Изучаем звуковой эффект Дисторшн
Дисторшн (также «дистошн», от англ. distortion — искажение) — разновидность звукового эффекта или используемого для его получения прибора. Достигается distortion за счёт «жёсткой» обрезки амплитуды аудиосигнала. Дисторшн широко востребован в таких музыкальных жанрах как хард-рок, металл и панк-рок, является в них основным гитарным эффектом. Кроме того, с его помощью обрабатывают звучание драм-машины в хардкор-техно (преимущественно это спидкор и брейккор). Нередко под этим определением скрывается целая категория принципиально одинаковых эффектов (типа овердрайва, фузза и других), принцип работы которых основан на возникновении нелинейного искажения аудиосигнала. Они получили название эффектов «перегруза», а позволяющие добиться их устройства — «искажатели», а в музыкальной среде их называют «примочки».
Эффект используется не только в сочетании с электрогитарой — он подходит и к ряду других инструментов (к примеру, бас-гитаре). Но для обработки звучания бас-гитары используется несколько изменённые эффекты, поскольку обычный гитарный дисторшн не способен передать весь спектр низких частот. А их обрезка негативно отражается на качестве звучания. В качестве альтернативы бас-гитару обрабатывают обычным дисторшном с последующим равным смешиванием изначального и искажённого сигнала. Кроме того, distortion используется для обработки звучания смычковых инструментов и вокальных партий.
Синтезаторы, гитарные эффект-процессоры, а также ПО для компьютеров, применяемое для звуковой обработки имеют в своём составе distortion в качестве одного из компонентов.
Как работает distortion
В его основе лежит звуковой эффект, возникающий при перегрузке усилителей. Он схож с клиппингом, являющимся, в сущности, разновидностью дисторшна. Суть дисторшна в том, что в построенных на лампах или транзисторах усилителях появляются нелинейные искажения аудиосигнала, в особенности на пиковых значениях громкости. По сравнению с традиционным клиппингом и схем, в которых используется элементарный ограничитель, «перегруз» (особенно если перегружать ламповое устройство) характеризуется сложной взаимосвязью между спектральными компонентами с амплитудой и спектральным составом выходящего аудиосигнала. Получаемый посредством использования лампового устройства перегруз традиционно ценится гораздо выше «транзисторного» дисторшн-эффекта.
Учитывая передаточные свойства любого усилителя, стоит отметить, что выходной аудиосигнал изменяется в них при изменении входного. Обычно усиление слабого входящего аудиосигнала осуществляется без искажений (либо они минимальны), но по мере роста его амплитуды увеличиваются значения нелинейных искажений. Их величина зависит от множества нюансов: типа усилителя, его схемотехники, глубины и значения обратной связи, и пр. Искажения варьируется в большом диапазоне. Наиболее часто линейная характеристика устройств относительна в широком спектре амплитуд выходящего аудиосигнала, но в случае превышения определённого порогового значения происходит выход выходного каскада из линейного режима, что приводит к возрастанию уровня нелинейных искажений. С помощью ручки «Усиление» («Gain») можно увеличить значение усиления устройства, что является аналогом увеличения амплитуды входящего аудиосигнала и приводит к росту искажений. Они называются нелинейными по причине возникновения новых спектральных составляющих в звуковом спектре.
Получается, при подаче на входной каскад усилителя аудиосигнала в форме чистого синуса на выходе образуется искажённая синусоида с присутствием гармоник. Но подобный метод позволяет получить эффект дисторшн только при больших громкостях. Для получения тихого искажённого сигнала требуется использование специальных искажающих каскадов, способных придавать звуку нелинейность в широком спектре амплитуд.
Типовая конфигурация усилителя состоит из предусилителя («преампа») и усилителя мощности («мощника», «оконечника»). Поэтому добиться эффекта дисторшн можно только с помощью перегрузки либо самого усилителя, либо предусилителя.
Широко распространены как аналоговые, так и цифровые приборы, эмулирующие множественные варианты эффекта дисторшн. Отдельные схемы даже позволяют имитировать звучание перегрузки усилителей от популярных брендов.
Аналоговый дисторшн
Принципиальная схема любого дисторшн-эффекта основана на следующих элементах:
- Первичном усилителе. Его роль заключается в усилении входного аудиосигнала до 2–5 В. Обычно присутствует возможность регулировки усиления. В отдельных моделях distortion распространено применение обрезных фильтров низкочастотных и высокочастотных составляющих звука, также в нём может применяться сдвиг частотных характеристик в область низких частот с обрезкой высокочастотной составляющей, или присутствовать подъём на частотах около 500 Гц. Нередко усилитель дополняется компрессором, что позволяет получить более плотный дисторшн. Также может использоваться схема с несколькими соединёнными в последовательном порядке первичными усилителями.
- Ограничительном каскаде. Он реализован с помощью встречно-параллельного добавления в схему кремниевых диодов. А именно, в соединение между землёй и выходным каналом первичного усилителя. Такая схема позволяет «жёстко» ограничить амплитуду, что непосредственно и является Distortion. Для достижения эффекта овердрайв или получения большего ограничения по амплитуде диодная пара включается в обратную связь первичного усилителя. Немалое число схем основывается на использовании нескольких каскадов.
- Цепи вторичной обработки. В ней изменённый аудиосигнал частично фильтруется различимыми способами.
Наибольшую известность среди аналоговых дисторшн-эффектов получил прибор SansAmp.
Цифровой дисторшн
Для цифровой эмуляции эффекта используются специальные программы — обработчики сигналов. Они могут быть встроены в цифровые гитар-процессоры или представлять собой приложение для ПК. С помощью цифровых эмуляторов можно моделировать звук реальных аналоговых дисторшнов и перегруженных ламповых усилителей.
Время атаки
Дисторшн отличает от овердрайва одна важная особенность — достижение эффекта происходит вне зависимости от интенсивности ударов по струнам. У последнего же атака находится в прямой зависимости от уровня и частотного диапазона звука. К примеру, для овердрайва характерен высокий уровень атаки, тогда как у дисторшна она практически незаметна. Distortion-эффект имеет ровный диапазон частот, и при атаке просто возникает больше гармоник, плавно снижающихся в фазе сустейна. Под сустейном следует понимать тянущуюся часть звука.
У дисторшна довольно длинный сустейн, который даже может перейти в самовозбуждение. По окончании фазы сустейна возникает затухание, после которого нередко слышны собственные шумы эффекта, помехи от гитары и кабеля. Нередко с помощью электрогитары с дисторшном можно «поймать» волну радиовещания. Но их может и не быть, если вовремя сработает гейт (шумоподавитель). Стоит отметить, что дисторшн отличается высоким уровнем собственных шумов, обусловленным его чувствительностью.
Область применения эффекта
Distortion значительно повлиял на современную технику игры на ритм и соло-гитаре. Он сделал обязательными такие техники, как palm muting (придерживание струн ладонью), дал старт новым музыкальным направлениям, возникшим на основе рок-музыки 60-х годов: тяжёлому металлу, панк-року, альтернативному року, гранжу и пр.
Для более чёткого и понятного звучания музыкантам пришлось кардинально пересматривать технику игры, максимально исключив посторонние звуки. Ведь при наложении дисторшна отчётливо слышен скрип струн, удары по корпусу (деке) электрогитары, возникает самовозбуждение открытых струн. Зато именно благодаря дисторшну мы можем услышать мелодичные, экспрессивные и продвинутые сольные партии, богатые тянущимися звуками.
Источник
Сделай сам
|       Автор: Юрий Вершинников       Дата публикации: 19 октября 2018 г. |
Часть I. От простого к сложному
В первые идея сделать дисторшн своими руками у меня появилась на лабораторной работе по операционным усилителям, которую устроил мой коллега. Включаем ОУ по схеме инвертирующего усилителя. Это наиболее простой вариант:
Коэффициент усиления определяется отношением R2/R1. Если сильно увеличить R2 (например, R1=10 кОм, R2=200 кОм), то сигнал на выходе должен стать в 20 раз больше входного, то есть очень большим, а по факту он не может быть выше напряжения. Получается, что «шапка» периодического сигнала срезается, и на выходе мы получаем импульсы, близкие к прямоугольным. Поскольку на лабораторной мы усиливали звуковой сигнал с микрофона, в наушниках я услышал именно их – магические «нелинейные искажения», или DISTORTION – любимое слово всех электрогитаристов.
Сказано – сделано. Пришёл домой и стал паять. Сразу встретился с первой проблемой. Питание операционного усилителя тут не показано, а оно должно быть биполярным. То есть у ОУ есть ещё два входа: Vcc+, туда должно подаваться напряжение +5÷10В, и Vcc-, туда должно подаваться в точности такое же напряжение, но со знаком «минус». «Земля» остаётся подвешенной между ними ровно посередине:
Гуглим. Оказывается, что в примочкостроении никто так не делает, а делают обычно вот так:
Между «землёй» (туда подключается отрицательная клемма батарейки) и «плюсом» питания включается делитель напряжения из двух одинаковых резисторов по 10÷50 кОм. Посередине получается точка Vreference – опорное напряжение +4,5 В. По-русски это «мнимая земля». Если подключить туда один из входов операционного усилителя (например, неинвертированный), то Vcc- будет как бы подключен к минусу питания (-4,5В), а Vcc+ – как бы к плюсу питания (+4,5В).
Когда мы к точке Vr подключим ещё что-то (вход ОУ является небольшой нагрузкой), один из резисторов окажется зашунтирован этой дополнительной нагрузкой, то есть через него потечёт дополнительный небольшой ток. Из-за этого напряжение будет немного уплывать вслед за током нагрузки (этот ток обычно переменный и очень небольшой по величине).
Поэтому точку Vr дополнительно стабилизируют «большим» электролитическим конденсатором 1÷100мкФ. Если ток нагрузки по величине небольшой (микроамперы) и переменный (сотни герц и выше), то он слегка разряжает и дозаряжает конденсатор каждый период, в среднем оставаясь равным нулю. Напряжение +4,5 В остаётся стабильным. Что нам и нужно.
Далее. Большинство схем состоит сразу из нескольких операционных усилителей, поэтому микросхем несколько. Моими самыми любимыми стали TL072 и TL074 (два или четыре операционных усилителя в одном корпусе; схему включения и расположение ножек можно легко загуглить). Они малошумящие и хорошо работающие на пониженном напряжении питания (±4,5 В – это пониженное, номинальное – от ±5 В и выше). На слух в неперегруженном состоянии вообще нет никаких шумов и искажений, очень чистый звук.
Следующая особенность: независимо от того, какую схему мы используем, при однополярном питании (как у нас) второй вход операционного усилителя оказывается под напряжением +4,5 В относительно земли, а нам нужно завести туда полезный сигнал (звук электрогитары).
Для этого нам понадобится разделительный конденсатор на входе и выходе (на рисунке выше это Cр1 и Ср2). Впаянные таким образом конденсаторы не пропускают постоянного напряжения 4,5 В из схемы, но при этом будут пропускать полезный сигнал (поскольку он переменный). По логике вещей, чтобы сигнал проходил без ослаблений и искажений, эти конденсаторы лучше взять побольше. Я пробовал электролиты 1 мкФ («плюсом» в схему, «минусом» наружу).
Сказано – сделано! Я паял схему (б), R2/R1=200k/10k=20. Если коэффициента усиления будет мало, R2 можно ещё увеличить вплоть до 470 кОм (больше не стоит). Включаем, пробуем. Действительно, жужжит. Ура! Только очень громко! Чтобы ослабить сигнал, пришлось последовательно с выходом впаять резистор на 200 кОм (при входном сопротивлении музыкального центра 50 кОм). Это ослабило сигнал (да, у меня не было комбика. И я подключался в обычный музыкальный центр).
Радость была недолгой. Во-первых, звук грязноватый и жирный. Во-вторых, всё отлично жужжит и перегружается, но только если играть в начале грифа на басовых струнах. Пока звучит басовая струна, её мощный сигнал забивает остальные звуки. Если пытаться играть мелодию (соло), ничего не выходит, звук остаётся чистым и неперегруженным. Особенно хорошо это слышно, если использовать обычную электроакустическую гитару со встроенным предусилителем. Такой эффект называется фуззом, его можно послушать на ютубе. Схема с небольшими доработками используется для получения грязновато-жирноватого звучания. Очевидно, что сигнал с басовых струн получается больше по амплитуде, чем с тонких, да ещё зажатых в районе 12-го лада.
Пробуем дальше. Если на эквалайзере задавить нижние частоты и до упора поднять средние, то получается искомый звук, действительно похожий на панк-рок-исполнителей.
Гуглим, как же добиться «нормального» перегруза на верхних струнах. Есть два варианта:
- До неприличия раздуть коэффициент усиления, чтобы перегружалось всё и сразу. Так сделано на педальке BigMuff (гуглим, смотрим).
- Использовать дополнительный фильтр на входе. Этот фильтр будет ослаблять нижние частоты (то есть, звук с басовых струн), а всё остальное (соло в середине грифа) пропускать.
Далее усиливаем сигнал с ослабленными басами (или с раздутыми верхними частотами, что по сути одно и тоже). Так делает весь остальной мир.
Смотрим в Интернет:
Узнаёте? От таких педалей тащились ещё наши отцы!
Как это работает? Конденсатор 0,01 мкФ пропускает сигнал через резистор 10 кОм на положительный вход операционного усилителя. Вместе с этим резистором они образуют фильтр высоких частот. Он совсем не пропускает постоянную составляющую напряжения (частота 0 Гц ), то есть отсекает половину питания, и вход примочки остаётся не под напряжением. При этом ослабляются нижние частоты (басовая часть полезного сигнала).
Далее смотрим в обратную связь ОУ. Коэффициент усиления определяется соотношением двух резисторов – 1 МОм и переменного 500 кОм. Так регулируется коэффициент усиления. Минимальный коэффициент усиления будет 1000k/550k≈2. Максимальный был бы бесконечным, если бы не резистор 47 кОм, впаянный последовательно. Получаем 500k/47k≈21.
Обратите внимание: последовательно с резистором 47 кОм стоит ещё один конденсатор 0,05 мкФ. Он тоже разделительный. Дело в том, что переменный резистор 500 кОм подключен к «минусу» питания (то есть, к настоящей «земле», а должен быть – к «мнимой»); при этом он находится под напряжением +4,5 В относительно «минуса» питания. Так схема работать не будет.
Основное условие работы ОУ – напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами очень мало и почти равно нулю (на практике – несколько милливольт). Цепочка обратной связи (вход «минус») должна быть заземлена в ту же точку +4,5В, что и вход «плюс», или надо добавлять разделительный конденсатор. Если включить нижнюю ножку резистора не на «минус» питания, а между резисторами 20 кОм, то конденсатор 0,05 мкФ не нужен. Оставим это решение на совести разработчика. Кроме того, этот конденсатор выполняет небольшую дополнительную функцию. Конденсатор тоже имеет небольшое сопротивление (оно называется ёмкостным), и тем выше, чем ниже частота полезного сигнала. Если 500 кОм выкрутить на минимум, то последовательно с разделительным конденсатором останется только сопротивление резистора 47 кОм, а это уже сравнимо с сопротивлением резистора. Подробнее всё посчитаем во второй части статьи. Сейчас запомним, что этот конденсатор вносит дополнительное ослабление по нижним частотам (то есть, ещё подрезает «лишний жир из звука»).
Разогнанный таким образом сигнал поступает на цепь нелинейных искажений (через ещё один разделительный конденсатор) – резистор 10 кОм и два диода. Здесь использовано не ограничение по напряжению питания ОУ, а ограничение на двух включенных на «землю» диодах. Диоды включены параллельно, но встречно. Всё, что меньше напряжения открывания диода (
0.6 В), без искажений проходит на выход. Если сигнал «пытается» стать больше, чем 0,6 В (а мы помним, у нас он очень усиленный), то открывается один из диодов и «лишняя» амплитуда уходит в «землю». «Верхушки» выходного сигнала будут отсутствовать. Причём верхние частоты усиливаются и обрезаются даже лучше, чем нижние.
Получаем простейший дисторшн. В Советском Союзе это же решение придумал учёный-радиолюбитель по имени В.Кетнерс, спаял и описал его в статье Ограничитель сложного сигнала. Его решение даже более продвинутое и собрано на двух операционных усилителях.
Описанная педаль даёт панк-роковый звук с обилием верхних частот, характерным шипением-песочком. Причём звуки в середине грифа на слух перегружены даже сильнее, чем басовые.
Если вам мало гейна – просто уменьшите резистор 47 кОм ещё в пару раз, до 22 кОм. Отлично подходит, чтобы играть жёсткие грубые рифы, но не для мягкого соло и блюза.
Если поиграть с конденсатором на выходе и сделать его 3,3÷6,8 нФ, звук будет чуть помягче. А песка – чуть поменьше.
На какое-то время я на этом и успокоился.
Дисторшн для акустической и электрогитары (ч.II)
Дисторшн для акустической и электрогитары (ч.III)
При использовании данной статьи на других Интернет-ресурсах указание автора и прямая ссылка на guitar.ru обязательна!
| 19.10.18 | Автор: Имя админа |  | |||||
|
25.11.2020, Gordoninize
Что ставил для ENB? А что нужно? я скачал его через их менеджер и активировал в к нем же и инчего не изменилось
Источник