Привет, Хабр! Знаете, какую педаль перегруза использовали Джеймс Хетфилд и Кирк Хэмметт в дебютном альбоме Металлики «Kill `Em All»? Пользовались ею и Дэвид Гилмор, и Крист Новоселич из группы Нирвана, да и сам Курт Кобейн. И многие другие.

Сегодня мы изучим и соберём педаль, которая успешно продаётся в течение 46 лет. Не только по той причине, что через неё играли знаменитости, но и потому, что она действительно создаёт настоящий классический дисторшн.

Это звучание Роберта Фриппа из King Crimson, Джо Перри из Aerosmith, Джо Уолша из Eagles, Энди Саммерса из The Police.

Трею Азагтоту из Morbid Angel педаль ProCo RAT помогала создавать бескомпромиссное звучание дэт-метала.



А Нуно Беттенкурт из Extreme говорил, что никогда не будет играть в усилитель Marshall без RAT дисторшна.

Американский гитарный рай

Всё началось в Каламазу, штат Мичиган. Для гитарного мира это просто какое-то магическое место силы. Начиная с 1896 года здесь, по адресу 114 South Burdick street располагалась мастерская лютьера Орвилла Гибсона, а с 1904 года и первые фабрики Gibson, в том числе фабрика электроники. Да, это факт: Gibson производил и гитарные усилители.



Что интересно, усилители Kalamazoo особенно ценят не гитаристы, а блюзовые музыканты, играющие на губных гармошках. Они звучат с усилителями «Brownface Zoo» очень хорошо, если подключить микрофон вместо гитары.



Также в Каламазу расположена компания Heritage Guitars. Что неудивительно, ведь в начале 1980-х компания Гибсон перенесла большую часть производства в другой культовый для гитарного мира город, а именно Нэшвилл, штат Теннесси.

А её бывшие работники Джим Деурло, Марв Лэмб и Джи Пи Моатс, вместе с Биллом Пэйджем и Майком Корпаком, не захотели переезжать или переквалифицироваться и основали собственную компанию по производству музыкальных инструментов. Лютиеры захотели сберечь наследие опыта разработки и производства, отсюда и название Heritage — «наследие».



Вы не поверите, но гитары Harmony производят тоже в Каламазу, причём с 1892 года.



А ещё комбоусилители. 5-ваттный Harmony 8418 — также легенда. Его громкоговоритель фирмы Jensen с магнитом из сплава ЮНДК (альнико) всего-навсего 6-дюймовый, но звучит он просто волшебно, причём речь не только про чистый, но и про перегруженный звук, в том числе кранч и хайгейн для соло.



Далеко не всегда больше — значит лучше. Лично мне звучание 8- и 6-дюймовых громкоговорителей кажется особенно уютным. И при работе на малой мощности у них нет той грубой «шершавости», что есть у 12-дюймового Celestion Greenback и особенно Seventy 80.

Почему именно Каламазу стал гитарным раем? — Наверное, потому, что он расположен на полпути между Детройтом и Чикаго, между которыми постоянно путешествовали гастролирующие музыканты.

А ещё по причине разрешения пить алкоголь с 18 лет и наличия в городе колледжа. Ночная жизнь Каламазу была оживлённой, и живая музыка была очень востребованной.



Именно здесь, в Каламазу, в 1974 году Чарли Викс основал компанию ProCo Sound Inc.



Разработчика оригинальной схемы RAT distortion зовут Скотт Барнхам.



В течение четырёх лет они вместе со Стивеном Кирали работали в ProCo Sound и экспериментировали с разными схемами перегруза на транзисторах и операционных усилителях, ремонтировали и модифицировали педали.

Однажды Чарли и Стивен поставили перед собой задачу создать не просто овердрайв или фузз, а нечто большее: педаль, которая перегружается и ограничивает сигнал подобно ламповому усилителю.

То есть, это должен был быть шаг по направлению к «усилителю в коробке» — «amp in a box» наподобие Marshall Guv`nor, DriveMaster, BluesBreaker или ShredMaster. Только Чарли и Стивен об этом не подозревали, ведь до полноценных предусилителей в формате педали оставалось больше десяти лет.

Какие бывают гитарные педали

▍ Фузз

Исторически первым эффектом искажения гитарного сигнала был фузз — «распылитель». Здесь мы собирали классический фузз, основанный на перегруженном двухкаскадном усилителе с непосредственной связью между транзисторами. А здесь — изучали историю эффекта и собирали фузз на трёх операционных усилителях.

Звучание электрогитары с фуззом очень специфическое. Оно захлёбывается на басах и свистит на высоких частотах. Получается именно то, что надо для блюза и рок-н-ролла с выразительными, эмоциональными, динамичными соло и риффами.

▍ Овердрайв

Но для хард-рокового ритма и певучих, протяжных соло требуется нечто другое. А именно, необходимо подчеркнуть определённую область средних частот и ограничить уровень басов. Именно этим занимается гитарная педаль перегруза — овердрайв.

▍ Бустер

Существуют и прозрачные бустеры, просто поднимающие амплитуду сигнала и не вносящие изменений в его частотный спектр. Они решали проблему слабого сигнала винтажных звукоснимателей.

▍ Буфер

В отличие от бустеров, буферы не изменяют и амплитуду сигнала, в точности передавая входной сигнал на выход. Вы спросите, кому и зачем может понадобиться такое, казалось бы, бесполезное устройство, которое ничего не делает?

Секрет в том, что буферы имеют высокое входное сопротивление и низкое выходное. Благодаря чему предотвращают потерю высокочастотной составляющей спектра сигнала, которую шунтирует ёмкость соединительных проводов.

Здесь мы собирали простой ламповый буфер для стереосистемы и пробовали использовать его в качестве гитарного предусилителя.

▍ Эксайтер

Кроме низкой амплитуды выходного сигнала, винтажные гитарные звукосниматели страдали и высокой паразитной ёмкостью. И если влияние ёмкости кабеля можно устранить буфером — повторителем напряжения, то для компенсации высокочастотных составляющих сигнала, потерянных уже на стадии звукоснимателя, применялись бустеры высоких частот.



Такие приборы часто называются эксайтерами, и представителями этого класса приставок к электрогитарному усилителю являются Electro-Harmonix Screaming Bird, который мы рассматривали в статье про Big Muff, и Dallas Rangemaster, упомянутый в рассказе про Klon Centaur.

В отличие от однотранзисторных Rangemaster и Screaming Bird, Klon Centaur является многофункциональным овердрайвом на операционных усилителях, могущим выполнять функции прозрачного бустера, эксайтера и собственно овердрайва.



Такая многофункциональность достигается благодаря глубоко продуманной схемотехнике. Потенциометр гейна сдвоенный. Одна его половина регулирует коэффициент усиления секции перегруза, а вторая является кроссфейдером, регулирующим соотношение исходного и обработанного сигналов (wet-dry) в выходном сигнале.

Что интересно, в педали Klon Centaur применяется жёсткое ограничение сигнала посредством пары встречно-параллельных германиевых диодов на выходе секции перегруза, которое обычно ассоциируется с педалями дисторшн, тогда как овердрайвы чаще используют такое же диодное ограничение, но в цепи отрицательной обратной связи (ООС) операционного усилителя. В таком случае ограничение называют мягким.

Бывают и такие ситуации, когда в сигнале шестиструнной электрогитары желательно подчеркнуть не средние и высокие частоты, а басы. Например, если у вас уютный комбоусилитель с маленьким громкоговорителем.



На этот случай неутомимый Майк Мэтьюз из Electro-Harmonix предусмотрел бустер басов. В корпусе педали он назывался Hog's Foot — «копыто кабана», а в корпусе приставки-переходника — Mole, «крот».

▍ И наконец, дисторшн!

Чем же всё-таки дисторшн отличается от овердрайва? Жёстким и мягким диодным ограничением? — Совсем необязательно. Мы часто встречаем жёсткое ограничение в овердрайвах и мягкое в дисторшнах.

Некоторые считают, что овердрайв — это приставка к ламповому усилителю, тогда как дисторшн содержит в себе полноценный предусилитель, и его можно подключать напрямую на вход усилителя мощности или его симулятора. Применительно к некоторым педалям это действительно так, но далеко не ко всем.

На самом деле, всё это маркетинговые названия, призванные сообщить потенциальному покупателю, что данный блок эффектов делает именно то, в чём покупатель нуждается.

Когда нужно было поднять общую амплитуду сигнала либо уровни определённых частотных полос, волшебные коробочки называли бустерами. В качестве пристойного названия для рваного и напоминающего выход газа откуда-нибудь в атмосферу звучания придумали слово «фузз», которое ассоциируется с пульверизаторами, краскопультами и так далее.

Чтобы перегрузить усилитель, нужен перегруз, то есть овердрайв. А если хочется максимально агрессивного, злого, искажённого модернового звучания, то очевидно, что вам требуется педаль искажения — дисторшн!

То есть, дисторшн — это экстремально мощный овердрайв. Как овердрайв, он обязан формировать необходимый частотный спектр сигнала. Разумеется, дисторшн должен иметь высокий коэффициент усиления. То есть, он, как и овердрайв, является бустером.

Далее, встроенный диодный ограничитель овердрайва используется не всегда. Во многих случаях усиление педали настраивают так, чтобы ограничение сигнала наступало только в усилителе, и получался прекрасный ламповый перегруз. А дисторшн и фуз, в отличие от овердрайва, всегда ограничивают сигнал. В этом и заключается разница между дисторшном и овердрайвом.

Легендарная «Крыса»

И наконец, перед нами схема педали ProCo RAT distortion. Усилительных элементов тут всего два: одинарный операционный усилитель LM308 в секции перегруза и выходной буфер на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом 2N5458, который включён по схеме истокового повторителя.



Зато в этой схеме немало частотнозависимых цепей. Во-первых, дифференцирующая цепочка, образованная конденсатором С1 и резистором R2, является фильтром верхних частот с постоянной времени 22 миллисекунды и, соответственно, частотой среза 7.24 Гц, находящейся глубоко в области инфразвука.

Интегрирующая цепочка R3C2 — это уже фильтр нижних частот с постоянной времени 1 мкс и граничной частотой 159 кГц. Такая частота находится далеко в ультразвуковой области, за пределами спектра электрогитары.

Казалось бы, эти два фильтра никак не влияют на гитарный сигнал. Но аналоговый электронный фильтр не работает как пороговый элемент, который ничего не делает до определённой частоты, а после неё резко включает или выключает сигнал.

Амплитудно-частотная характеристика RC-цепочки представляет собой экспоненту, которая спадает сначала очень плавно, а затем всё круче. И даже плавный участок спада АЧХ заметно влияет на тембр, например, когда речь идёт о совсем, казалось бы, небольшой ёмкости экранированного кабеля между гитарой и усилителем.

Далее гитарный сигнал поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя LM308. И этот ОУ старинный, низкочастотный и медленный, что для данной схемы очень важно.



Любимец энтузиастов гитарных педалей и аналогового синтеза — ОУ TL072 — имеет скорость нарастания выходного сигнала (slew rate) 13 В/мкс. Аудиофильский NE5532 — всего 9 В/мкс, но этого более чем хватает для идеального воспроизведения всего диапазона слышимых звуков. Модерновый TLV9362 полностью заменяет NE5532 и при этом предоставляет впечатляющие 25 В/мкс.

А у древнего LM308 скорость нарастания выходного напряжения составляет всего 0.3 В/мкс. Уже это вызывает спад АЧХ педали ProCo RAT на частотах выше 500 Гц.

Далее, про влияние частотнозависимой RC-цепочки между инвертирующим входом ОУ и землёй схемы педали мы уже писали. Именно её параметры являются определяющими для частотной структуры перегруза.

Структура перегруза означает, какие гармоники входного сигнала будут переданы на выход эффекта в первозданном виде, тогда как другие будут усилены до ограничения и породят новые гармоники.

У ProCo RAT таких цепочек предусмотрено целых две: R4C5 с частотой среза 1.5 кГц и R5C6 с граничной частотой 60 Гц.

С выхода ОУ сигнал поступает на диодный ограничитель и регулятор тембра. В левом положении регулятора его частота среза составляет 475 Гц, в правом — 32 кГц.



В итоге получается классическое жирное звучание, любимое многими слушателями, музыкантами и строителями эффектов. Мой экземпляр педали собран из конструктора от фирмы Landtone.

Создатели набора укомплектовали его настоящей винтажной микросхемой LM308N. При её отсутствии приемлемые результаты даёт uA741. А в новых моделях ProCo RAT используются OP07DP, являющиеся полными аналогами LM308N.

Звучание ProCo RAT действительно особенное и незаменимое, потому каждому гитаристу стоит иметь его в своём арсенале. Когда-нибудь, да пригодится.

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