Привет, Хабр! Сегодня разберём, соберём и послушаем один классический и незаслуженно нелюбимый многими дисторшн, то есть педаль искажения сигнала электрогитары посредством амплитудного ограничения и изменения частотного спектра.

Статья заинтересует не только гитаристов, но и любителей аналоговой электроники. Мы узнаем не только как собрать педаль и как она работает, но и как ею пользоваться, чтобы она хорошо звучала.

Начнём с истории. Эффект искажения BOSS DS-1 производится японской корпорацией Roland c 1978 года.



На счастье для мировой электрогитарной музыки, звёздные музыканты, умеющие играть, выступать и записывать шедевры, в те времена не знали, что это самая плохо звучащая педаль в мире.

Потому ею успешно пользовались такие кумиры, как Джо Сатриани, Курт Кобейн, Чак Шульдинер, Джон Фрушанте, Стив Вай… А ещё Ола Инглунд и, например, Гленн Фрай из группы Eagles.



Из российских звёзд педаль BOSS DS-1 была замечена у Сергея Головина и Сергея Маврина. А ещё ею пользовался один из бывших хозяев по мнению некоторых экспертов самой дорогой электрогитары на планете, которой теперь владеет Кирк Хамметт. Напишите в комментариях, кто этот гитарист.

▍ Изучаем схему

Начнём со схемы питания. Включается оно, как и во многих гитарных педалях, средним контактом (кольцом) входного гнезда. Монофонический джек, а обычные гитарные шнуры снабжают именно такими (исключение — хитрые варианты, например, от Music Man, где сигнал пьезодатчиков можно вывести отдельно от электромагнитных звукоснимателей, чтобы усиливать его трактом для акустической гитары), соединяет этот контакт с землёй схемы.



Соответственно, включается в цепь дорогостоящая и малоёмкая батарейка «Крона», использование которой также является давней традицией гитарного педалестроения. Когда входной джек вставлен, схема потребляет ток от батарейки.

Если у гитариста всего одна педаль, вытаскивать джек после игры, скорее всего, не составит проблемы. А если педалборд с несколькими эффектами, то есть и блок питания. Который может быть и таким, как на фото, вмещая набор солевых батареек, снабжённый общим выключателем.



Любители старинных педалей часто любят солевые батарейки. И это результат не умелого маркетинга (марганцево-цинковый элемент Лекланше разряжается быстрее, чем щелочно-марганцевый, потому музыкант будет покупать больше батареек), а совокупности технических фактов.

Солевая батарейка имеет более высокое внутреннее сопротивление, и её электрохимическая ячейка сильнее поляризуется разрядным током. Потому под нагрузкой, даже небольшой, её напряжение проседает, причём эта просадка тем больше, чем больше потребляемый ток.

Таким образом, солевая батарейка смягчает усиливаемый транзисторами сигнал, делая его «теплее» и «ламповее». Эту тему мы уже разбирали и исследовали на практике в статье про эффект фуз. Переменный резистор последовательно с источником питания, моделирующий его внутреннее сопротивление, действительно регулирует тембр, делая его мягче или жёстче на слух.

Субъективно, но факт. Лично я не очень люблю звучание новых струн D`Addario в день, когда их достали из герметичного пакета и установили на гитару. Слишком звонко и резко. Зато за пару-тройку дней они обретают тот тембр, что мне нравится. И сохраняют его полтора-два месяца, если простые, или несколько месяцев, если с покрытием. А «Эликсирами» вообще можно пользоваться год и более, если вас не смущает неопрятный внешний вид покрытия, ободранного медиатором и ладами.

Музыкант, композитор и блогер Сергей Табачников, судя по его словам о том, что в год у него уходит больше сотни комплектов струн, диаметрально противоположного мнения, и ценит звук свежих струн.



Отметим, что маэстро Сергей предпочитает гитары с более «тёмным» звучанием, а мои любимые инструменты, так уж сложилось, ближе к «яркому». В итоге всё встаёт на свои места: «бархатистой» гитаре нужны звонкие струны, а «искристой» — глуховатые. Если вы не играете джаз или джент. В первом случае всё должно быть «мягким», во втором — «жёстким».

Также отметим, что гастролирующему музыканту, каким является маэстро Табачников, предпочтительно иметь инструменты, звучащие наилучшим образом с новыми струнами. Просто потому, что на гастролях их часто меняют.

А для любителя, который больше паяет, чем играет, лучшей гитарой будет такая, на которой комплект струн прослужит максимально долго. Особенно когда они не только дорогие, но и дефицитные. (Не для эндорсера D`Addario и Planet Waves).

И теперь давайте снова посмотрим на левый край схемы. Если вставить штекер внешнего питания, плюс батарейки отключается от схемы. А минус блока питания подключается к массе схемы не напрямую, как минус батарейки, а через диод и резистор немаленького сопротивления 470 Ом.



Причём это не защитный диод. Защитный диод в обратном включении замыкает плюс питания на массу, в случае неверной полярности батарейки. Как обеспечить такую полярность, остаётся загадкой, ведь батарейная колодка не позволит перепутать плюс с минусом. Возможно, диод добавлен на случай, что батарейку заменяют при вставленном джеке, и могут коснуться контактов в ошибочной полярности.



Является ли последовательный диод выпрямительным? — Нет. Начиная с самого первого издания 1978 года педаль предназначается для питания постоянным током. И потребляет она, согласно паспорту, 4 миллиампера.



При таком токе на резисторе 470 Ом падает 1.88 вольта. Если прибавить падение на диоде, получается порядка двух с половиной вольт.



А самое главное, что при изменении потребляемого тока на 1 мА напряжение питания схемы изменится почти на полвольта. Таким образом, 45 лет назад японские инженеры смоделировали солевую батарейку. Что для транзисторных педалей имеет значение.



Далее справа от защитного обратновключённого диода мы видим делитель из двух резисторов по 10 кОм, формирующий искусственную среднюю точку, она же виртуальная земля, для операционного усилителя.

На схеме она обозначена как 4.5V, заземлена по постоянному току оксидным электролитическим конденсатором 47 микрофарад, тогда как плюс питания схемы обозначается 9V и заземлён конденсатором 100 мкФ.

Продолжаем изучение нижней части схемы. Мы видим красный индикаторный светодиод, подключённый анодом к плюсу питания через стабилитрон на 5.1 В и резистор 3.9 килоома.

Стабилитрон нужен затем, чтобы при севшей батарейке напряжение было недостаточным для его открытия, и светодиод не светил. Таким образом, это индикатор и активизации эффекта, и исправности батарейки.

Далее видим T-триггер на двух транзисторах Q4 и Q5. Каждый импульс с кнопки закрывает тот транзистор, что был открыт, и открывает второй транзистор. То есть, имеем делитель частоты нажатий, позволяющий переключаться между двумя фиксированными состояниями кнопкой без фиксации.

Конденсатор 10 нанофарад и резистор 100 Ом являются помехозащитным фильтром и защитой от дребезга контактов кнопки.

Когда открыт транзистор Q4, светит светодиод, закрыт транзистор Q8, соединяющий выход входного буфера со входом выходного, и открыты Q6, посылающий буферизованный сигнал гитары на вход схемы искажения, и Q7 с бегунка регулятора громкости на вход выходного повторителя.

Когда открыт Q5, всё, соответственно, наоборот. Третьего не дано. Этот триггер бистабильный, то есть имеет два устойчивых состояния.

▍ Загадочные «электромузыкальные» транзисторы

Заметим, что Q6-Q8 2SK30A являются N-канальными полевыми транзисторами с управляющим P-N переходом. В отличие от привычных нам N-канальных мосфетов режима насыщения, то есть МОП-транзисторов с изолированным затвором, они не открываются плюсом, а по умолчанию открыты, и закрываются минусом. Подобным образом работают мосфеты режима обеднения.



Полевики с управляющим переходом любят использовать разработчики аналоговых синтезаторов и гитарных эффектов, потому что они представляют собой подобие резистора, управляемого напряжением, благодаря чему позволяют просто и эффективно модулировать разные сигналы.

Переходим до верхней части схемы, начиная слева. Транзистор Q1 включён по схеме с общим коллектором и служит входным буфером — повторителем сигнала.

Такой схеме свойственно высокое входное сопротивление и низкое выходное, что важно как для инструментального гитарного входа, так и для выхода, чтобы не искажать сигналов звукоснимателя электрогитары и цепей обработки звука, имеющих высокое выходное сопротивление, а также не вмешиваться в работу фильтров, характеристики которых зависят от сопротивлений в цепи.

▍ True bypass или buffered bypass?

Нелюбовь некоторых гитаристов к буферизованным педалям и любовь к честному обходу, — true bypass, — это отдельная тема. Действительно, повторители в педалях не идеальны, каждый привносит свою амплитудно-частотную характеристику, и когда их слишком много, может получиться что-то не то.

К тому же винтажные педали, рассчитанные на прямое подключение к выходу электрогитары (а точнее, испытанные с таким подключением, потому что разработчики о буферах не задумывались), могут неадекватно работать после буфера.

Если перед такой педалью в цепи эффектов стоит несколько других педалей с честным обходом, то всё нормально. А если педали буферизованные, музыкант может не получить того, что ему нужно.



Потому гитаристы переделывают педали на true bypass, а также используют A/B переключатели (Loop switch, переключатель петли эффектов, не путать с луперами), механические и с электромагнитными реле, если хотят управления по MIDI.



Впервые появились такие переключатели во времена, когда чистый и перегруженный, либо с иными эффектами, каналы в усилителях имели отдельные входы под джек. Кроме всего прочего, это позволяло играть в один усилитель двум, или даже четырём гитаристам, что имело значение. Ведь усилитель стоил дорого, занимал много места и много весил, а музыканты гастролировали. Тогда не умели запихнуть сто ватт класса D в корпус педали по цене гитары самого начального уровня.

▍ Почему педаль плохо звучит?

Схема перегруза начинается с усилительного каскада на транзисторе Q2, включённого по схеме с общим эмиттером. Если входной гитарный сигнал слишком сильный, ограничение начнётся уже на этом каскаде, и мы получим некрасивый, «песочный» транзисторный перегруз со множеством нечётных гармоник.

Педаль BOSS DS-1 не предназначена для «горячих» («hod rod», «ultra distortion»), активных EMG и прочих ультрамодерновых звукоснимателей. Она разрабатывалась для однокатушечных синглов, P90 и мягких двухкатушечных хамбакеров PAF. Это дисторшн для рока и блюза, и уже потом для металла.

Как это ни странно, BOSS DS-1 может неплохо звучать с недомотанными звукоснимателями дешёвых китайских электрогитар, тогда как дорогой, породистый модерновый инструмент, в отличие от винтажного, в такой дисторшн не раскроется.

Далее имеем неинвертирующий усилитель на операционном усилителе. Его коэффициент усиления задаётся делителем напряжения в цепи отрицательной обратной связи (ООС), где находятся переменный резистор регулировки искажения и RC-цепи частотной коррекции.

▍ Чем всё-таки дисторшн отличается от овердрайва?

Далее сигнал ограничивается двумя встречно-параллельными кремниевыми диодами. Это обычные универсальные импульсные диоды 1N4148. В овердрайвах их ставят в цепь ООС, а в дисторшнах между выходом усилительного каскада и землёй (средней точкой).

Далее видим пассивный регулятор тембра, регулятор громкости и выходной буфер. Вот и вся схема.

Более поздние версии BOSS DS-1 используют сдвоенный операционный усилитель вместо одинарного. Второй ОУ в этой схеме включён повторителем, и добавлен диод D8, ограничивающий отрицательную полуволну сигнала с каскада на Q2.

▍ Сборка и испытания

Как раз позднюю версию с настоящим обходом, я и соберу из набора DS-1 от китайской компании Landtone. Мне очень нравятся их конструкторы. В комплекте есть всё, кроме термоусадочной трубки. Но она должна быть у каждого любителя электроники, и вообще у каждого, потому это не недостаток.



Послушать звучание педали и посмотреть процесс сборки можно на видео.

Гитара в записанных примерах — Harley-Benton TE-90QM с датчиками P90, усилитель — Orange MT20, электронная нагрузка с импульсами гитарных кабинетов — Torpedo Captor X.



Orange Micro Terror — это одноканальный гибридный усилитель с одним двойным триодом ECC83 (12AX7) для лампового перегруза. Всё остальное в этом усилителе полупроводниковое.



Чистого («натурального» в терминологии Orange) канала в этом усилителе нет. Снижая усиление ручкой gain или ручкой громкости на гитаре, можно получить своего рода чистое звучание, но совсем непохожее на «стекло» ламповых Fender или бархатистый звук полупроводникового Roland Jazz Chorus.

То есть, Orange MT20 не является чистой педальной платформой. И для такого винтажного дисторшна, как BOSS DS-1, это как раз хорошо. Понятия педальных платформ в 1970-х годах ещё не придумали, как и полноценных гитарных предусилителей в формате педали.

Дисторшн BOSS DS-1 предназначался как раз для того, чтобы добавить перегруженному усилителю больше перегруза, а также подкрасить тембр, но не полностью формировать его.

Потому люди, включающие BOSS DS-1 в линию или кристально чистый канал педальной платформы Hiwatt, Tone King и так далее, не получают желаемого звука и считают DS-1 безнадёжно устаревшей и неудачной моделью.



Кстати, сегодняшний конструктор продаётся и в собранном виде, в формате педалей разного размера, под маркой MOEN effect lab. Судя по отзывам, гитаристам он очень нравится. Особенно когда включают его в Marshall Plexi или другой перегруженный усилитель.

Telegram-канал с розыгрышами призов, новостями IT и постами о ретроиграх ????️