Фильтр низких частот управляемый напряжением обычное дело для аналоговых синтезаторов, но на рынке гитарной обработки сложно найти, что-то подобное.
Подавляющее большинство подобных diy-педалей имеют очень урезанный генератор огибающей, что ограничивает их использование.
В очередной раз, не найдя подходящую по функционалу педаль, решил собрать ее сам.
Для тех кому лень читать.
По ссылке доступны все необходимые файлы и инструкции по заказу плат, комплектующих и сборке педали:
OVERLY LOWERLY (Guitar Pedal) — ссылка на гитхаб со всем необходимым для сборки.
В общем, однажды надоело ковырять гитарные педали и полез в синтезаторы, там ознакомился с разными способами обработки и управления сигналами не свойственными для гитарных педалей в ввиду разных ограничений (которые, как оказалось, вовсе и не ограничения).
Погуглил что к чему прикладывается, схемы из интернетов к деталям прикинул, и собрал из того, что было.
Принцип работы.
Здесь установлены два блока из аналогового синтезатора, адаптированных под гитарный сигнал:
VCF (Voltage Controled Filter) — Фильтр управляемый напряжением, здесь я использовал фильтр низких частот (Low Pass Filter), так как он самый приятный уху оказался в работе с гитарой.
Это схема на довольно популярном для этих целей операционном усилителе LM13700, ее часто можно встретить в компрессорах, лимитерах, фейзерах или даже на громкостях.
Все компоненты были подобраны с учетом частотных характеристик гитары (на слух), так как большинство фильтров для синтов слишком резкие для гитары и звучат довольно специфично.
С этим конечно пришлось повозиться.
AR/AD ENVELOPE GENERATOR — Генератор огибающей, в синтезаторах используется для управления громкостью, например для того, чтобы сделать нарастающий по громкости звук или наоборот плавно затухающий при нажатии на клавишу.
Данный генератор может работать в трех режимах, один из которых цикличный и может использоваться как генератор низкой частоты (LFO), например как в фейзере, но при этом форму волны можно поменять всего двумя теми же ручками атаки и затухания.
На изображении пример того как срабатывает генератор огибающей в разных режимах при нажатии на кнопку.
Я разбил схему на 6 функциональных блоков на которой изобразил блок-схемой как проходит сигнал, а так же ручки управления.
- Входной каскад (INPUT STAGE)
- Каскад перегруза (OVERDRIVE)
- Гейт конвертер (GATE CONVERTER)
- Генератор огибающей (ENVELOPE)
- Фильтр управляемый напряжением (LP FILTER)
- Микшер (MIX STAGE)
Схема.
Для полноценного управления напряжением, необходимо двуполярное питание.
Такое питание используется во всех модульных синтезаторах.
Поскольку схема у нас максимально аналоговая и потребление здесь минимальное, самое простое решение это преобразователь на переключающихся конденсаторах ICL7660S.
Он компактный, дешевый, требует минимум обвеса и идеально подходит для работы в педалях.
Обязательно нужно использовать микросхему с маркировкой ICL7660S (та что без буквы S имеет низкую частоту работы, из за чего будет постоянный “свист” на фоне)
Поскольку гитарный сигнал у нас поступает сразу на несколько функциональных блоков, его необходимо усилить, для этого используются 2 ОУ с регулируемым коэффициентом усиления.
После чего сигнал подается:
- В блок перегруза
- В микшер
- В гейт конвертер
Схема перегруза взята за основу Vertex TDrive, это достаточно гейновый овердрайв, на выходе у него стоит JFET транзистор, добавляющий довольно-приятной “теплоты”.
Питание этого блока было адаптировано под двуполярное напряжение, что, по идее, должно было дать больший частотный диапазон (Да, этим часто пользуются производители перегрузов в последнее время, разгоняя питание обычной той же ICL7660).
Схема взята кстати отсюда: Caboose Overdrive.
Устанавливал вместо этого блока другие модули. Например, октавер через FLIP-FLOP тоже интересно, но, для гитары, овер оказался более компромиссным решением.
Гейт конвертер использует 3 ОУ, двумя из которых усиливает сигнал в 100 раз (а может быть и нет), после чего полностью выпрямляет его компаратором.
Для установки выходного напряжение на нужный уровень, используется простой делитель напряжения (R31 и R34), при напряжение в 9в, на выходе ровно 5в, так что при желании можно вывести его отдельно, для управления внешними устройствами.
Микшер был взят из MFOS SUB-COMMANDER. Очень нравится решение с посыл/возвратом сигнала, очень понятное и удобное решение для смешивания сигналов.
Энвелоп генератор взят из MFOS MINI SYNTH SOUND LAB. Это надёжный и простой генератор огибающей. ADSR для гитары не показался чем-то особенно-крутым, +2 ручки не стоят того. Не самое компактное решение, но цикличный режим, который позволяет его использовать как LFO и делает не нужным.
О том, как он устроен и почему работает, вполне доступно и подробно написано на сайте musicfromouterspace. Да и вообще, там можно много найти интересного, что может помочь с Вашими проектами.
Фильтр низких частот, как уже писал ранее, построен практически на самой классической микросхеме для этих целей.
LM13700 здесь используется в режиме резистора управляемого напряжением и меняет частоту среза фильтра открывая ее (так гугл транслит говорит). Ручка резонанса регулирует обратную связь и усиливает частоты на срезе, при высоких значениях ручки резонанса, фильтр начинает заводиться, добавляя сигналу гармоник, что дает классический синтезаторный “Wah”-тон.
Чтоб собрать всю эту теорию в практику, потребовалось не мало времени.
Для начала, мне пришлось проверить работоспособность каждого отдельного блока на макетных платах. В работоспособности, честно говоря, не сомневался, так как некоторые блоки использовал ранее, в других устройствах и убедился в их корректной работе. Но, тем не менее, нужно было понимать о возможных багах и артефактах в их работе совместно.
Убедившись, что все более менее работает корректно, отправился в EasyEDA перерисовывать это все в цельную схему.
Печатная плата
Корпуса педалей обычно ограничены по размеру, а учитывая количество деталей и желание построить все на “DIP” компонентах, пришлось использовать довольно плотную компоновку. Ручки управления были вынесены на проводах, что позволило расположить их внутри корпуса.
Сразу было определены размеры платы, от которых приходилось отталкиваться: 82х86мм. Это, практически, максимально-допустимый размер платы который поместится в корпуса GAINTA G0473 (MXR STYLE).
Скачать архив с гербер фаилами.
Я такой корпус конечно же не использую.
Крепежные элементы тоже, конечно же не рассчитывал, что в корне осуждаю. Но был расчет, что плата будет держаться на проводах, что собственно и произошло.
Отверстия, кстати, есть на всякий случай.
На трассировку потратил некоторое время, еще некоторое время на исправление.
Очень рекомендую всем, кто занимается подобным “тетрисом” использовать 3д модели, чтоб хотя бы примерно понимать о расположении комплектующих, особенно важно в проектах где установлены потенциометры и другие управляющие элементы сразу на плате.
Далее был оперативно оформлен заказ на одном из сервисов по производству печатных плат в китае и приступил к сборке.
Так как я заранее располагал комплектующие с учетом их реальных размерам (благодаря 3д моделям), в сборке никаких трудностей не возникло и готовая плата уже была через пару часов после прибытия посылки с почты.
Самое сложное, как и ожидалось, это установка потенциометров и тумблеров.
11 потенциометров, 3 тумблера и 2 кнопки становятся впритык в такой небольшой корпус.
Корпус это отдельная история.
Он уже пережил несколько проектов которые не нашли себя в реальном применении и обзавелся неожиданными отверстиями, которые пришлось заделывать тем, что было под рукой.
Рассчитав необходимую длину проводов для потенциометров, установил их на плату. Тумблеры устанавливаются с внешней стороны корпуса, поэтому остались на последок.
Из-за такой особенности установки, не рекомендую использовать подобные клавиши, но в данном случае это была безысходность, так как диаметр установочных отверстий под них чуть больше 15мм и пришлось бы закрывать “технологические” отверстия.
Конечно же не все завелось с первого раза, попался сгоревший полевой транзистор на выходе перегруза, второй тоже…..
В общем разборка подобной конструкции не самое приятное занятие, так что замена была установлена с нижней части платы.
Байпас конденсаторы так же до сих пор не установлены из за совокупности разных факторов и человеческой лени, но и без них прекрасно работает.
Ну и видеоролик, о том как это работает.
Список элементов.
Резисторы:
- 470 – 2 шт
- 510 – 2 шт
- 1k – 6 шт
- 2k – 1 шт
- 2.2k – 2 шт
- 3.3k – 1 шт
- 3.9k – 1 шт
- 4.7k – 1 шт
- 6.8k – 3 шт
- 10k – 7 шт
- 12k – 1 шт
- 20k – 5 шт
- 22k – 1 шт
- 27k – 2 шт
- 30k – 1 шт
- 33k – 1 шт
- 47k – 1 шт
- 68k – 1 шт
- 100k – 11 шт
- 120k – 3 шт
- 150k – 2 шт
- 200k – 2 шт
- 300k – 1 шт
- 470k – 1 шт
- 510k – 1 шт
- 1M – 8 шт
- 2M – 2 шт
- 2.2M – 2 шт
- 3M – 1 шт
- 4.7M – 2 шт
Конденсаторы
- 22pF – 3 шт Керамика
- 220pF – 1 шт Керамика
- 470pF – 2 шт Керамика
- 0.1uF – 1 шт Керамика
- 0.1uF – 9 шт SMD 1206
- 1nF – 2 шт Пленка
- 10nF – 1 шт Пленка
- 27nF – 1 шт Пленка
- 47nF – 3 шт Пленка
- 100nF – 7 шт Пленка
- 150nF – 1 шт Пленка
- 220nF – 1 шт Пленка
- 1uF – 2 шт Пленка
- 1uF – 1 шт Электролит
- 2uF – 1 шт Электролит
- 10uF – 5 шт Электролит
- 100uF – 1 шт Электролит
Диоды
- 1N914 – 10 шт (замена: 4148/914)
- 1N5239 – 1 шт (замена: 5239/Zener 9.1V)
- LED – 2 шт GATE/BYPASS
Транзисторы
Микросхемы
Потенциометры
- B100k – 8 шт (DIST, SENSE, MASTER, DRY, CLEAN, ENVLVL, CUTOFF, RESO)
- B200k – 1 шт (GAIN)
- B1M – 2 шт (RELEASE, ATTACK)
Переключатели
- SPDT (On-On) – 1 шт AR/AD MODE
- SPDT (On-On) – 1 шт AD REPEAT
- SPDT (On-On) – 1 шт AUTO GATE
- SPST – 1 шт FOOT SW GATE (MOMENTORY)
- 3PDT – 1 шт BYPASS (On-On)
Разъёмы
- JACK 6.3mm – 2шт
- разъём питания – 1шт
Всем удачной сборки и положительных эмоций от новых звуков, полученных с помощью этой педали! С уважением, Евгений Карло.