхней части макетной платы, а ранее установленные компоненты обесцвечены.
На рис. 5.58 приведены те же компоненты и их номиналы в соответствующей секции схемы, остальные компоненты опущены.
Транзистор 2N2222 перегружает вход микросхемы LM386, в то время как конденсаторы С8 и С9 емкостью 1 мкФ ограничивают нижние частоты, чтобы усилить искажение звука.
Конденсатор C10 предназначен для увеличения коэффициента усиления LM386. Это особенность данной микросхемы: если добавить конденсатор между выводами 1 и 8, коэффициент усиления возрастает с 20 до 200.
В результате «несчастная» микросхема усилителя несет двойную нагрузку. Вполне естественно, что это скажется на качестве воспроизведения звукового сигнала.
Рис. 5.57. Дополнительные компоненты, увеличивающие искажение звука
Рис. 5.58. Номиналы дополнительных компонентов на схеме
Внесите изменения в схему и подайте питание. Ранее на выходе было слышно небольшое жужжание, поскольку форма сигнала приближалась к прямоугольной. Но теперь, если вы поэкспериментируете с подстроечными потенциометрами 10 кОм и 1 МОм, выходной сигнал может зазвучать как гитара Джими Хендрикса.
Если результат чересчур экстремальный, можно заменить резистор 330 Ом другим, с более высоким номиналом. Но что же, собственно, здесь происходит?
Ограничение сигнала
При разработке аппаратуры Hi-Fi инженеры усердно трудились над усовершенствованием воспроизведения звука. Они стремились к тому, чтобы сигналы на входе и выходе усилителя были идентичны по форме и различались только по амплитуде. Уровень выходного сигнала должен быть достаточным для обеспечения заданной громкости звука в динамиках. Малейшее искажение формы сигнала считалось неприемлемым.
Никто не мог даже представить, что в погоне за максимально возможными искажениями новое поколение рок-гитаристов будет «истязать» их идеально спроектированные ламповые усилители.
Если заставить радиолампу (или транзистор) усиливать синусоидальный сигнал, выходя за пределы возможностей компонента, то ему не хватит мощности, а верх и низ кривой окажутся срезанными. В результате сигнал становится больше похож на прямоугольный, а, как я объяснял в эксперименте 29, для такого сигнала характерно резкое и дребезжащее звучание. Для рок-гитаристов, которые пытаются придать своей музыке оригинальность, резкость звучания является желательной особенностью.
Рис. 5.59. Когда синусоидальный сигнал (вверху) проходит через усилитель, который находится за пределами рабочего режима, то сигнал искажается (внизу)
Глядя на рис. 5.59, можно понять, что происходит. Пока напряжение на выходе остается в пределах рабочего диапазона усилителя (верхняя часть рисунка), сигнал воспроизводится достоверно. Однако если размах входного сигнала на усилителе увеличивается до такого уровня, что выходит за пределы рабочего диапазона (эти участки кривой выделены серым цветом). Поскольку мощность усилителя ограничена, он обрезает сигнал, как показано на рисунке внизу.
Рис. 5.60. Эта педаль Vox Wow-Fuzz была одной из первых «примочек», специально создающих тот вид искажения, от которого аудиоинженеры пытались избавиться десятилетиями
Для рок-гитаристов ограничение амплитуды звучит хорошо, и для создания этого эффекта были придуманы педальные приставки. Один из примеров подобного устройства показан на рис. 5.60.
История создания гитарных приставок
Группа «The Ventures» в 1962 году впервые записала сингл «The 2000 Pound Вее» с использованием фузз-бокса. В этой поистине одной из самых одиозных инструментальных композиций за всю историю музыки тембр настолько искажен, что многие музыканты посчитали, что подобное звучание обречено на забвение.
Затем Рэй Дэвис (Ray Davies) из группы «The Kinks» принялся экспериментировать со звуком, подключая выход с одного усилителя ко входу другого, предположительно во время записи хита «You Really Got Ме». Это перегружало усилитель и создавало звуковой эффект, который был более приемлем в музыкальном плане. В 1965 году Кит Ричардс (Keith Richards) применил приставку Gibson Maestro Fuzz-Tone для записи песни «(I Can’t Get No) Satisfaction» группы «The Rolling Stones».
Сегодня вы можете встретить тысячи энтузиастов, продвигающих свои оригинальные звуковые эффекты.
На рис. 5.61 я привел схему Флавио Деллепиане (FlavioDellepiane) (), итальянского разработчика, который распространяет свои работы бесплатно (через сервис Google AdSense).
Рис. 5.61. В схеме, спроектированной Флавио Деллепиане, три транзистора имитируют искажение, типичное для лампового усилителя при перегрузке
Флавио — изобретатель-самоучка, основную часть своих знаний он получил из журналов по электронике, таких как старое английское издание «Wireless World». В схеме фузз-приставки, которую я привожу здесь, он использует усилитель с очень высоким коэффициентом усиления, состоящий из трех полевых транзисторов, которые максимально точно имитируют сигналы, типичные для перегруженного лампового усилителя.
На своем сайте Флавио предлагает много схем, разработанных и проверенных при помощи двухканального осциллографа, генератора гармонических колебаний с низким уровнем искажения (так аудиоустройство получает «чистый» входной сигнал, прежде чем оно исказит его), измерителя нелинейных искажений и прецизионного аудиовольтметра. Последний прибор и генератор были собраны по его собственным проектам, и он также разрешает использовать эти схемы бесплатно. Таким образом, на его сайте любители конструирования домашних звуковых устройств могут сразу найти все необходимое для самообучения.
До «фузза» был эффект тремоло. Многие люди путают его с вибрато, поэтому давайте проясним различие между ними прямо сейчас:
Вибрато, применяемое к ноте, меняет частоту вверх и вниз, как если бы гитарист подтягивал струны.
Тремоло, применяемое к ноте, вызывает изменение громкости, как если бы кто-либо быстро вращал регулятор громкости электрогитары вверх и вниз.
Гарри ДеАрмонд (Harry DeArmond) продал первое устройство с эффектом тремоло, которое он назвал Trem-Trol. Оно было похоже на старинный радиоприемник с двумя дисками на передней панели и с ручкой для переноски наверху. Наверное, для того чтобы уменьшить стоимость, ДеАрмонд не использовал никаких электронных компонентов. Его Trem-Trol в духе стимпанка состоял из электродвигателя с коническим валом и прижатым к нему резиновым колесом. Скорость вращения колеса изменялась, когда вы перемещали его вниз или вверх по валу, поворачивая ручку. Колесо, в свою очередь, было связано с капсулой, наполненной жидкостью, в которую были погружены два провода, несущие аудиосигнал. Когда эта капсула раскачивалась туда и обратно, жидкость перетекала с одной стороны на другую, и сопротивление между электродами менялось. Таким образом модулировался аудиосигнал.
Сегодня устройство Trem-Trols является раритетом. Йоханн Буркард (Johann Burkard) разместил запись своего экземпляра DeArmond Тгеш- Тго1 на странице http://bit.ly/tremolo-clip, где вы сможете прослушать этот эффект.
Идея изменять электронный звук с помощью механических средств на этом не заканчивается. Фирменные органы Hammond обладают своим уникальным богатым звучанием благодаря набору зубчатых колес, вращаемых электродвигателем. Каждое колесо меняет индуктивность особого датчика, похожего на записывающую головку в кассетном магнитофоне.
Интересно подумать о других возможных «примочках», приводимых в действие электродвигателем. Вернемся к тремоло: представьте прозрачный диск, полностью покрытый черной краской, за исключением кольцеобразной полоски, которая сужается в одной точке. Когда этот диск вращается, вы светите ярким светодиодом через прозрачную полоску на фототранзистор — и вот основа для устройства тремоло.
Рис. 5.62. Принцип действия неоэлектромеханической приставки тремоло
Вы могли бы даже создать неизвестные ранее эффекты тремоло с помощью коллекции дисков с разными формами полосок. На рис. 5.62 показан пример конструкции подобного устройства, а рис. 5.63 — варианты конфигурации диска. А чтобы еще более усложнить эффект, придумайте устройство для автоматической замены таких дисков.
В мире полупроводниковой электроники нынешние гитаристы могут найти приставки для создания разнообразнейших эффектов, причем все такие устройства можно собрать дома с помощью схем, доступных онлайн. Справочную информацию вы сможете найти в следующих специальных книгах.
Analog Man’s Guide to Vintage Effects («Руководство по звуковым эффектам от компании Analog Man») Тома Хьюза (Tom Hughes) (издательство For Musicians Only Publishing, 2004 год). Это описание всевозможных старинных устройств и педалей.
Рис. 5.63. Разные конфигурации дисков позволят создать различные эффекты тремоло
How to Modify Effect Pedals for Guitar and Bass («Как изменить приставки звуковых эффектов для гитары и бас-гитары») Брайана Уэмплера (Brian Wampler) (издательство Custom Books Publishing, 2007 год). Это исключительно подробное руководство для начинающих. В настоящее время оно доступно только для скачивания, например, на сайте Открытой библиотеки (http://www.openlibrary.org), но вам, возможно, удастся найти выпущенные ранее издания у продавцов подержанной литературы, поискав по названию и имени автора.
Конечно, всегда можно пойти кратчайшим путем, выложив приличную сумму за уже готовые устройства, которые путем цифровой обработки сигнала имитируют эффекты фузза, хоруса, фейзера, флэнджера, тремоло, задержки, реверберации и множество других, и все это в одном удобном корпусе. Консерваторы, безусловно, будут возражать, что «звучание совсем не то», но не в этом суть. Некоторые из нас просто не успокоятся, пока не соберут собственную «примочку», а затем настроят ее в поисках своего звучания, которое не найдешь в готовом виде.
