Studium eines Schaltungsmeisterwerks / Sudo Null IT News

Hey Habr! Heute werden wir einen interessanten Gitarreneffekt namens Automatic Wah oder Wah studieren und zusammenbauen. Ein anderer Name dafür ist Envelope Controlled Filter in der Variante von Raymond Wilson (Music From Outer Space). Solche Pedale werden am häufigsten im Funk-Stil verwendet, aber nicht nur.

Was die Amplitudenhüllkurve (Envelope) ist, haben wir bereits in drei vorherigen Artikeln betrachtet. Um

Signalstärkeanzeige

, das heißt, der Hüllkurvenindikator. Ö

Kompressor, dh ein Verstärker, der von der Hüllkurve des Eingangssignals gesteuert wird

. Und über

Tremolo oder Amplitudenvibrato

das heißt, ein Modulator, der eine Hüllkurve bildet, die den Verstärker steuert.

Das automatische Wah übernimmt die Hüllkurve des Gitarreneingangssignals. Eine typische Audio-Hüllkurve eines echten oder simulierten Musikinstruments beginnt mit einem Anschlag, wenn das Plektrum auf die Saite trifft. Darauf folgt eine Absenkung, bei der vom Maximalpegel auf den Sustain-Pegel übergegangen wird.

Sustain ist ein stabiler Abschnitt, während dessen der Lautstärkepegel nahezu unverändert gehalten wird. Und irgendwann verstummt der Ton.

Diese Hüllkurve steuert die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters. Das heißt, ein hoher Signalpegel erweitert das Frequenzband zu höheren Frequenzen hin. Ein niedriger Signalpegel engt das Frequenzband ein. Tiefe Frequenzen bleiben erhalten, hohe Frequenzen werden abgeschnitten.

Es gibt andere Arten von automatischen Wahs, die einen Bandpassfilter anstelle eines Tiefpassfilters verwenden. Dort bleibt die Bandbreite gleich, aber der Pegel des Eingangssignals verschiebt sie nach oben oder unten.

▍ Betrachten Sie also das Schema

Er wurde von dem herausragenden amerikanischen Amateur-Analog-Synthesizer Ray Wilson geschaffen. Ich mag Rays Designs sehr. Seine Designs sind sehr anspruchsvoll. Sie sind nicht schwer zu bauen und sie klingen sehr gut.

Eigentlich, auf der Website des Autors MFOS Ich habe diese Lizenzgebühr bestellt, als noch regelmäßig Pakete aus den USA eintrafen. Rays Familie erhielt das Geld. Leider starb er am 21. Juli 2016. Aber seine Arbeit lebt weiter. E-Gitarren- und Analogsynthese-Enthusiasten auf der ganzen Welt sammeln seine Designs und machen Musik damit.

Das Diagramm mag kompliziert erscheinen. Um Schaltungen zu verstehen, müssen Sie lernen, in ihnen verständliche Schaltungsknoten zu sehen, die bestimmte Aufgaben erfüllen.

Zunächst einmal wird dieses Gerät von einer Krona-Batterie mit 9 Volt betrieben. Die Schaltung basiert auf Operationsverstärkern. Und sie sind, wie Sie wissen, für die Verwendung mit bipolarer Leistung ausgelegt, beispielsweise +5 und -5 Volt relativ zum gemeinsamen Draht. Und wir haben eine unipolare Stromversorgung, es gibt nur eine Batterie.

Um die von Minus bis Plus schwankende Wechselspannung zu verstärken, ist es bei Operationsverstärkern notwendig, einen künstlichen Mittelpunkt zu schaffen.

Dies ist ein Spannungsteiler, der die Versorgungsspannung halbiert. Es stellt sich heraus, dass 4,5 Volt relativ zum gemeinsamen Draht, dh dem Minusstrom, liegen. Bei Wechselstrom wird der Mittelpunkt über einen Elektrolytkondensator mit einer gemeinsamen Leitung verbunden.

Auf dem Diagramm sehen wir nicht einen, sondern zwei ganze künstliche Mittelpunkte. Raymond hat sie bereitgestellt, um die Schaltung des Geräts so weit wie möglich zu vereinfachen und den Signalweg so direkt wie möglich zu gestalten. Die erste künstliche Masse VR1 ist für einen Vollwellen-Hüllkurvendetektor. Dieser Detektor ist auf vier Operationsverstärkern aufgebaut.

Denken Sie daran, dass durch die Eingänge eines idealen Operationsverstärkers kein Strom fließt, das heißt, der Eingangswiderstand ist unendlich groß. In Wirklichkeit fließt Strom, aber er ist vernachlässigbar. Und die Spannung am Ausgang ist bei Vorhandensein einer geschlossenen Gegenkopplungsschleife so, dass die Spannungen an den Eingängen gleich werden.

Das Gitarrensignal durchläuft diese Schaltung auf zwei Wegen. Einer durch den Hüllkurvendetektor und der andere durch den Tiefpassfilter. Wir betrachten zuerst den Hüllkurvendetektorteil. Der “IN”-Schaltungspunkt ist über C1 (ein 0,1 uF-Keramikkondensator) mit dem invertierenden Verstärker U1-A wechselstromgekoppelt.

Um zu verstehen, wie dieser Verstärker funktioniert, müssen wir einen Spannungsteiler betrachten, der aus R5 und R2 besteht. Der Teilerstrom fließt vom Ausgang des Operationsverstärkers zum Eingang des Knotens. Der Knoteneingang ist der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers und der linke Zweig des Widerstands R2. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist mit künstlicher Masse verbunden, sodass die Spannung an beiden Eingängen Null ist.

Der Strom durch die Widerstände R5 und R2 ist gleich, da sie in Reihe geschaltet sind und kein Strom durch die Eingänge des Operationsverstärkers fließt. Daher beträgt bei einer Eingangsspannung von beispielsweise minus 47 Millivolt der Strom vom rechten Schenkel von R2, wo 0 Volt ist, zum linken Schenkel 1 Mikroampere. Bei einem solchen Strom beträgt R5, dh am Ausgang, nach dem Ohmschen Gesetz 300 Millivolt.

Die Verstärkung dieses invertierenden Verstärkers beträgt etwa 6,3 (300 kΩ/47 kΩ). Der nicht invertierende Eingang U1-A ist mit dem virtuellen Massepunkt VR1 (Referenzspannung 1) verbunden. Dadurch liegt der Ausgang des Operationsverstärkers bei DC 1/2 (4,5 V bei einer 9-V-Batterie).

Der Ausgang geht zur Anode D2, deren Kathode sowohl mit dem nichtinvertierenden Eingang U1-C als auch mit einem Ende des Widerstands R6 (1M) verbunden ist, dessen anderes Ende geerdet ist. Denken Sie daran, dass die Erdung die negative Seite der pseudo-bipolaren Leistung ist.

Das Signal vom Ausgang des Operationsverstärkers U1-A wird dem AC-Koppelkondensator, der auch C2 trennt (Keramik 0,1 μF), und dem invertierenden Puffer U1-B mit Einheitsverstärkung zugeführt. Der nicht invertierende Eingang U1-B ist mit dem virtuellen Massepunkt VR1 verbunden. Der Ausgang von U1-B ist mit der Anode der Diode D1 verbunden, deren Kathode sowohl mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U1-C als auch mit einem Ende des Widerstands R6 (1 MΩ) verbunden ist. dessen anderes Ende geerdet ist.

Positive, invertierte und negative Halbwellen kommen vor dem Eingang des dritten Knotens durch Dioden an, die gemäß der Montage-ODER-Schaltung verbunden sind. Vorausgesetzt, dass der Signalpegel den direkten Abfall an der Diode überschreitet, dh etwa siebenhundert Millivolt, tritt das Signal in den Eingang des dritten Knotens ein.

Wenn der Signalpegel kleiner ist als der Vorwärtsabfall über der Diode (etwa 700 Millivolt), geht es nicht weiter. Das heißt, wir haben eine bestimmte Betriebsschwelle. Dies sollte berücksichtigt werden, wenn wir Schaltungen mit Dioden bauen.

Der Gleichspannungspegel am nicht invertierenden Eingang U1-C ist etwa die Hälfte der Versorgungsspannung minus einem Diodenabfall (oder etwa +3,9 V in Bezug auf VR1). U1-A bildet zusammen mit U1-B und verwandten Komponenten einen Vollweggleichrichter für das Eingangssignal.

Wenn Sie sich die Spannungsabfallspitzen an R6 ansehen, können Sie die Hüllkurve des Eingangssignals sehen. Um nun den Inhalt des Eingangssignals loszuwerden und nur die Hüllkurvenspannung zu belassen, filtern wir die an den nicht-invertierenden Eingang von U1-C angelegte Spannung per Tiefpass und verschieben den Ausgangspegel so, dass er bei etwa -3 V beginnt (relativ zu VR1) und steigt auf etwa 3,5 bis 4 Volt Spitze (wenn die Eingangssignalhüllkurve Spitzenwerte erreicht).

Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers U1-C wird zusätzlich über R1 (100 kOhm und C4 0,1 uF gegen Masse) gefiltert.

Der vierte Knoten des Detektors ist ein Repeater, auch Puffer genannt. Dank ihm beeinträchtigen die an den Ausgang des Detektors angeschlossenen Schaltkreise seinen Betrieb nicht. So haben wir eine schöne Darstellung der Hüllkurve des Eingangssignals geschaffen.

Wir führen die gepufferte Spannung des Hüllkurvenfolgers über R11 (einen 100-kΩ-Widerstand) der nicht invertierenden Spannung des U2-A-Addierers zu. Der Rest der Schaltung verwendet die VR2-Spannungsreferenz als virtuelle Masse. R15 (2 kΩ Widerstand) hält den nicht-invertierenden Eingang U2-A auf Masse. Durch Anlegen einer gepufferten Hüllkurvenspannung über R11 (100-kΩ-Widerstand) erreichen wir die 50:1-Spannungsdämpfung, die zum Ansteuern des exponentiellen Spannungs-Strom-Wandlers erforderlich ist, da R15 50-mal niedriger als R11 und 150-mal niedriger als R10 ist.

Wir sind nicht daran interessiert, eine genaue Umwandlung von 1 Volt pro Oktave zu erhalten (hier nicht erforderlich), aber diese Schaltung gibt die Reaktion, die Sie von einem Filter als Reaktion auf die Hüllkurvenspannung erwarten würden. Schönes funky wow. Der R9 100 kΩ Wah Range Adjuster liefert über R10 (einen 300 kΩ Widerstand) eine Vorspannung an einen nicht invertierenden Eingang, um das Frequenzband einzustellen, innerhalb dessen die Hüllkurvenspannung die Grenzfrequenz des Filters steuert. Dies bietet einen großen Variationsreichtum, sodass Sie verschiedene Auto-Wow-Effekte erzielen können.

Der Ausgang U2-A speist die Basis Q1 des Steuertransistors des Exponentialwandlers. Q2 reflektiert den Strom durch Q1 und liefert Steuerstrom an die Transkonduktanz der Operationsverstärker (U3-A und U3-B). R20 und R21 (20-kΩ-Widerstände) tragen dazu bei, den Treiberstrom gleichmäßig auf die beiden Slope-Bias-Eingänge der Operationsverstärker zu verteilen.

Das Gitarrensignal durchläuft außerdem einen Tiefpassfilter, der durch den dualen transkonduktiven Operationsverstärker LM13700 und zugehörige Komponenten implementiert wird. Der Autor hat den Qualitätsfaktor (oder die Resonanz) hart abgestimmt, um so viel wie möglich zu erhalten, ohne das Gitarrensignal fallen zu lassen und den Effekt selbst zu erregen.

Wenn Sie Probleme mit der Selbsterregung des Filters haben, erhöhen Sie schrittweise den Wert des Widerstands R19 (30-kΩ-Widerstand), bis das Problem behoben ist.

Der Filter basiert auf einem Beispiel aus dem Datenblatt LM13700 von National Semiconductor (LM13700/LM13700A Dual Transconductive Linearizing Diode/Buffer Transconductor Op-Amps, Nov. 1994, FIGUR 14. Variable State Voltage Controlled Filter) und verwendet nur einen Tiefpassausgang Signal.

Wir verwenden einen weiteren Entkopplungskondensator für den Eingang, um ihn vom Eingang des Hüllkurvendetektors zu isolieren. R27 stabilisiert den Eingang, und ohne ihn regt sich der Effekt selbst auf, wenn Ihre Gitarre nicht angeschlossen ist. Mit einer 9-V-Batterie und dem geringen Stromverbrauch dieser Schaltung (13 Milliampere) ist der Klang ziemlich klar.

▍ Montage und Prüfung

So fand ich alle notwendigen Teile, um das Effektboard zusammenzubauen. Es gibt nicht nur unpolare Elektrolytkondensatoren mit einer Kapazität von einem Mikrofarad, also löte ich stattdessen mehrschichtige Keramik-SMD. Als die frühen Enthusiasten elektronischer Musik und Gitarrenausrüstung ihre Meisterwerke entwickelten, gab es diese Kondensatoren bereits, aber sie wurden hauptsächlich in komplexen industriellen Anwendungen und Mikromontagen verwendet.

Daher hat sich eine Tradition entwickelt, nach der Liebhaber analoger Synthese oberflächenmontierte Komponenten nicht wirklich mögen, aber in den meisten Fällen nicht schlechter sind als herkömmliche mit Drahtbeinen.

Wie immer hat das Gerät sofort funktioniert. Aber auf einer E-Gitarre mit einem Seymour Duncan SH4 Humbucker konnte ich mit diesem Effekt nicht spielen. Denn genau das passiert.

Der Gitarrensignalpegel ist zu hoch. Und wenn Sie die Lautstärke verringern, öffnet sich der Filter überhaupt nicht. Denn der Dual-Humbucker-Tonabnehmer komprimiert das Signal, d.h. verschmälert seinen Dynamikbereich.

Zum Glück habe ich eine andere Gitarre. Es wiegt fünf Kilogramm Kraft, aber es klingt wunderbar und hält das System. Aber jetzt ist das Wichtigste, dass es eine Abschaltung der Tonabnehmerspulen hat. Das heißt, mit Hilfe eines Push-Pull-Potentiometers können Sie Humbucker sofort in eine fast vollständige Ähnlichkeit mit Singles verwandeln.

Dieser Schalter schaltet einfach eine der Spulen jedes Tonabnehmers aus. Genauer gesagt, es schließt es kurz. Denn dafür werden weniger Kontaktgruppen und Leitungen benötigt.

Ein einzelner Single-Coil-Tonabnehmer komprimiert das Signal nicht, d. h. der Dynamikumfang bleibt unverändert. Dank dessen funktioniert Auto Wow, das nur eine einzige bietet, gut.

Ich werde auch den zweiten Schalter verwenden, der die Phase eines der Tonabnehmer umschaltet. Anti-Phase Pickups klingen besonders gut mit automatischem Wah.

Der Effekt reagiert sehr empfindlich auf Angriffsstärke und -geschwindigkeit. Einen großen Einfluss hat auch die Lautstärkebalance der Saiten. Um amplitudengesteuerte Effekte zu spielen, müssen Sie die Höhe der Tonabnehmer und ihrer Magnetkreise sorgfältig einstellen. Oder berücksichtigen Sie den Unterschied in der Empfindlichkeit der Saiten, wenn sie von einem Plektrum angeschlagen werden.

Die Wow-Maschine eröffnet eine ganz neue Klangwelt. Zum Beispiel die Stimme eines Roboters. Verschiedene wilde, ausdrucksstarke Sounds. Weltraumgeräusche und atmosphärische Klänge. Sie müssen nur die Zeit finden, alles anzuwenden.

Das stellte sich als interessanter Effekt heraus, komplett analog umgesetzt. Schreiben Sie in die Kommentare, welche Gitarreneffekte und andere Geräte Sie gerne in den folgenden Artikeln sehen würden.

Telegrammkanal mit Dienstprogrammen und gemütlich plaudern

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