ELUR K-IV Analog Delay Vintage

By | 02.05.2016

Предисловие.

ELUR Case

Это устройство было разработано в рамках проекта «Пространственный гитарный процессор» (ПГП), и будет являться одной из его составных частей. Кроме дилэя в ПГП будут входить также блоки стерео-фленджера, трехголосого хоруса и стерео-ревербератора.

Устройство в целом не претендует на какую-либо оригинальность, и является упрощенным аналогом известных DOD Analog Delay 585, Boss DM-2, и других подобных гитарных эффектов, но, по некоторым параметрам, превосходит фирменные прообразы.

Дилэй выполнен на аналоговой управляемой линии задержки MN3005 производства фирмы Panasonic. Данная микросхема позволяющей получить максимальное время задержки входного сигнала около 200 мс, при частоте тактового генератор 10 кГц. Схемотехнические решения, примененные при разработке устройства, позволили снизить тактовую частоту до 9 кГц, без увеличения шумов и потери качества сигнала в канале задержки, что увеличило максимальное время задержки на 10% (до 220 мс).

Устройство выполнено в стандартном корпусе Gainta-473, и имеет следующие параметры:

  • АЧХ чистого канала — 50-20000 Гц, при неравномерности <1 дБ;
  • АЧХ канала задержки — 50-3800 Гц, при неравномерности  <=2,5 дБ;
  • Динамический диапазон канала чистый/задержанный ~85/72дБ;
  • Минимальный уровень входного сигнала, при котором обеспечивается заявленный динамический диапазон — 0,15 вольта;
  • Диапазон регулировки времени задержки — 40-220 миллисекунд;
  • Число повторов — от 1 до бесконечности (легкое самовозбуждение).
  • Коэффициент передачи чистого канала — 1;
  • «Горячий» байпасс (повторитель на полевом транзисторе по входу, ОУ на выходе);
  • Входное сопротивление — 1 МОм;
  • Выходное сопротивление — 1 кОм;
  • Напряжение питания — постоянное, не стабилизированное, от 18 до 24 вольт (внешний БП).

Схема.

ELUR Analog_Delay_2

Входной каскад выполнен по схеме истокового повторителя на Т1, и имеет входной импеданс 1 Мом.  Далее сигнал через регулятор уровня (потенциометр Р1) подается на вход усилителя-корректора канала задержки ОР1а, и на выходной микшер ОР4b. ОР1а имеет коэффициент усиления около 8, и наряду с этим осуществляет частотную предкоррекцию входного сигнала: начиная с частоты ~ 800 Гц идет плавный подъем АЧХ канала с крутизной ~ 3 дБ на октаву. Это позволяет усилить высокочастотные компоненты гитарного сигнала примерно до уровня основных тональных гармоник, и тем самым улучшить общее соотношение сигнал/шум без использования компандера (устройства для сжатия динамики сигнала на входе и расширения ее на выходе).

Сигнал гитары, усиленный ОР1а до уровня примерно 1 вольт, подается на вход микширующего каскада на ОР2а, с единичным коэффициентом  передачи, и далее, через ФНЧ на ОР2b на вход тактируемой линии задержки IC2. ФНЧ на ОР2b имеет частоту среза 3,8 кГц, и крутизну среза 23 дБ/октаву. Подстроечный потенциометр ТР2 в цепи неинвертирующего входа ОР2b служит для настройки уровня смещения, подаваемого на вход линии задержки IC2.

Аналоговая линия задержки IC2 (MN3005) управляется (тактируется) противофазным сигналом с тактового генератора на IC1 (микросхема MN3101). Схема включения обеих микросхем соответствует рекомендациям производителя, и не имеет каких-либо особенностей. Значение тактовой частоты определяется номиналами резисторов R18, R19, емкости С9, и положением движка потенциометра Р2 – в крайнем левом (по схеме) положении частота тактовых импульсов, поступающих на входы СР1 и СР2 IC1 минимальна (~9,0-9,5 кГц), в крайнем правом положении – максимальна (~ 60кГц).

Микросхема линии задержки IC2 имеет два выхода, подключенные к подстроечному потенциометру ТР1, который позволяет сбалансировать выходной сигнал линии задержки. Сигнал со среднего вывода ТР1, через цепочку R33, R34 и C24, выполняющую обратную коррекцию АЧХ, подается на повторитель на ОР3а, и далее на ФНЧ (ОР3b, ОР4а) пятого порядка с частотой среза 4 кГц и крутизной среза 46 дБ на октаву. Параллельно этому, задержанный сигнал с выхода повторителя, через регулятор уровня на Р4 и частотозависимую цепь R17, R21, C8 подается обратно на входной микшер на ОР2а. Цепочка R17, R21, C8 изменяет АЧХ обратной связи канала задержки, позволяя в некоторой мере компенсировать потерю высоких частот. Это делает задержанный сигнал более ярким.

Отличием данной схемы ФНЧ от «классической» является то, что звено фильтра (R24, C21) с низшей частотой среза, равной ~2 кГц, поставлено последним в цепи фильтрующих звеньев. Это уменьшило наведенные шумы на выходе фильтра в несколько раз.

С выхода фильтра задержанный сигнал через регулятор уровня (потенциометр Р3) и дополнительный делитель (R28, R29) поступает на инвертирующий вход микшера на ОР4b. В этой цепи находится ключевой элемент Т2, при включении (отпирании) которого сигнал канала задержки полностью блокируется, и не поступает на выход устройства. На инвертирующий вход микшера поступает «чистый» сигнал с выхода ИП на Т1.

Для удобства регулировки уровня сигнала, поступающего на вход линии задержки, сигнал с выхода ОР1а поступает и на компаратор ОР1b, уровень срабатывания которого задается триммером ТР1. Выход компаратора нагружен на светодиод LED1, который начинает светиться, если уровень входного сигнала превышает необходимый для нормальной работы линии задержки.

Включается эффект кнопкой с фиксацией S1. При этом точка соединения R36 и LED2 отключается от плюса питания, и кладется на землю, что запирает ключевой элемент Т2, и подает питание на LED2, индицирующий включение эффекта. При «отжатой» кнопке S1 светодиод гаснет, а ключ Т2 открывается, и блокирует сигнал канала задержки.

Питается устройство от внешнего источника не стабилизированного постоянного тока напряжением от 18 до 24 вольт. В схеме предусмотрена защита от переполюсовки входного напряжения (диод D2), и имеются два интегральных стабилизатора: первый (VR1) на 15 вольт, от которых питаются все активные элементы устройства, и второй (VR2) на 8 вольт – с его выхода берется напряжение, равное ~ ? U питания. Наличие внутренних стабилизаторов, в принципе, позволяет использовать для питания устройства даже переменное напряжение, но при этом потребуется установка двухконтактного разъема питания, и обоими изолированными от массы контактами.

Схема построена так, что в сигнальных цепях присутствует только один электролитический конденсатор – C29, через который сигнал подается на выходной разъем устройства.

Детали.

Все электролиты в схеме, за исключением С22, на рабочее напряжение 16 вольт. С22 следует применять на рабочее напряжение не менее 25 вольт.

Остальные конденсаторы – пленочные, за исключением тех, которые имеют номинал менее 1 наноФарады. ПикоФарадные емкости — керамические.

Постоянные резисторы – МЛТ-0,125. Все потенциометры установлены номиналом 100 кОм с линейной характеристикой. Номиналы всех потенциометров, кроме Р2 можно уменьшить до 10 кОм (как показано на схеме), это не скажется на работе устройства.

Операционные усилители сдвоенные, типа TL072, полевые транзисторы Т1 и Т2 – n-канальные, у меня на входе стоит малошумящий 2SK222, а в качестве ключа Т2 отечественный КП364.

Оба светодиода – диаметром 3-мм, красного цвета, установлены в корпусе в стандартных пластмассовых втулках-держателях. Индикатор включения эффекта можно поставить зеленый или синий – готовое устройство будет смотреться интереснее.

Кнопка включения эффекта типа 1PDT — с одной группой переключаемых контактов.

Разъем для подключения внешнего БП я традиционно использую диаметром 5 мм, такие мне кажутся более надежными, чем двух-миллиметровые. Блок питания на 18 вольт у меня оказался от какой-то старой аппаратуры, и не смотря на то, что блок – импульсный, никаких наводок и звуковых артефактов при его использовании я не обнаружил.

Разумеется, выбор нестандартного напряжения питания 15 вольт определены не наличием у меня этого блока, а в соответствии с рекомендациями производителя: наилучшие показатели и параметры линии задержки достижимы именно при таком напряжении питания.

Печатная плата.

Устройство собрано на печатной плате размером 105х56,5 мм. Нижняя плата сфотографирована сразу после пайки, поэтому на ней еще видны следы от канифоли, которые необходимо удалить. Я делаю это при помощи изопропилового спирта – он не оставляет на плате белых следов при высыхании. Купить этот реактив можно в любом магазине радиодеталей. Стоимость бутылки «Пропанола» (это торговое название изопропилового спирта)  200-250 рублей. Все микросхемы установлены в колодках («кроватках»): операционные усилители TL072 и драйвер MN3101 – в стандартных для корпусов DIP8. Линия задержки MN3005 установлена в стандартной колодке для корпуса DIP14, у которой удалены шесть средних контактов (видно на Рис.2). Кроме того, поперек этой колодочки снизу, под отверстиями двух средних выводов, сделан неглубокий пропил под перемычку, находящуюся на печатной плате.

ELUR Delay_5

ELUR Delay_7

Не рекомендую модифицировать печатную плату «под себя», т.к. плата несколько раз переделывалась для уменьшения шумов схемы. Межвыводные размеры деталей позволят установить на плату любые доступные пленочные конденсаторы. Диаметр отверстий —  0,7 мм, этого вполне достаточно для монтажа.

Переменные потенциометры у меня крепятся к плате со стороны печатных проводников винтами М2,5, которые вкручиваются в пластмассовые площадки толщиной 3 мм, приклеенные к корпусу потенциометров. Если использовать для соединения потенциометров с платой проволоку 0,7 мм, вполне можно обойтись и без пластмассовых площадок, главное, чтобы зазор между корпусом потенциометров и поверхностью платы был не менее 3 мм.

Отверстия для соединения выводов кнопки-переключателя на плате расположены так, чтобы эти соединения служили дополнительными крепежными узлами платы.

Изображенная на фото плата – это предыдущий вариант. В ходе отладки устройства пришлось внести некоторые непринципиальные изменения в топологию разводки, поэтому не обращайте внимания на некоторое несоответствие платы в фаиле и на фото.

Настройка.

Традиционной фразы, которую можно прочитать в любом описании любого электронного устройства — «правильно собранная плата не требует настройки» — здесь не будет. Для того, что бы устройство нормально функционировало, его обязательно следует настроить! Несомненно, для этого потребуются соответствующие приборы. Прежде всего, это осциллограф и хороший мультиметр (желательно не китайская мыльница за 200 рублей). Кроме того, для настройки тактового генератора скорее всего потребуется частотомер, тем не менее, без него можно обойтись, если у вас есть осциллограф с размеченной сеткой на экране. Ну и на десерт – НЧ-генератор с плавной перестройкой частоты в звуковом диапазоне (хотя бы от 100 до 10000 Гц).

Настройка начинается с установки всех трех подстроечных триммеров в среднее положение, а всех потенциометров – в крайнее левое. После этого включаем питание, и контролируем напряжения на выходах стабилизаторов. Допустимое отклонение 15-вольтового напряжения: 15 +0/-0,2 вольта. На выходе второго стабилизатора желательно иметь чуть меньше 8 вольт, в идеале – 7,5 вольта. Из трех микросхем, которые были у меня в наличии, две стабилизировали практически 8 вольт, а третья —  7,65 вольта. Вот ее-то я и впаял в плату. Но ничего страшного не произойдет, если на выходе второго стабилизатора будет 8 вольт.

Затем проверяется работа кнопки байпаса – в одном ее положении должен загораться LED2.

Далее проверяем работу тактового генератора. Для этого устанавливаем щуп осциллографа на вторую или четвертую ножку IC1 (MN3101). Там должно быть прямоугольное импульсное напряжение, изменяющееся от нуля, до практически напряжения питания (на 0,3-0,5 вольта меньше, чем напряжение питания). Если генерации нет – ищем хомуты на плате. Если генерация есть, измеряем частоту импульсов в крайних положениях Р2. В крайнем левом положении движка Р2 частота импульсов на второй и четвертой ножках IC1 должна быть ~60 кГц (период следования импульсов ~17 микросекунд). В крайнем правом положении движка Р2 частота импульсов в тех же точках должна быть 9,0-9,5 кГц (период следования импульсов ~105-110 микросекунд). Если максимальная или минимальная  частота (60 кГц и 9,5 кГц) сильно отличаются от рекомендуемой, изменяем номинал С9 и/или R19. При увеличении/уменьшении С9 будет одновременно изменяться частота генерации во всем диапазоне в большую/меньшую сторону. Резистор R9 в основном влияет на максимальную частоту генерации, не значительно изменяя минимальную. Если же частоты отличаются не больше, чем на 10% от рекомендуемых, можно ничего не делать. Только имейте в виду, что минимальная частота соответствует максимальному времени задержки, и ее не стоит сильно увеличивать. Но и уменьшать тоже не следует, т.к. при это наверняка появятся сильные искажения сигнала, и может увеличиться шум на выходе устройства.

Затем подаем на вход устройства сигнал с НЧ-генератора частотой 400 Гц, и амплитудой 100-120 милливольт (это максимальная величина сигнала с гитары при интенсивной игре аккордами), щуп осциллографа устанавливаем на ножку 7 IC2 (вход линии задержки), вход осциллографа переключаем в «закрытый» режим (измеряем только переменное напряжение), и потенциометром Р1 устанавливаем амплитуду сигнала на входе IC2 равный 1 вольту. После этого, вращая движок триммера TR1, добиваемся минимального видимого свечения пикового индикатора LED1. При малейшем увеличении входного сигнала светодиод должен светиться гораздо ярче.

Не лишним будут так же проконтролировать АЧХ входных каскадов устройства, включая усилитель-корректор ОР1а, микшер ОР2а, и ФНЧ на ОР2b. В диапазоне от 50 Гц до 500-600 Гц АЧХ должна быть плоской, затем должен начинаться подъем с крутизной 3-5 дБ на октаву до частоты 3,5 кГц (амплитуда сигнала должна возрасти в несколько раз), после чего должен идти резкий спад АЧХ, который на частоте 8 кГц будет не менее 20-23 дБ. Если номиналы деталей имеют разброс не более 10%, то корректировать АЧХ не придется.

Теперь настроим режимы линии задержки. Для этого на вход устройства подаем сигнал частотой 400-1000 Гц,  щуп осциллографа устанавливаем на средний вывод триммера ТР3 или на 1-ю ножку ОР3а (повторитель после линии задержки), и начинаем плавно увеличивать уровень сигнала на входе линии задержки. Это можно сделать регулятором НЧ-генератора, или потенциометром Р1. LED2 начнет ярко светиться. При возникновении ограничения сигнала на выходе линии задержки, триммером TR2 добиваемся симметрии этого ограничения. Затем уменьшаем уровень сигнала до нормального (LED2 тускло светится), и триммером TR3 балансируем сигнал на выходе линии задержки. Выходной сигнал при этом должен иметь минимальную «размытость», вызванную дискретизацией.

В заключение проверяем выходной ФНЧ. На его выходе (точка соединения R24, R28 и C21, или непосредственно на пятой ножке ОР4b) практически не должен присутствовать сигнал тактируемой частоты даже при максимальном времени задержки. Сквозная АЧХ канала задержки (от входа устройства до неинвертирующего входа ОР4b) должна быть линейна вплоть до частоты 3,8 кГц, после чего должен начинаться резкий завал АЧХ с крутизной не менее 45 дБ/окт.

Уровень сигнала в точке соединения элементов R24, R28 и C21 должен быть ~ 1 вольт, а на ножке 5 ОР4b амплитуда сигнала должна быть примерно равна амплитуде входного сигнала.  Разумеется, при этой проверке эффект должен быть включен (LED2 должен светиться).

Плата рассчитана на установку в стандартный корпус Gainta-473. Корпус размечается и рассверливается по чертежу, изображенному ниже.

ELUR Analog_Delay_2_3

На этом рисунке изображена развертка верхней и двух боковых стенок корпуса. Покраска корпуса делается любым доступным способом, я уже несколько раз делал это в ближайшей авто-мастерской – маляры с удовольствием помогают, практически не требуя оплаты (у них всегда имеются остатки краски самых разных цветов), а обычно ограничиваются банкой кофе, или парой пива.

Мой вариант «этикетки» корпуса показан на изображении ниже, но при желании вы можете сделать свой. Разумеется, необходимо привести масштаб этикетки в соответствие с межосевыми размерами отверстий на корпусе.

ELUR Analog_Delay_2_2

Надписи на корпус я наношу методом шелкографии, но этот корпус буду «расписывать» только после праздников – сейчас типография на рождественских каникулах.

Кстати, при достаточной аккуратности, этикету на корпус можно сделать ЛУТ-способом.

Сборка устройства не требует каких-либо пояснений. Единственное, что хочу заметить, это способ подключения светодиодов. Первоначально я планировал впаивать их непосредственно в плату со стороны печатного монтажа, отверстия под пайку выводов светодиодов расположены непосредственно под отверстиями в корпусе, но это оказалось не очень удобным. Поэтому в окончательном варианте светодиоды соединяются с платой шлейфами длиной ~ 100 мм (они видны на изображениях ниже), сделанными из плоского многожильного кабеля, которым в вычислительной технике соединяются с материнской платой внешние устройства – винчестеры, дисководы, и т.д. Разумеется, для этого можно использовать и одножильные проводники.

Входной и выходной разъемы, установленные на боковых стенках корпуса, следует соединить с платой проводниками минимальной длины, не более 40-50 мм. Провода от разъема питания до места пайки на плате желательно свить между собой, и так же сделать минимальной длины.

Общий провод от входного и выходного разъемов соединяются вместе на левом (по фотографии) выводе кнопки-переключателя, и уже этот вывод соединяется с платой, так же, как и остальные два вывода.

На фотографиях ниже показан корпус с установленной платой.

ELUR Delay_1

ELUR Delay_3

На крышку устройства устанавливаются четыре резиновые ножки, которые, в крайнем случае, можно изготовить из подходящих резиновых пробок от стеклянной фармакологической посуды.

Перед началом эксплуатации устройства необходимо оценить уровень сигнала от вашего инструмента, и установить в соответствующее положение регулятор «Level» — пиковый индикатор на LED1 должен неярко «вспыхивать» только при сильных ударах по струнам при игре аккордами, в этом случае уровень сигнала, поступающего на вход микросхемы аналоговой линии задержки, будет оптимальным. В дальнейшем этот регулятор можно будет не трогать.

Органы управления.

Регулятор «Delay» задает время задержки. При показанных на схеме номиналах частотозадающей цепи тактового генератора, при положении этого регулятора на 8-10 часов звук эффекта будет напоминать звук пружинного ревербератора. При положении на 11-13 часов звук похож на звук ленточного ревербератора, а в положении 14-17 часов задержанный сигнал можно характеризовать как полноценное эхо.

При помощи регулятора «Repeat» выставляется количество повторов эхо. В крайнем левом положении (на 7 часов) повтор только один, в положении примерно на 16-17 часов начинается легкий нарастающий возбуд, характерный для любого ревербератора.

Регулятор «Volume»  регулирует уровень сигнала с канала задержки, поступающий на выходной микшер устройства. Его положение выбирается в зависимости от вашего желания и вкуса. Положение регулятора «Volume» не оказывает никакого воздействия на прохождение чистого сигнала с гитары.

На всякий случай Datasheet-файлы на микросхемы MN3005 и MN3101.

Примеры звучания.

Цепь записи:  Гитара — Elur Analog Delay — линейный вход компьютера.

Цепь записи: ГитараElur Bass Driver (модифицированный под гитару) — Elur Analog Delay — линейный вход компьютера.