Гитарный fuzz на кремниевых транзисторах
Привет, Хабр! Гитаристы шутят, что на пути творческого развития каждого любителя гитары ожидают несколько неминуемых этапов. Когда узнаёшь, что кроме зелёного 0.88 мм существуют медиаторы всевозможных форм, размеров и материалов. Когда открываешь для себя существование стробоскопических тюнеров. Когда переходишь на ламповое усиление. Когда понимаешь, что тебе обязательно необходима гитара фирмы Гибсон (чаще всего, такое случается после первого опыта игры на настоящем Гибсоне).
Существует и признак старения гитариста — сначала периодически появляющееся, а впоследствии устойчивое желание приобрести педаль фуза.
Gibson Explorer, Fender EVH 5150 III и Peterson StroboClip HD у меня есть, медиаторы тоже, нет только фуза и денег на его приобретение. Потому я его спаяю. Тем более что это интереснее, чем покупать готовый. Не у всех гитаристов это получается, но электронщик отличается тем, что в его практике не получалось очень многое, а потом что-то начало получаться.
Английское слово fuzz, однокоренное с прекрасно известной нам диффузией, переводится как распыление. Педаль эффекта фуз — распылитель гитарного сигнала. Именно так воспринимается его специфический винтажный звук, в отличие от более мягкого овердрайва и более сфокусированного дисторшна.
Секрет такого звучания в глубокой асимметрии и высокой скважности выходного сигнала. Каким образом он получается, рассмотрим далее.
▍ Fuzz Face
Первые педали в форме диска, напоминающего улыбающееся лицо гуманоидного существа, археологи находят в культурном слое 1966 года нашей эры. На хорошо сохранившихся экземплярах можно прочитать руническую надпись The Arbiter Fuzz Face.
Имеются веские основания полагать, что древние фабрики, производившие данный артефакт, принадлежали тому самому Айвору Арбитеру, который нарисовал логотип группе Битлз, когда в 1963 году Ринго Старр и Брайан Эпштейн пришли в магазин Arbiter«s Drum City, чтобы купить новую ударную установку. Начиная с 1968 года, иероглифы на педалях читаются уже как Dallas-Arbiter.
Напишите в комментариях, сколько лет Ринго Старру на этой фотографии.
Долгое время учёным не удавалось привести артефакты в действие, потому что они сгорали при попытке подключить блок питания. Как выяснилось позднее, схема эффекта построена на биполярных транзисторах структуры p-n-p, которые археологи из-за специфического внешнего вида сначала приняли за оксидные электролитические конденсаторы.
В устройстве на p-n-p транзисторах, включённых по схеме с общим эмиттером (а именно так устроен Fuzz Face), общим или земляным проводом является не минус, а плюс питания. Общий провод соединён с экранирующим металлическим корпусом, служащим клеткой Фарадея для защиты от помех и наводок.
Потому в старой электронной технике у разъёма питания минус внутри, а плюс снаружи. Ситуацию исправил один из археологов, являющийся по совместительству любителем игровых ретро-консолей Денди и Сега. У них полярность гнезда питания такая же, как у гитарных педалей.
Позже выяснилось, что у настоящего винтажного Fuzz Face разъёма внешнего питания вообще нет, а в руки учёных попало переиздание либо подделка с AliExpress. Хотя качество изделия говорит, что это скорее не подделка, а контрафакт. Китайский завод получил и выполнил заказ на производство партии фирменных педалей, а потом сделал по той же спецификации партию для себя.
Прежде чем изучать схему старого доброго фуза, отметим, что мировую популярность этому аналоговому эффекту принёс не ливерпульский квартет Битлз, а Джеймс Маршалл, он же Джими Хендрикс. Гитарист-виртуоз, открывший миру поразительные возможности электрогитары.
И да, Хендрикс тоже играл на Гибсонах, несмотря на то, что запомнился всем с перевёрнутым праворуким Фендер Стратокастером. Потому что Гибсон — это судьба любого исполнителя на шестиструнной адаптеризованной испанской гитаре. И играл Джими в ламповый усилитель, потому что других тогда не было и лучшего не придумали до сих пор.
Что до Neural DSP Quad Cortex, то он стоит как недешёвый ламповый усилитель и эмулирует не что-нибудь, а ламповые усилители. Но вы всё равно напишите в комментариях, что думаете про чудачества гитаристов с их любовью к многодесятилетней бутиковой гитарной древесине, ламповой технике и примитивным схемам. Которые, тем не менее, звучат.
Итак, вот схема Fuzz Face. На ней мы видим двухкаскадный усилитель с непосредственной связью между транзисторами. Первый каскад не представляет вообще ничего интересного даже для новичка в электронике. Второй каскад тоже.
Зато оба каскада охвачены интересной отрицательной обратной связью, которая называется последовательной шунтовой, и представляет собой источник тока, управляемый током.
Чем выше коллекторный ток выходного транзистора Q2, тем большее напряжение падает на его эмиттерной цепи. И тем больший ток потечёт через резистор обратной связи R4 на базу входного транзистора Q1.
Этот ток находится в противофазе с входным током, потому его действие эквивалентно снижению входного сигнала и ведёт к снижению коэффициента усиления.
Так как педаль эффекта усиливает переменное напряжение с электромагнитных звукоснимателей электрогитары, положение щётки переменного резистора Rpot1 регулирует переменный ток через конденсатор C2 и при этом не влияет на режим оконечного каскада по постоянному току. Таким образом, Rpot1 является адекватным регулятором усиления.
Как работает аттенюатор выходной громкости Rpot2, и что делают разделительные конденсаторы C1 и С3 объяснять, наверное, не нужно. А можно и объяснить. Конденсатор не пропускает постоянный ток, зато пропускает переменный. Потому что заряжается и разряжается этим током.
▍ ZVEX Fuzz Factory
Две ручки регулировки — это слишком скучно, правда? Потому давайте построим фуз, у которого их целых пять. Его разработал американский энтузиаст и предприниматель из Миннеаполиса Захари Векс, известный своими странными изобретениями. Например, таким.Напишите в комментариях, каким образом положение серебристого шара регулирует скорость вращения маховика прибора. Ни с каким механическим тормозом или регулятором латунный рычаг, на котором он держится, не связан. Подсказка: этот шар — очень сильный неодимовый магнит.
Захари разработал немало схем различных эффектов для электрогитары, в их числе культовый ZVEX Fuzz Factory, «Фабрика фуза». Рассмотрим его авторскую схему.
Данный вариант схемы перевёрнутый. Это значит, что по сравнению с оригиналом изменены типы проводимости транзисторов: с PNP на NPN и наоборот. Перевёрнуты полярные электролитические конденсаторы. И, конечно, питание. Где был плюс, там теперь минус. Где был минус, там плюс.
На первый взгляд, перед нами тот же самый винтажный Fuzz Face. Только перед ним добавлен ещё один усилительный каскад на транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером.
Но ценность схемы Fuzz Factory состоит не в дополнительном каскаде предусиления, а в дополнительных переменных резисторах, добавляющих интересные и полезные регулировки.
Регулятор компрессии — COMP — не только участвует в цепи отрицательной обратной связи, охватывающей два уже знакомых нам каскада Fuzz Face. От положения щётки этого переменного резистора зависит ещё и режим оконечного транзистора по постоянному току. Потому регулируется и степень сжатия динамического диапазона сигнала.
При использовании сдвоенного электромагнитного звукоснимателя хамбакера, катушки которого последовательно соединены в противофазе для взаимоуничтожения внешних наводок от осветительной электросети переменного тока, эта регулировка компрессии почти не чувствуется.
Зато она очень ощутима и полезна при игре на старых добрых стратокастерах, телекастерах и прочих гитарах с одинарным звукоснимателем сингл. Как раз на таких инструментах часто играют исполнители, предпочитающие именно фуз, а не овердрайв или дисторшн.
Регулятор порога — GATE — является переменным резистором в цепи базы выходного транзистора. Его сопротивление определяет минимальный уровень входного сигнала, необходимый для открытия транзистора. Если уровень сигнала ниже этого минимума, транзистор не откроется.
Фуз является эффектом искажения типа хайгейн (high gain), что означает высокий коэффициент усиления. А стало быть, высокую чувствительность к наводкам, шумам и нежелательным призвукам, возникающим при неаккуратной (то есть вдохновенной, артистичной, харизматичной) игре на гитаре. Усилитель «чувствует» даже электризацию корпуса гитары об одежду гитариста.
Потому у практикующего артиста есть два пути. Либо выступать нагишом и играть как маэстро Фред, но это может позволить себе далеко не каждый. Либо использовать различные шумоподавители. За средство порогового шумоподавления, встроенное в педаль, гитаристы говорят Захари Вексу большое искреннее спасибо.
Последний регулятор стабильности — STABILITY — добавляет своё сопротивление к внутреннему сопротивлению источника питания. Нетрудно догадаться, что это коренным образом меняет режимы всех каскадов схемы и значительно влияет на звучание.
Но мы пойдём ещё дальше. Металлисты почему-то любят число шесть (если речь идёт не о числе струн на гитаре). Струн на соло- и ритм-гитаре должно быть семь или восемь, разве что бас-гитаре хватит шести. И регуляторов у нашего самодельного фуза будет не пять, а шесть.
▍ Berserker Fuzz
На данной схеме гитарной педали, носящей красноречивое имя Berserker Fuzz, видим искомый шестой регулятор. Он отвечает за срез низкочастотной составляющей входного аудиосигнала, то есть является технически пассивным RC-фильтром, а с точки зрения предназначения — регулятором тембра. Эту схему и буду собирать.
Этот шестой переменный резистор является единственным отличием Фуза Берсерка от Фабрики Фуза. Во всём остальном схемы, как легко убедиться, являются идентичными.
Секрет хорошего транзисторного гитарного фуза довольно прост. Нужно, чтобы оконечный транзистор имел коэффициент усиления по току h21э, он же hfe, как можно ближе к 120, а предоконечный — как можно ближе к 80.
Потому вооружаемся мультиметром с возможностью измерения характеристик транзисторов, либо таким популярным устройством, доступным в виде множества готовых вариаций и наборов для сборки.
Закупаем на народной торговой площадке Алиэкспресс штук сто транзисторов MPSA92, или просто A92. Они кремниевые, но с низким усилением по току. И отбираем те, у которых оно близко к 80 и 120. Мне попались экземпляры с h21э 78 и 123.
Исторически первые гитарные педали, как и транзисторные радиоприёмники, были на германиевых транзисторах, отсюда и плюс питания на корпусе. Просто потому, что первые транзисторы были германиевыми и имели структуру PNP. Но попробовать собрать фуз на кремниевой элементной базе не только можно, но и нужно. Собственно, в этом и состоит интрига настоящего эксперимента.
▍ Слушаем звучание
Лично я считаю, что у меня получился неплохой фуз. Напишите в комментариях, что думаете о его звучании. Диапазоны регулировок действительно впечатляют.
Сигнал фуза идёт на вход усилителя Orange MT20 Micro Terror, далее обрабатывается электронной нагрузкой Two Notes Torpedo Captor X с загруженными импульсами двух гитарных кабинетов 4×12 (четыре 12-дюймовых громкоговорителя), раздельно для правого и левого канала стерео.
Можно пойти дальше, создав на базе двух кремниевых транзисторов имитацию одного германиевого. Для этого разработана такая схема.
Такой схемотехнический узел не только ведёт себя как транзистор с низким коэффициентом усиления по току, но и «заваливает» высокие частоты, как это делали старые добрые винтажные германиевые транзисторы.
Но этим я займусь в одном из следующих опытов. А можно разыскать и купить настоящие винтажные бутиковые германиевые транзисторы и собрать фуз на них. Но тогда в проекте будет меньше технической исследовательской составляющей, и больше исследования рынка винтажных радиодеталей, а также ожидания их доставки.
Потому продолжаем паять всякую всячину. Что-нибудь, да получится. Как минимум научимся чему-то новому в электронике.
RUVDS | Community в telegram и уютный чат
