Привет, Хабр! Акустические музыкальные инструменты, такие как скрипки, виолончели, гитары и укулеле, снабжены резонаторным ящиком, передающим колебания струн воздуху, а также создающим узнаваемое звучание инструмента.

У цельнокорпусной электрогитары такой резонатор, на первый взгляд, отсутствует как структура. Но на самом деле его функцию выполняет кабинет, то есть акустическая система с одним или несколькими (обычно 4 или 2) специальными громкоговорителями.

Так как это очень громоздко и очень громко, гитаристы широко используют цифровые и аналоговые заменители кабинетов. Сегодня мы соберём простейшую аналоговую имитацию амплитудно-частотной характеристики громкоговорителя и послушаем, как она звучит.


7 июля 1960 года британский танцор чечётки и барабанщик Джим Маршалл после двадцати лет гастролей вместе с женой и сыном открыл магазин музыкальных инструментов под названием Jim Marshall and Son.


Как это часто бывает, музыкальный магазин вскоре стал ещё и студией репетиций и звукозаписи, а также школой, где Джим преподавал игру на ударных, и клубом, где стали собираться такие талантливые музыканты, как Пит Таунсенд и Джон Энтвисл (The Who), Ричи Блэкмор (Deep Purple, Rainbow, Blackmore's Night), а также Джим Томкинс (Big Jim Sullivan), гитарный учитель Блэкмора и выдающийся сессионный музыкант (James Last Orchestra и множество других музыкальных коллективов и проектов).


Львиная доля успешных музыкальных магазинов и производителей оборудования в те годы ориентировалась на популярный и коммерчески состоявшийся мейнстрим, которым тогда был джаз. Применительно к гитарному усилению это означало проваленную середину, чтобы многоэтажные аккорды с диссонансами звучали приятно. И о перегрузке каскадов усилителя с целью получения художественных искажений речи не шло.

Но история магазина Маршалла сложилась так, что там стали собираться не почтенные джазмены, а юные амбициозные рокеры. Потому именно в этой среде выкристаллизовался запрос на новые усилители, подходящие для инновационной музыки. Музыки, в которой средние частоты гитарного диапазона очень важны для читаемости гитарного ритма и соло в миксе с бас-гитарой и барабанами.


После ряда экспериментов с двухтактными схемами усилителей RCA, а также основательного изучения «твидового» Fender Bassman 5F6-А, появилась культовая «голова» Marshall JTM45.


45 означало ватты среднеквадратичной выходной мощности (RMS, root mean square), а JTM — Jim & Terry Marshall. Терри — имя Маршалла-младшего, сына Джима. Терри и Кен Бран занимались электроникой усилителя, а Джим акустическим и эстетическим оформлением.


Поначалу творение Маршаллов воспринималось просто как удешевлённая копия американского Bassman. Но в 1966 году британское звучание стека с двумя кабинетами 4 x 12 (4 12-дюймовых динамика) и «ламповой головой» JTM45 опробовал Джими Хендрикс, известный виртуоз и первооткрыватель многих техник гитарной игры. Организаторам концерта было лень уносить за кулисы свои стеки и устанавливать привезённые гастрольной командой Джими. Хендриксу усилитель понравился, и имя Маршалл стало известным по всему миру.


Для желающих насладиться не только игрой на гитаре, но и самостоятельной сборкой усилителя аутентичной маршалловской конструкции, навесным монтажом (turret board), существуют прекрасные наборы-конструкторы. Было бы здорово когда-нибудь собрать такой.


Хотя вдвое дешевле и не менее интересно опробовать компактный транзисторный Hughes & Kettner Spirit of Metal, оснащённый инновационной, притом очень хорошей эмуляцией ламповых каскадов. Полностью аналоговый, но без эмуляции кабинета. Потому что Hughes & Kettner осуществить её на должном уровне аналоговыми средствами пока не смогли. Выход на наушники не в счёт. Речь о достойном качестве для выступления и записи.


Далее уже для металлистов был создан не менее культовый JCM800, и до сих пор гитаристы с удовольствием для себя и слушателей играют на Маршаллах. То есть усилителях Marshall и акустических системах Marshall, потому что усилитель определяет менее половины звучания. Окончательно формируют последнее кабинет и микрофон.


Многие гитаристы из постсоветских государств, чьё знакомство с электрогитарой состоялось в 1990-х годах, в те времена доступа к настоящим гитарным усилителям и кабинетам попросту не имели. Играли через магнитофоны, проигрыватели грампластинок, подставки от Горизонта-107 и прочие не предназначенные для гитары устройства. Потому и звучание было не очень, и о важности гитарного кабинета или хорошего комбика, где усилитель встроен в кабинет, мы узнали несколько позже.

▍ Изучаем схемы

В начале 2000-х годов Маршалл начал производство прибора SE100, представлявшего собой громоздкий и тяжёлый (но не в сравнении даже с маленьким кабинетом с одним 12-дюймовым динамиком, не говоря о 4 x 12), 19-дюймовый модуль с внешним блоком питания. Который доставлял многим эстетическое неудовольствие и вызывал разочарование: почему бы не спрятать БП внутрь столь большого корпуса? Как крепить этот блок внутри рэка?


Устройство представляло собой электронную нагрузку для гитарного усилителя с рассеиваемою мощностью 100 ватт, функциями аттенюатора 6 + 12 децибел и аналоговым моделированием громкоговорителя. Имелась возможность выбора типа моделируемого кабинета (с закрытой или открытой задней стенкой), а также расположения микрофона (0, 30 или 60 градусов относительно оси динамической головки).


Зачем «раскочегаривать» усилитель на высокую мощность? Дело в том, что характер звучания лампового усилителя зависит от режимов работы каскадов и насыщения выходного трансформатора. Потому гитаристы пользуются аттенюаторами и мощными электронными нагрузками.

Энтузиасты с прекрасного польского форума www.trioda.com упростили схему «маршалловского» спикерсима. Их разработка получила название SE33 Speaker Simulator.


Другие энтузиасты разработали ещё более простой вариант, чтобы обойтись одним корпусом счетверённого операционного усилителя или двумя сдвоенными. Некоторое время назад мне подарили набор деталей для сборки этого варианта спикерсима, созданный предприимчивыми китайцами, и сегодня я его соберу.


Эта схема является системой активных фильтров. Она создаёт подъёмы амплитудно-частотной характеристики около 100 Гц и 4 кГц. Также эта схема немного компрессирует звук, то есть сужает его динамический диапазон. Что свойственно некоторым гитарным громкоговорителям, таким как 25-ваттный Celestion G12M Greenback, и очень востребовано музыкантами, играющими со значительным перегрузом (хайгейн, high gain, высокий коэффициент усиления).


В отличие от любителей чистого звука, которые ценят динамику и предпочитают одинарные звукосниматели синглы, стратокастеры и телекастеры со звонкими деками из ясеня и ольхи, итальянские громкоговорители Jensen и американские Fender, а также усилители Fender и им подобные умеют воспроизводить сигнал на высокой громкости при минимуме искажений.

Резисторы R13 и R14 делят напряжение питания пополам, образуя искусственную среднюю точку. Электролитический конденсатор С11 заземляет её по переменному току.

На операционном усилителе IC1a собран инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления -47 / 27 = -1.74. Далее идут фильтры c RC-цепочками, имеющими разные постоянные времени. Усилитель IC1b также инвертирующий. Его коэффициент усиления зависит от частоты сигнала. IC2а и IC2b включены повторителями: инвертирующий вход операционного усилителя напрямую соединён с выходом.


Плату спикерсима встрою в корпус самодельного аттенюатора, который можно использовать как электронную нагрузку для гитарного усилителя. Нагрузка может работать как в реактивном режиме, так и в активном, то есть резистивном.


Красным на схеме изображён выключатель, замыкающий накоротко реактивную составляющую нагрузки и таким образом переводящий её в резистивный режим. Если получившееся в итоге устройство будет звучать хорошо, получим путь к дешёвой симуляции гитарного громкоговорителя.

Колебательный контур реактивной нагрузки формирует низкочастотный резонанс на 100 герцах, а последовательная индуктивность увеличивает комплексное сопротивление на частотах выше 400 Гц, что неплохо имитирует кабинет 4 x 12 с динамиками Celestion Vintage 30 (которые любит Владимир Холстинин, например).


Реактивная нагрузка нагружает вторичную обмотку выходного трансформатора усилителя мощности подобно катушке громкоговорителя, благодаря чему взаимодействует с «головой» более адекватно, нежели просто нагрузочные резисторы.

▍ Испытания

После сборки и первого включения прибор заработал. Но если просто подключаю его ко входу аудиоинтерфейса, Behringer U-phoria UMC404HD, звука нет. Если подключаю вход аудиоинтерфейса к земле имитатора громкоговорителя, звук есть. Напишите в комментариях, почему такое происходит.

К счастью, в моём распоряжении нашёлся маленький согласующий трансформатор от советского радиоприёмника, в котором он был частью (а конкретно, фазоинвертором) двухтактного транзисторного усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). С помощью трансформатора можно разделить земли электронной нагрузки и аудиоинтерфейса. Теперь сигналу ничто не мешает.

Паять и особенно выпаивать такие трансформаторы следует осторожно, чтобы не выдернуть ножки. Пластик каркаса размягчается от нагрева, ножки перестают держаться. Поэтому я установила трансформатор на маленький кусочек макетной платы, чтобы не трогать ножки, когда паяю что-нибудь к этому трансформатору.

▍ Выводы

Как и стоило ожидать, полноценной замены настоящего кабинета с громкоговорителями или его импульсной симуляции не получилось. На мой слух, звучит получившееся изделие плохо. Даже на фоне других моих поделок, которые являются скорее специями для отдельных композиций, чем базовыми блюдами музыкального меню.

Можно предположить, что в сочетании с другими гитарами и другими стилями игры, например, в случае классического рока с Гибсоном СГ и усилителем Маршалл, кабсим будет звучать лучше. Дело в частотных полосах, акцентирующих те или иные обертона нот в мелодиях и аккордах.

То есть если играть на гитаре с «тёмным» звучанием, с декой из махагона, а не клёна, как обе мои гитары, с винтажными звукоснимателями вроде ПАФ. Ярким гитарам с митольными датчиками этот заменитель громкоговорителя не подходит.

Единственную ручку тона моего усилителя Orange MT20 Micro Terror я повернула налево, на более «тёмный» тон. Иначе в звучании очень много неприятного «песка» и зуда. Но ручку тона самодельного овердрайва Клон Центавр ставлю почти на максимум, на яркий тон, чтобы звук не был чрезмерно глухим.

Лично мне такое звучание не очень нравится. Зато появилось вдохновение сочинить новый рифф. Возможно, это лишь психологический механизм компенсации недовольства результатом затраченных труда и времени. Есть целые жанры музыки и песни, целиком посвящённые романтизации проведённых впустую лет. Напишите в комментариях, что это за жанры.

С другой стороны, уже ради нового риффа стоило собрать эту схему. Тем более, что готовый прибор можно подарить кому-нибудь из друзей, кто играет рок на SG или Les Paul.

Впрочем, ничего неожиданного не произошло. Для получения полноценного гитарного звука, особенно применительно к «тяжёлым», сильно перегруженным тембрам, моделировать следует не только амплитудно-частотную характеристику громкоговорителя, но и инерцию подвижной системы громкоговорителя и воздушной массы в объёме акустического оформления, а также помещение, в котором находятся кабинет с микрофоном, и их взаимное расположение.


Эти задачи успешно решают цифровые проигрыватели импульсов гитарных кабинетов, которыми успешно пользуются многие профессионалы и любители электрогитары. Лично я не являюсь исключением из их числа. Однако попытки создания аналоговой усилительной аппаратуры продолжу. Потому что это интересно, приносит новое вдохновение, а ещё дешевле и доступнее, чем фирменные аппараты от знаменитых породистых брендов и изысканных бутиков.

Telegram-канал с полезностями и уютный чат