Устройство преобразования спектра электрогитары

В настоящее время широкое распространение получили различные электронные устройства — приставки для электрогитар, изменяющие или преобразующие те или иные параметры гитарного сигнала. Эти устройства позволяют получить новые необычные звучания гитары, придают ее звуку большую выразительность, расширяют исполнительские возможности музыканта, облегчают исполнение сольных партий и импровизаций.

В данной статье описывается устройство, которое позволяет эффективно изменять и формировать спектр выходного сигнала, реализовать органный эффект, получать призвуки на одну, две и три октавы ниже основного звука. Манипулируя переключателями и регуляторами, можно получить самые различные тембры звучания, аналоги которым трудно найти среди тембров известных неэлектронных инструментов. Возможности темброобразования данного устройства приближаются к возможностям электроорганов средней сложности, причем есть такие режимы работы, при которых тембр звука изменяется во время звучания струны.

Принцип работы описываемого устройства основан на преобразовании непрерывного гитарного сигнала в дискретный с помощью преобразователя синусоидального напряжения в прямоугольное (ПСНП) и последующей его обработки импульсными устройствами. Способы и устройства обработки полученного прямоугольного сигнала отличаются от применяемых в электроорганах тем, что в первом случае частота считается случайной, а во втором — заданной.

Основная трудность осуществления качественного преобразования гитарного сигнала в прямоугольное напряжение — устранение треска по окончании звучания струны, который появляется на выходе ПСНП из-за влияния сетевых наводок, модулирующих полезный сигнал.

В фазе атаки влияние наводок не ощущается из-за большой скорости нарастания амплитуды гитарного сигнала. Треск появляется в конце фазы затухания, когда амплитуда гитарного сигнала и наводки сравнимы и скорость изменения гитарного сигнала мала. Причем треск ощутим при низком пороге срабатывания ПСНП (рис. 1), простое повышение которого избавляет от этого явления, но уменьшает длительность звучания выходного сигнала ПСНП, что нежелательно. Для устранения влияния наводок применен запуск ПСНП от предварительно ограниченного сигнала.

При прохождении гитарного сигнала, модулированного сетевой наводкой, через односторонний ограничитель (рис. 2) модуляция фоном ограниченного сигнала получается значительно меньше, чем у исходного сигнала.

Функциональная схема устройства показана на рис; 3. Сигнал с выхода звукоснимателя гитары поступает на предварительный усилитель 1, в котором он усиливается до необходимого уровня.

С выхода предварительного усилителя сигнал поступает на односторонний усилитель-ограничитель 2, выходной сигнал которого запускает ПСНП на триггере Шмитта 3. Полученное на триггере прямоугольное напряжение поступает на последовательную цепочку делителей частоты 4—6 и одновременно запускает ждущий мультивибратор 7 с регулируемой скважностью. Первый делитель 4 делит частоту входного сигнала на два (звук на октаву ниже), второй делитель 5 — на 4 (на две октавы ниже), третий делитель 6 — на 8 (на три октавы ниже). На выходе мультивибратора получаются импульсы входной частоты, скважность которых можно регулировать, что приводит к изменению спектра входного сигнала.

Выходные сигналы с триггера, делителей и мульти вибратора поступают на регуляторы тембра 8—12, ш выхода которых идут на сумматор 13. Туда же приходи выходной сигнал предварительного усилителя. Это сделано для того, чтобы придать звучанию выходного сигнала устройства более гитарный характер. Фазу сигнала можно менять на 180°, т. е. прибавлять или вычитать его. Громкость каждой составляющей суммарного сигнала регулируется. Кроме того, любой суммируемый канал можно отключать от сумматора с помощью кнопочного переключателя.

Интересно отметить, что амплитуда усиленного гитарного сигнала с выхода предусилителя изменяется за время звучания струны, а амплитуды выходных сигналов импульсных устройств не изменяются. Это приводит к тому, что доля спектра прямого гитарного сигнала в суммарном спектре изменяется во время звучания струны (сначала она велика, а с уменьшением громкости звучания струны уменьшается), поэтому за время звучания струны изменяется и спектр выходного сигнала устройства.

Принципиальная схема устройства показана на рис. 4. Предусилитель собран на транзисторах V1—V3. Для уменьшения шумов усилителя транзистор V1 работает в режиме микротоков . С целью оптимального согласования транзистора V3 с нагрузкой транзистора V1 между ними включен полевой транзистор V2, развязывающий их по шумам (для полевых транзисторов оптимальное сопротивление источника по шумам — сотни килоом, для биполярных — сотни ом). Так как максимальный сигнал с звукоснимателя гитары достигает 100 мВ, а напряжение усилителя ограничено десятками вольт, усиление каскада на транзисторе V1 не удается сделать больше чем 100—150.

При таких коэффициентах усиления доля шумов транзистора V3, работающего с относительно большими токами коллектора, в общих шумах усилителя велика.

Для получения возможно большего усиления каскада на V1 применено питание предусилителя от источника повышенного напряжения.

На транзисторе V3 собран каскад с разделенной нагрузкой. Изменяя положение движка потенциометра R8, можно плавно переходить от синфазного с входным сигнала к противофазному. В среднем положении движка на потенциометре нулевое напряжение. Через развязывающее сопротивление R9 сигнал с выхода пред усилителя поступает на усилитель-ограничитель на транзисторе V4. Резистором R12 регулируется уровень ограничения.

Через эмиттерный повторитель на транзисторе V5 выходной сигнал ограничителя поступает на триггер Шмитта , собранный на транзисторах V6 и V7. Для уменьшения гистерезиса и повышения четкости срабатывания триггера сопротивление резистора R20 выбрано таким, чтобы работа схемы приближалась к работе усилителя с положительной обратной связью. Гистерезис триггера — около 10 мВ. Порог срабатывания устанавливается резистором R17.

Ждущий мультивибратор собран по схеме с эмиттерной связью на транзисторах VS, V9. Скважность выходных импульсов регулируется резистором R87. Так как гари изменений скважности последовательности импульсов изменяется громкость (с увеличением скважности громкость уменьшается, так как падает уровень первых гармоник), в процессе регулировки скважности изменяется и амплитуда выходных импульсов соосным резистором R46 так, чтобы скомпенсировать изменение громкости.

Делители частоты собраны на JK-триггерах Dl —D3 серии K155. Необходимые входные уровни для запуска первого триггера получаются с понощью делителя напряжений R28, R29. Делители можно собрать на D-триггерах но схеме рис. 5. Вместо серии К155 можно применить любую другую ТТЛ-серию .

Так как размах выходных сигналов импульсных устройств достаточно велик, в устройстве применены пассивные регуляторы тембра.

В средних положениях регулировок тембра спектр выходного сигнала близок к спектру входного.

Регуляторы тембра собраны на резисторах R18, R22, R21, R24, R30, R27; R39, R42, R40; R48, R50, R49; R53, R57, R54 и конденсаторах С8, С 9 , С10, C12; C15, С17; С19, С20; C23, C24.

Действие регуляторов тембра на спектр импульсных сигналов настолько эффективно, что любой из них можно вывести на педаль в качестве Ways-эффекта.

Через потенциометры регулировки громкости R25, R31, R44, R51, R58 и контакты переключателей S1—S6 П2К выходные сигналы регуляторов тембра и выходной сигнал предусилителя поступают на сумматор, собранный на транзисторе V10 по схеме с общей базой. Выходной сигнал сумматора пропорционален входным токам через резисторы R59—R64.

Питание устройства осуществляется от стабилизаторов напряжения на стабилитронах V13—V18. Силовой трансформатор Т1 — любой, с напряжением вторичной обмотки 28В , рассчитан на потребляемую мощность около 6 Вт. Стабилитроны V13—V15 устанавливают на радиаторы из алюминиевых пластин, размером 30Х30Х Х4 мм. Резисторы R65, R67 одноваттные, RS6 — двухваттный , все остальные МЛТ-0,25.

Налаживание устройства заключается в установке уровня ограничения усилителя-ограничителя и по рога срабатывания триггера Шмитта . В первом случае выход усилителя-ограничителя отключают от входа триггера Шмитта и на вход устройства от звукового генератора подают сигнал амплитудой 2 мВ. Уровень ограничения устанавливается резистором R12 так, чтобы этот сигнал не проходил на выход усилителя-ограничителя. Порог срабатывания триггера Шмитта выставляется резистором R17 на слух по звуку на его выходе при подключенной гитаре.

Описанное устройство представляет собой основу, на которой можно разрабатывать новые эффекты. От полученного прямоугольного сигнала можно запускать импульсные умножители частоты, тембровое вибрато, описанное в журнале Радио № 9, 1975 г., применять формантную обработку суммарного сигнала и составляющих суммы. Смешивая составляющие в различных пропорциях и меняя их фазы, можно получать самые разнообразные оттенки звучания. Кроме того, при наличии двухканальной системы звуковоспроизведения сигналы с различных импульсных устройств можно направлять в разные каналы. Это создает эффект паралдельного исполнения мелодии несколькими исполнителями. Особенно ощутим этот эффект при звучании в одном канале сигнала основной, а в другом — пониженной или повышенной частоты.