Технология Вау педалей*

(*В отечественной литературе wah педали также известны как "Вау" эффекты, "квакушки". прим. перев.)

Редакция от 1.7 9/27/99 - Добавлено больше схем квакушек, описание принципа работы классической квакушки, методов модификации, схемы дополнений для получения лучшего приближения к человеческому голосу.

Copyright 1999 R.G. Keen. Все Права Защищены. Без одобрения автора не разрешается распространение локальных копий или web-публикаций, кроме сайта http://www.geofex.com/.

Что делает квакушка?
Как работает классическая схема квакушки на двух транзисторах?
Секрет имитации конденсатора переменной емкости
Реализация квакушки на операционном усилителе
Причины хождения легенд о катушках индуктивности Fasel
Секреты потенциометра
Конденсаторы типа "тропическая рыба"

Базовая модификация - Что за что отвечает?
Модификации

Часто встречающиеся проблемы
Самостоятельная намотка катушки индуктивности
Схемы квакушек на двойном Т-мосте
Схемы квакушек с множественными обратными связями
Способы изменения частоты квакушек

Несколько квакушек, работающих одновременно

Серийная квакушка появилась в начале 60-х. Ходят упорные слухи, о том, что принцип работы квакушек был обнаружен на месте катастрофы в Розуэлле, констатирую, что правительство опровергает эти слухи и ничего подобного не происходило. Это был просто метеорологический воздушный шар, сделанный из... ух... магния... и... нейлона, являвшимися совершенно секретными в то время. Это моя версия и я ее придерживаюсь.

В любом случае, это устройство позволяет получить характерную тоновую окраску, полюбившуюся экспрессивным гитаристам. История остается темной, но судя по всему появление этого эффекта явилось следствием попыток улучшения звучания среднечастотных бустеров фирмы Vox. Гнусавое звучание бустеров становится похожим на вокальное "аааахх" при изменении центральной частоты эффекта.

Принцип работы квакушек прост - это либо полосовой, либо низкочастотный фильтр, имеющий резонансный пик на частоте среза. Гитарист двигает резонансный пик вверх и в низ по частоте, за счет чего получается поразительная эмуляция человеческого голоса, произносящего "уаааах" или его тональной инверсии "аааоооу". Существует несколько способов для достижения этого эффекта, хорошо известны классические схемы реализации таких фильтров на ОУ, как и реализация фильтров с изменяемыми параметрами и тому подобного. В последующем дополнении к этой статье я опишу все это более детально. Если Вам любопытно, почему звучание квакушки больше похоже на человеческий голос, или, возможно, наоборот, почему это звучание не настолько похоже на человеческий голос, посмотрите статью "Human Voices and the Wah Pedal".

Существует несколько типов схем квакушек, появившихся за годы с момента ее появления. Изначально это была Vox-овская схема, в которой использовалась индуктивность, на смену ей пришли другие схемы, наиболее часто среди них упоминаются схемы двойного Т-фильтра (Т-моста), схема активного фильтра на ОУ с использованием многопетлевой обратной связи, и самая сложная из всех, схема "переменных состояний", используемая в Mutron 3. Похоже, что большинство все еще отдает предпочтение Vox-овской схеме с использованием индуктивности, хотя другие схемы также имеют своих сторонников. Далее в этой статье вы найдете больше информации по схемам двойного Т-фильтра, фильтра с использованием ОС и "переменных состояний".

Тайна Vox

Схема Vox довольно проста, пара транзисторов и катушка индуктивности. Уместным является вопрос, озадачивающий многих людей -в том числе и меня -как удается сдвигать резонансную частоту при постоянных индуктивности и емкости? Как простая схема квакушки на двух транзисторах позволяет двигать полосу пропускания при том, что в схеме не меняется ни номинал индуктивности ни номинал емкости, изменяется только положение регулятора громкости?

Мне понадобилось время для того чтобы разобраться, но хитрость заключается в том, что потенциометр отвечающий за эффект "вау", второй транзистор и конденсатор фиксированного номинала позволяют получить конденсатор переменный емкости. Индуктивность остается фиксированной, а емкость конденсатора управляется «электрически» , таким образом, в схеме присутствует перестраиваемый LC фильтр для получения требуемого эффекта.

Для того, чтобы глубже разобраться во всем этом рассмотрим классическую квакушку в стиле Vox на двух транзисторах, изучим принцип ее работы и хорошо проведем время разбираясь в ее схеме.



Давайте начнем. Первый транзистор включен простым усилителем, охваченным обратной связью. Ненадолго оставим компоненты отделенные пунктиром. Они отделены от первого транзистора по постоянному току конденсатором и не участвуют в его смещении.

Режим работы транзистора задан таким образом, чтобы обеспечивать линейное усиление по напряжению на коллекторе, который передает ток на резистор 470К, при этом некоторое количество этого тока стекает на землю через резистор 82К.

Остальная часть тока, текущего через 470К возвращается на базу через параллельно включенные индуктивность и 33К резистор, а также последовательно включенный им резистор 1.5К подключенный непосредственно к базе. Сопротивление катушки индуктивности по постоянному току не велико по сравнению с остальными резисторами (обычно 40-75 Ом). Таким образом ток базы будет определятся в основном резисторами 470К, 82К и 1,5К. Фактически, резистор 1,5К гораздо меньше 470К поэтому мы пренебрежем им на некоторое время; Мы также можем пренебречь катушкой индуктивности, и резисторами 33К и 1,5К . Это одна из классических схем обратной связи по напряжению, значения которой выбраны для обеспечения линейного диапазона изменения напряжения на коллекторе транзистора в разумных пределах.

Давайте представим что напряжение на коллекторе составляет 4.5В, это дает ток коллектора около 200мкА, напряжение эмиттера около 0.1В и напряжение на базе примерно 0.6В. Напряжение на резисторе 470К в этом случае равно 4.5В-0.6В или 3.9В и текущий по нему ток будет около 8мкА. Если коэффициент усиления транзистора будет примерно равен 200, тогда Ib равен 1мкА, и напряжение на резисторе 82К равно 0.6В при токе 7мкА. Ха! приближенно совпадает!

По крайней мере это справедливо для транзисторов с высоким коэффициентом усиления. Мы могли бы заново повторить оценочные вычисления, но для понимания работы схемы, достаточно убедиться, что транзистор находится в линейном режиме, и не ограничивает сигналы малой амплитуды. Фактически, измерения сделанные в работающей схеме показывают, что напряжение на коллекторе Q1 лежит в пределах от 3.0В до 5.5В, таким образом наше предположение оказалось верным, хотя и является приближенным.

Усиление конкретно взятого транзистора приблизительно определяется как отношение величины нагрузочного резистора Rн к эффективному сопротивлению эмиттера.

Ку ≈ Rн / Rэ эфф.

... а эффективное сопротивление эмиттера Rэ эфф. равно сумме сопротивлений 470 Ом внешнего эмиттерного резистора и сопротивления перехода база-эмиттер, примерно равного 125мВ/Iк или 125 Ом.

Итого Rэ эфф. = Rэ + Rбэ = 470 Ом + 125 Ом = 595 Ом.

Таким образом усиление по напряжению малого сигнала составит :

Ку ≈ 22кОм/595Ом = 36.

С другой стороны, у нас еще имеется до сих пор не рассматривавшийся входной резистор, на котором будет происходить падение некоторого уровня сигнала. Входное напряжение уменьшается делителем, образованным входным резистором 68К и эффективным входным импедансом транзистора. В свою очередь, входной импеданс транзистора Z равен произведению эффективного сопротивления эмиттера Rэ = 595 Ом и собственного коэффициента усиления транзистора Hfe (имеющий большой разброс), который мы предположили равным 200 .

Z= Rэ x Hfe = 595 Ом Х 200 = 119 КОм

Входное напряжение делится в отношении 119K/(68K + 119K) или около 0.636.

Таким образом общий коэффициент усиления составит примерно 0.636*36 ≈ 22.

Еще раз подчеркну, что мы не можем считать эти цифры точными, так как они сильно зависят от коэффициента усиления транзистора, но мы получили грубое приближение, достаточное для понимания работы схемы.

Давайте на время отложим первый каскад и посмотрим на второй транзистор. Второй транзистор смещен в линейную область резистором 470К с коллектора первого транзистора, и если коэффициент усиления по постоянному току достаточно высок, напряжение на базе будет незначительно меньше чем напряжение коллектора Q1. Базовый ток, необходимый для смещения Q2 будет определятся током, необходимом для получения 4.5В на эмиттерном резисторе. Он определяется как (4.5В/10K), поделенные на коэффициент усиления по постоянному току транзистора :

(4.5В/10K) / 200 = 2.25мкА

Тогда падение напряжения на резисторе 470K составит 470K*2.2мкА=1.1В. Напряжение базы Q2 будет около 3,4В не так много, как мы предполагали, но теперь мы знаем, что оно будет больше этого значения и меньше 4,5В, что достаточно для наших нужд. Q2 является эмиттерным повторителем, работающим в линейном режиме и малые сигналы не будут переводить его в насыщение или отсечку.

Заметка на полях - Я измерил напряжения в работающей квакушке. Напряжение коллектора Q1 составило 4.14В, а напряжение на базе Q2 составило 3.64В. Не плохо, с учетом сделанных предположений, да?

Эмиттерный повторитель буферизирует сигнал со среднего вывода потенциометра "вау", который работает как простой регулятор громкости -делитель напряжения, нижний вывод которого заземлен. Эмиттер транзистора последовательно, через конденсатор 0.01мкФ, подключен к катушке индуктивности и через резистор 1.5К к базе Q1. Так как, черт возьми, мы получаем перестраиваемый по частоте резонанс?

Секрет заключается в следующем. Для второго транзистора дальний вывод катушки индуктивности представляется замкнутым на землю через конденсатор 4.7мкФ. Если смотреть со стороны катушки индуктивности, конденсатор кажется заземленным, потому, что его дальний вывод соединен с эмиттером Q2. Эмиттер Q2 имеет низкое выходное сопротивление и, таким образом, выглядит как "земля" если проигнорировать сигнал, идущий из эмиттера. В точке соединения катушки индуктивности, конденсатора и 1.5К резистора, напряжение можно рассматривать, как напряжение на параллельном L/C контуре. Тем не менее, ток через конденсатор НЕ БУДЕТ определяться напряжением на катушке индуктивности/конденсаторе, а будет определяться напряжением управления со стороны "земли", и это напряжение будет изменяться в зависимости от положения потенциометра "вау". Если потенциометром выставляется более высокое значение, конденсатор будет пропускать через себя больший сигнальный ток, потому что управляющее напряжение на эмиттере Q2 возросло. Если уменьшать положение потенциометра "вау", конденсатор будет пропускать меньший сигнальный ток. Емкость "Конденсатора" можно рассматривать в качестве особого случая закона Ома, и оценивать ее согласно количеству сигнального тока, проходящего через конденсатор. Изменение эффективного тока, протекающего через конденсатор, позволяет конденсатору выглядеть для катушки индуктивности и остальной части схемы, больше чем он является в действительности! Мы получили конденсатор переменной емкости!

Вот почему частота резонанса меняется. Для резонансной цепи конденсатор выглядит обладающим большей емкостью, чем он обладает в действительности, и величина этой большей емкости определяется потенциометром "вау".

На первом транзисторе собран блок усиления для получения активного резонанса, а потенциометр "вау" и второй транзистор модулируют эффективную емкость в колебательном контуре, состоящем из катушки индуктивности и конденсатора переменной емкости.

Если посмотреть на это с другой стороны, на конденсатор подается буферизированная копия сигнала с коллектора Q1 и возвращается обратно на базу Q1, таким образом это выглядит и работает как конденсатор на эффекте Миллера. Разница между этой схемой и настоящим конденсатором на эффекте Миллера заключается в том, что потенциометр "вау" позволяет контролировать кровень сигнала, поступающего на конденсатор. Поскольку при эффекте Миллера реальная емкость конденсатора умножается на коэффициент усиления каскада, потенциометр "вау" может менять кажущееся значение емкости от ее действительного номинала, до значения, определяемого как произведение усиления по напряжению транзистора (Gain Q1) на действительное значение емкости конденсатора.

За счет способа реализации обратной связи, схема будет работать как фильтр низких частот с LC-пиком на частоте резонанса и спадом после нее. Общий коэффициент усиления схемы чуть меньше единицы.

Из вышесказанного вытекает пара очевидных выводов, с возможностью реализовать на них некоторые интересные эффекты.

Получается, что ничего волшебного с транзисторами не связано, кроме генерируемых ими небольших искажений,. Вы можете использовать ОУ для выполнения тех же функций. С их помощью не удастся получит те едва различимые звуковые оттенки транзисторных wah педалей, но работать они будут аналогично.

Не смотря на то, что ОУ не являются панацеей, они могут упростить некоторые вещи. В частности, в базовую схему квакушки можно добавить несколько превосходных трюков, реализуемых на ОУ -сделать ее более универсальной, расширить органы управления, получить насыщение индуктивности в стиле Vox, добавить несколько режимов wah, и еще больше - далее по тексту.

 

Магическая индуктивность

В музыкальном мире существует легенда, согласно которой, звучание оригинальных квакушек фирмы Vox с катушкой индуктивности "Fasel" лучше, чем звучание новых "вау" педалей. За легендой должны скрываться какие-то факты. Хотя и понятно что остальные детали квакушки Vox будут оказывать влияние на звук, катушки индуктивности в течении долгого времени были предметом домыслов. Особенно высоко ценились квакушки с логотипом "Clyde McCoy" на нижней стороне и катушкой индуктивности, промаркированной как "Fasel". У меня давно появилось недоверие к легендам и мистическому, которое не может быть объяснено с помощью технического анализа, поэтому я всегда хотел протестировать эту волшебную катушку индуктивности.

Одну из этих волшебных педалей мне вручил друг, и я провел некоторое время в лаборатории с ней и обыкновенной "Crybaby" педалью. Я извлек обе катушки и измерил их индуктивность, сопротивление, собственную емкость, и пришел к невеселому заключению о том, что они не должны иметь разницы в звучании. Так было до тех пор, пока я не подключил генератор синусоидального сигнала к катушке индуктивности и не посмотрел на ток, протекающий через индуктивность с помощью анализатора спектра, показавшего различия.

В начале, при подаче слабого сигнала, я не заметил различий. Они не проявлялись до тех пор, пока я не начал увеличивать уровень генератора. Катушка от педали Crybaby вела себя точно так, как я предполагал. То есть, на выходе была чистая синусоида до тех пор, пока уровень сигнала не становился достаточно большим, или частота не оказывалась достаточно низкой для появления первых признаков насыщения. Когда это происходило, я получал в точности то, что предсказывает теория: появление третей гармоники искаженного сигнала, потом пятой, и наконец признаки седьмой, когда я действительно сильно ее перегрузил. Однако, когда я проделал то же самое с катушкой индуктивности Fasel насыщение началось немного раньше и вторая гармоника появилась вместе с третьей! Когда я продолжил поднимать уровень, четвертая гармоника выросла с пятой, и я так и не получил седьмую гармонику. Катушка индуктивности сама по себе ограничивала ассиметрично.

Я посоветовался с опытными инженерами, чья профессиональная деятельность была связана с электромагнитной техникой. Мы пришли к заключению, что единственной причиной данного эффекта является остаточная намагниченность сердечника, за счет чего, на одной полуволне синусоидального сигнала, насыщение происходит раньше, чем на другой. Тем не менее, ни один из них не сталкивался с таким эффектом в катушках индуктивности, с которым столкнулся я при тестировании. Единственным хорошим объяснением является то, что сердечник имеет небольшую постоянную намагниченность. Это было удивительно, потому что линейные ферритовые сердечники специально разрабатываются чтобы НЕ иметь ее.

Вот лучшее объяснение, которое я могу дать. Катушка индуктивности в классической квакушке пропускает через себя постоянный ток смещения на первый транзистор. Хотя величина тока составляет миллиамперы, длительное воздействие этого однонаправленного смещения может привести к остаточной намагниченности сердечника катушки индуктивности, если основной материал сердечника был не очень хорош в отношении линейности, то есть с классической точки зрения электронной техники. Вполне возможно, что фирма Vox просто дала схему, и производитель (Я полагаю, это была итальянская Jen) сделал первые квакушки из самых дешевых доступных материалов, а отразившееся на звуке небольшое отклонение от линейности понравилась ребятам из Vox. То есть это был положительный результат экономии. Других объяснений причин, приводящих к различиям между обоими квакушками я не слышал.

Таким образом существуют различия, которые могут быть измерены, проведенное измерение этих различий и соответствующее им разумное объяснение работы устройства и его звучания. Вот правда, лежащая в основе легенды.

Я не видел и не слышал предлагаемое "следующее поколение" катушек индуктивности Fasel, поэтому не могу сказать насколько они близки к оригиналу.

Очевидно, мы могли бы и искусственно сообщить некую нелинейность материалу сердечника, и сделать это более простым способом

Так, если мы будем постоянно пропускать через катушку ток, мы сможем получить любое смещение, какое нам нравится, просто пропуская его больше или меньше.

Тогда если бы мы добавили к нашей катушке индуктивности дополнительную обмотку и подключили ее к источнику постоянного тока, мы могли бы смещать центр намагниченности в ту или другую сторону.

Конечно это не возможно сделать с уже намотанными и корпусированными катушками, но вполне возможно, если Вы решите намотать катушку самостоятельно. Еще более простым будет использование катушки индуктивности уже имеющей вторую обмотку, к примеру трансформатор Radio Shack описанный далее. Эта обмотка может быть просто подключена к источнику тока. Я намерен это проверить как только у меня появится время для экспериментов. Заметьте что я говорил о "источнике тока". То есть, Вы не можете использовать просто резистор, так как трансформатор будет отражать это сопротивление в индуктивности обмотки как нагрузку и ухудшать резонансную работу индуктивности. Чтобы этого избежать необходимо, как минимум, использовать транзистор, включенный источником тока.

Секреты потенциометра

Потенциометр, за счет вращения которого получается эффект "вау" так же является источником мифов. В то время, как оригинальные Итальянские потенциометры Vox были серийными, они производились до того, как MBA убедило уменьшить модельный ряд изделий, и сделать его таким, каким он является сейчас. Результатом является то, что "серийный", в понимании того времени, имеет гораздо больше значений, чем в настоящее время. Основные вопросы связанные с потенциометром это а) каков номинал этого потенциометра? б) какова характеристика (зависимость изменения сопротивления от угла поворота, прим. перев.) потенциометра?

Что касается номинала, предполагается, что в квакушках ранних выпусков использовались потенциометры 470К, 500К, или 1М., Современные потенциометры используются номиналом 100К. Здесь все еще есть над чем поработать, чтобы выяснить как это влияет на звучание.

Характеристика потенциометра является отдельным большим вопросом. Почти всегда в коммерческих педалях потенциометр имеет нелинейную характеристику. Потенциометр с логарифмической характеристикой является довольно близким, но любители квакушек не совсем с этим согласятся. Лучшим кандидатом будет полулогарифмический потенциометр (похожий на логарифмический, но с более плавной характеристикой). Частью работы по поиску хорошего потенциометра является тот факт, что полное перемещение платформы квакушки механически не повернет обычный потенциометр на полные 300 градусов, таким образом остается некоторый не используемый промежуток хода потенциометра, который не может быть задействован с помощью платформы.

Считается, что у потенциометров "Teese" имеются "мертвые зоны" в начале и в конце хода, и линейная характеристика в промежутке между крайними положениями. Считается, что потенциометры Fulltone так же имеют модифицированную характеристику. Что касается HotPot, Rock Potz и остальных они либо имеют стандартную характеристику либо еще не изучены.

Теперь, когда мы знаем что делает потенциометр, мы можем кое что предпринять для получения потенциометров со специальной характеристикой. Об этом далее.

Конденсаторы типа "Тропическая рыба"

Конденсаторы типа "тропическая рыба" получили свое название благодаря маркировке на корпусе. Мне не известно из чего они сделаны. Влияние остальных компонентов схемы настолько велико, что выбор материала конденсаторов в данном случае не играет большой роли. Я советовал бы использовать «стандартные» майларовые или полипропиленовые конденсаторы и уделить больше внимания остальному материалу представленному в этой статье.

Я продолжу исследования в этом направлении .

. Что за что отвечает? -или- Что я могу поменять для того чтобы изменить (что то)?

Базовая схема квакушки может быть модифицирована для получения рада полезных функций. Для того чтобы определить какое изменение за что отвечает , я перевел схему в свой симулятор и посмотрел что меняется на выходе. В схеме я промаркировал названия всех элементов, так чтобы мы могли говорить о них не только с помощью номиналов.

Из проделанного ранее разбора схемы, мы уже знаем, что на Q1 собран усилитель напряжения, а Q2 включен как эмиттерный повторитель, буферизирующий напряжение с движка потенциометра Rw. Мы также знаем, что индуктивность является пассивным компонентом, и участвует в работе как часть LC контура. Давайте теперь рассмотрим каждый компонент, описав за что он отвечает и что происходит при его изменении.

Компонент

Что делает

Q1

Транзистор, включенный усилителем напряжения. В отсутствии обратной связи коэффициент усиления будет зависеть от параметров транзистора. Оказывает некоторое влияние на общее звучание. Его собственные искажения, если они будут иметь достаточный уровень, отразятся на звучании педали. Результатом замены этого транзистора будет некоторое изменение в звучании педали. Вариантом замены может быть транзистор "5117", если Вы сможете его найти.

Q2

Транзистор включенный эмиттерным повторителем. Оказывает очень не значительное влияние на звук до тех пор, пока коэффициент усиления по постоянному току Hfe достаточно высокий. Транзисторы с усилением от 200 и выше будут звучать почти так же как в оригинале.

Rin

Влияет на общий уровень выходного сигнала. Уменьшение значения этого резистора вызовет увеличение уровня выходного сигнала. Значение где-то между 33 и 47К даст Вам единичный уровень усиления ( Gain =1 ) при переключении в «true bypass». Тем не менее нужно учитывать, что уменьшение значения этого резистора приводит к уменьшению входного сопротивления и, как следствие, ухудшение передачи высоких частот если не использовать схему полного обхода педали или входной буфер на входе.

Rfb

-- все еще работаю над ним --

Rc1

Напрямую влияет на смещение и усиление транзистора Q1. При отсутствии обратной связи, коэффициент усиления будет расти с ростом номинала этого резистора, в то же время, точка смещения Q1 будет двигаться вниз, приближая транзистор к насыщению. Может отражаться на звучании, если Q1 входит в нелинейный режим для части сигнала. Большие значения (47К и 100К) будут вызывать искажения.

Re1

На прямую влияет на смещение и усиление транзистора Q1. При отсутствии обратной связи, коэффициент усиления будет расти с уменьшением номинала этого резистора, в то же время, точка смещения Q1 будет двигаться вниз, приближая транзистор к насыщению. Может отражаться на звучании, если Q1 входит в нелинейный режим для части сигнала. Малые значения (от 0 до 200 Ом) могут хорошо изменять звучание квакушки за счет перевода смещения транзистора в область мягкого ограничения. Диапазон эффекта "Вау" так же уменьшается за счет уменьшения значения Re1.

Rb1

Резистор, задающий смещение для Q1. Этим резистором, в основном, задается рабочая точка Q1. С его увеличением напряжение на коллекторе Q1 растет и наоборот. Он не оказывает существенного влияния на коэффициент усиления Q1 до тех пор, пока остается достаточно большим из за шунтирования по переменному току конденсатором Cbp.

Rb2

Второй резистор, задающий смещение Q1. Этот резистор является вторым по важности для задания смещения Q1. С увеличением его номинала, напряжение на коллекторе Q1 уменьшается, приближаясь к насыщению. Не оказывает существенного влияния на коэффициент усиления Q1 за счет шунтирования по переменному току конденсатором Cbp.

Rb3

Резистор, задающий смещение для Q2. Значение этого резистора не является критичным до тех пор, пока (а) его значение не настолько мало, чтобы вызывать утечку сигнала в обход резистора Rw и (б) значение резистора не настолько большое, чтобы маленький базовый ток Q2 создавал на нем большое падение напряжения, уменьшая при этом напряжение на эмиттере Q2 и вызывая искажения. Предположительно, будут работать все значения в диапазоне от 220К до 2.2 МОм, хотя я тщательно не проверял эти значения.

Rq

Этот резистор в основном определяет добротность, или высоту полосового / резонансного эффекта фильтра. Значения меньше 33К делают фильтр менее резким, уменьшая выраженность эффекта "вау". Величины сопротивления до 100К способствуют появлению более острого, резонансного звучания. Если сделать его слишком острым, эффект "вау" может быть потерян, так как гармоники перестанут выделяться.

Rc2

Обеспечивает изоляцию шумов для Q2. Может быть закорочен ценой небольшого увеличения шума, так же возможно, что его исключение из схемы вообще не ухудшит ее параметры.

Re2

Не очень критичен. Предположительно подойдут значения от 4.7К до 18К. Не оказывает большого влияния на звучание до тех пор, пока Q2 не будет смещен в область ограничения.

Cin

Увеличение емкости этого конденсатора позволит получить больше низких частот и добавить полноты. Если вы хотите это сделать, измените его с 0.1мкФ до 0.22мкФ.

Cbp

Важно, чтобы этот конденсатор обладал достаточной емкостью для прохождения всех сигналов с его положительного (+) вывода на землю. Емкости от 4.7мкФ и выше мало влияют на звучание.С его уменьшением эффект "вау" становится менее выраженным и звучание педали все больше напоминает работу педали громкости. Если этот конденсатор выходит из строя, квакушка начинает звучать как педаль громкости.

Cout

-- все еще работаю над ним --

Cef

-- все еще работаю над ним --

Cf

Элемент, в основном определяющий центральную частоту "вау" эффекта. Изменение емкости сдвигает весь диапазон перестройки (кваканья). Большие значения вызывают сдвиг в область низких частот, маленькие сдвигают в верхнюю область.

Lf

Катушка индуктивности. Просто убедитесь что она попадает в диапазон от 400мГн до 600мГн, тонкую отстройку проведите емкостью Cf.; „Магические“ катушки индуктивности имеют свои особенности и могут сделать звучание более приятным, за счет своих особенных характеристик насыщения.

Rw

Регулирует эффект "вау". Обычно имеет номинал 100К. Точное значение номинала может быть не очень важным до тех пор, пока величина Rb3 и усиление Q2 достаточно велики. Может быть модифицирован резистором с определенной характеристикой для получения специфической зависимости перестройки, так же диапазон перестройки может быть сужен с помощью постоянных внешних резисторов, подключенных к внешним вводам. Обычно люди хотят наоборот, большего диапазона перестройки при меньшем движении ножной педали.




Модификации

Переключение конденсаторов Cf

Установите переключатель для выбора между разными значениями емкости Cf. Малые значения сдвигают диапазон перестройки вверх, большие сдвигают вниз. Вы можете использовать любые типы переключателей. Переключатель типа SPDT даст вам возможность выбора двух значений, переключатель типа 1P6T даст возможность выбора шести значений.

Добавление конденсатора параллельно катушке индуктивности
Лучше будет переключать значения Cf

Изменение Re1 в сторону увеличения или уменьшения
Популярной модификацией является временная замена
Re1 (стандартное значение 470 Ом) линейным потенциометром номиналом 1К. С уменьшением сопротивления от стандартного значения в сторону нуля, звучание становится богаче, что является следствием увеличения усиления первого транзистора. Увеличение усиления сопровождается небольшим увеличением уровня искажений, что отражается в повышении плотности звучания. С приближением сопротивления к нулю Ом, может появится собственный резонанс квакушки и возникнут автоколебания в нижней части диапазона перестройки и в то же время эффект "вау" будет проявляться при нажатии на педаль. Рискованно, но прикольно! Если сопротивление меняется в сторону увеличения от номинального значения, эффект "вау" становится менее выраженным, так как усиление первого каскада уменьшается и резонансный пик за счет обратной связи становится не таким острым. Вы можете как подобрать понравившийся резистор фиксированного номинала, так и установить потенциометр в подходящем месте.

Замена Rq для изменения "остроты" полосы пропускания.


Если вы измените значение Rq, резистора, включенного параллельно катушке индуктивности и имеющего стандартный номинал 33К, вы измените остроту резонансного пика. Увеличение сопротивления этого резистора сузит резонансную полосу. Малые значения сопротивления уменьшат резонанс и расширят его полосу, но и уменьшат его пик, за счет чего эффект станет менее выраженным. Некоторым людям очень нравятся значения 51К.

Избавление от шороха потенциометра или модификация для получения удаленного управления (от Андертона)



Этот прием позволит вам избавится от шороха потенциометра (для чего он и был изначально предложен Андертоном) или удалить управляющую платформу педали на произвольное расстояние от схемы квакушки. Для того чтобы это сделать, просто удалите печатную плату из корпуса квакушки, осторожно отмечая какие соединения куда идут, чтобы при желании восстановить первоначальное состояние педали. Аккуратно выполненная схема при этом очень поможет! Далее подготовьте экранированный кабель с двумя внутренними проводниками. По одному проводнику подается +9В на верхний вывод потенциометра, по второму передается уровень напряжения со подвижного вывода к тому месту, где расположена основная схема квакушки. Оплетка подключается к земле. Я проделал это с переизданием квакушки Vox, и все работало отлично. Остается небольшая проблема с отключением/обходом педали, но я хотел бы сохранить это в секрете.

Две схемы квакушек, управляемые напряжением

Здесь рассмотрены два способа управления квакушкой посредством постоянного напряжения. В обоих случаях, в качестве замены фоторезистора по схеме модификации Андертона используются транзисторы.

- В первом случае используется полевой транзистор с управляющим p-n-переходом P-типа, который переходит во включенное состояние (низкое сопротивление) при подаче на его затвор и исток нулевого напряжения (подключении на землю), и резко увеличивает сопротивление при увеличении положительного напряжения на затворе относительно истока.

- Вторым способом является использование сопротивления коллектор-эмиттер NPN транзистора вместо фоторезистора. В этом случае сопротивление будет наибольшим при низком управляющем напряжении и будет уменьшаться при увеличении напряжения и как следствие увеличения управляющего базового тока NPN транзистора.

Оба этих решения страдают появлением искажений с ростом уровня сигнала. Фоторезистор лишен данной проблемы.



 

Часто встречающиеся проблемы

Ухудшение звучания по высоким частотам (Потеря высоких при включении обхода эффекта)
Вплоть до середины 90-х годов схема обхода эффекта в квакушках строилась на переключателях SPDT. Данный переключатель не может обеспечить полное отключение схемы эффекта, таким образом вход эффекта оставался подключенным ко входному гнезду в течении всего времени работы устройства. Это означает, что вход квакушки нагружает сигнал, идущий от гитары и, что еще хуже, сильнее нагружает на высоки частотах, чем на низких. Звук становиться тусклым и менее живым. Существует два метода избавления от этой проблемы и оба они работают одинаково хорошо. Во первых вы можете применить DPDT для полного обхода схемы эффекта. Во вторых вы можете добавить буфер перед схемой эффекта для предотвращения нагрузки гитарного сигнала со стороны схемы квакушки. На сайте GEO есть статья о том как собрать буфер с использованием внутренней печатной платы квакушки.

Износ потенциометра

В результате качания платформы квакушки, износ потенциометра происходит гораздо быстрее, чем в обычных потенциометрах ,смонтированных на контрольных панелях управления. Механический ползунок, который скользит по резистивной поверхности внутри потенциометра буквально стирает часть материала, превращая его в порошок. Этот порошок может скапливаться на пути ползунка, вызывая тем самым "треск" потенциометра. Существуют два способа лечения: (а) чистка потенциометра или (б) замена потенциометра.

Чистку следует рассматривать в качестве временного решения. Она поможет на некоторое время. Сходите в магазин "Radio Sharck" или в ближайший магазин радиокомпонентов и приобретите спрей для очистки электрических контактов. Забрызгайте его в потенциометр, одновременно вращая его вал. Треск должен стать гораздо меньше. Существуют различные мнения по поводу того, стоит ли приобрести очищающее средство со смазкой в его составе, или же нанести смазку отдельно , после очистки. Джефри Тиз (Geoffrey Teese) советует использовать после очистки спрей WD-40, основываясь на том, что чистящее средство смоет заводскую смазку, а WD-40 будет ее разумной заменой. Существуют так же средства очистки, производители которых утверждают о том, что они не вымывают смазку.

Так же существует мнение, что любое чистящее средство будет ускорять деградацию потенциометра. Правильнее будет относиться к чистке как к временной мере и заменить потенциометр.

Существует несколько компаний предлагающих потенциометры на замену. Analog Mike, Fulltone, и Mojo продают потенциометры, предназначенные для тяжелых условий эксплуатации, номиналом 100К и мощностью 2Вт по цене 30$. Фирма Dunlop предлагает потенциометр "ECB24 Hot Potz" идущий в комплекте с нейлоновой шестерней, гайкой и шайбой, их можно приобрести у New Sensor Corp по цене 20.25$ за штуку при минимальном заказе в 100$. Фирмы Analog Mike и Mojo продают потенциометры Teese Roc Pot. Джефри Тиз (Geoffrey Teese) изготавливает эти потенциометры на заказ, с зависимостью сопротивления от угла поворота аналогично оригинальным потенциометрам Vox Clyde McCoy. Фирма Fulltone продает похожие потенциометры. Как бы то ни было, потратив от 15 до 30$ вы сможете сохранить вашу квакушку квакающей. Некоторые считают, что применяемые для замены потенциометры звучат лучше оригинальных.

Также отмечу, что вы можете использовать прием Крейга Андертона (Craig Anderton), с использованием светодиода/фоторезистора, опубликованный в колонке журнала "Guitar Player", для избавления от шороха потенциометра. Схема уже приводилась в разделе "модификации". Идея заключается в замене потенциометра квакушки резистором с постоянным сопротивлением и фоторезистором, оригинальный же потенциометр теперь изменяет ток через светодиод. Этот прием работает, и перестройка получается очень гладкой. Оригинальный потенциометр в этом случае будет работать до тех пор, пока не будет окончательно потерян контакт с резистивной дорожкой.

Потеря уровня входного сигнала


После встраивания переключателя полного обхода эффекта, многие замечают небольшую потерю громкости при включении квакушки. Это может происходить по одной из двух причин; возможно, что общее усиление схемы квакушки немного меньше единицы или нагрузка подключенная к выходу схемы квакушки немного нагружает гитарный сигнал. Вы можете исправить этот эффект, уменьшив номинал входного резистора 68К (где то до 33К-47К) и увеличив тем самым усиление. Учтите, что это так же уменьшит входное сопротивление и может повлиять на звучание квакушки при ее включении. В режиме обхода этот эффект не будет наблюдаться за счет полного отключения схемы.

Отсутствие "Вау" эффекта, меняется только громкость


Проблема с конденсатором Cbp. Замените его новым электролитическим конденсатором, номиналом от 4.7мкФ до 22мкФ.

Отсутствие "Вау" эффекта, меняется только высокочастотная составляющая сигнала.


Скорее всего обрыв катушки индуктивности Lf. Найдите замену.

Диапазон эффекта "Вау" заметно снижается при подключении каких -либо эффектов ПОСЛЕ квакушки.



Входное сопротивление последующего эффекта нагружает выход квакушки, так как входной импеданс следующего эффекта включается параллельно коллекторному резистору Q1. Это напрямую снижает усиление, которое, как мы уже знаем, отвечает за рассмотренный выше эффект «переменной емкости», дающей "Вау" эффект. Решение будет довольно простым -включение буфера перед входом следующего эффекта или на выходе квакушки.

Построение квакушки с нуля



Начну с совета -не делайте этого, до тех пор пока у вас не будет классического корпуса с ножной подвижной платформой. И не потому что электроника квакушки сложная. Это не так, тут все просто. Вам даже не придется искать каких-то специальных запчастей, за исключением катушки индуктивности, которую мы рассмотрим далее.

Дело в том, что СЛОЖНО сделать педаль, способную надежно проворачивать потенциометр. Если вы являетесь хорошим слесарем или жестянщиком и играете на гитаре, ОК, делайте это. В противном случае купите сгоревшую "Crybaby" и восстановите ее. Изготовление механики педали будет сложным если у вас нет инструментов для работы с металлом. Я находил много ремонтных мастерских в которых были кучи корпусов от квакушек "Crybaby" в разном состоянии демонтажа, купить которые можно было довольно дешево. Вам имеет смысл рассматривать изготовление механической части квакушки только если нет других подходящих вариантов.

Электронная часть будет не слишком сложной. Хорошо подойдет макетная плата, так же не сложно сделать печатную плату. Я рекомендую сначала провести компоновку, затем убедиться, что плата, которую вы собираетесь делать садится на место. Сделайте это перед тем как устанавливать компоненты.

Кроме механической части, вращающей потенциометр, важным вопросом для решивших изготовить собственную квакушку является катушка индуктивностью 500мГн. Существует несколько способов ее достать:

Вот несколько фотографий на самое простое решение, трансформатор из Radio Shack.

 

 

 

Схема двойное-Т (Twin-T)





Менее обросшей легендами является квакушка по схеме двойное-Т (twin-T). Наименование становится понятным если посмотреть на схему. Одна буква "Т" составлена из двух последовательно включенных резисторов и конденсатора на землю. Вторая буква "Т" составлена из двух последовательно включенных конденсаторов и резистора на землю. "Т"-образные цепи включены параллельно. Они не являются полностью идентичными, но достаточно похожи чтобы дать им такое наименование. Цепочка двойное-Т является режекторным фильтром. Любопытным является тот факт, что эта схема является единственной, состоящей только из резисторов и конденсаторов, которая может обеспечить бесконечно глубокое ослабление, т.е. если вы точно подберете значения R и C, частота вырезаемая фильтром будет полностью удалена. В большинстве случаев не требуется такая точная подстройка, впрочем, как и в схеме квакушки. Для получения полосно пропускающей характеристики (горба на АЧХ), мы используем схему двойное-Т в качестве цепи отрицательной ОС усилителя. Двойной Т фильтр хорошо пропускает все частоты кроме области вокруг центральной вырезаемой частоты. Так как обратная связь отрицательная, частоты пропускаемые фильтром будут иметь меньшее усиление, а частоты вырезаемые фильтром получат максимальное усиление. Отрицательная ОС инвертирует характеристику фильтра из режекторного (яма) в полосовую (горб), которая нам как раз и нужна в схеме квакушки.

Эта схема взята из статьи "The Waa-waa", опубликованной Симонтоном (Simonton) в журнале "Popular Electronics" за 1970 год. Я убрал из схемы переключатель для рассмотрения работы схемы. Первый транзистор работает в качестве усилителя с большим коэффициентом усиления, регулирующимся с помощью построечного резистора "Q" номиналом 1К. Второй транзистор буферизирует коллектор первого для снижения влияния сопротивления нагрузки на усиление. Цепи двойного Т-фильтра хорошо различимы на схеме. Резистором управления является потенциометр, включенный на землю.





Схемы с множественными обратными связями на ОУ

Другим полосовым фильтром, с помощью которого можно получить эффект кваканья, является активный фильтр с множественными ОС. В этой схеме используются RC цепи в ОС операционного усилителя для имитации LC-цепочки второго порядка. Как вы можете видеть на упрощенной схеме, мы снова имеем здесь переменный резистор, один из выводов которого подсоединен к земле, позволяющий менять центральную частоту полосового фильтра в диапазоне, как раз подходящем для квакушек.

Обе эти схемы я называю квакушками с потенциометром на землю - центральная частота изменяется регулировкой единственного переменного резистора, подключенного одним из выводов к земле. Этим схемам гораздо проще сделать удаленное электронное управление, в отличии от квакушек с катушкой индуктивности, в которых частота горба квакушки управляется с помощью трех выводного делителя напряжения.. Недостатком этих двух схем является то, что они не вносят небольших искажений, по крайней мере сами по себе, в отличии от схем с катушкой индуктивности, за счет чего их звучание становиться менее интересным.

Как обычно, это просто означает что и для них найдется свое применение, в котором они станут наилучшим решением. 









Повозимся с квакушкой - Что мы можем сделать?

 

Схемы с резистором-на-землю дают нам простую возможность изменения центральной частоты. Любой компонент, способный заменить переменный резистор, подключенный к земле, позволит получить эффект квакушки, так что у нас появляется возможность для экспериментов. Резистивный элемент может быть разным - оптопара с фоторезистором, полевой транзистор с управляющим p-n переходом, линейка диодов, даже сопротивление перехода коллектор-эмиттер биполярного транзистора, а так же старый добрый потенциометр.





 









 

Одна из самых простых вещей, которые мы можем сделать, это управлять переменным сопротивлением с помощью генератора низкой частоты (LFO), как это изображено на рисунке:

Вот еще одна разработка опубликованная Симонтоном и использовавшая в оригинале двойную Т-образную схему, но так же хорошо работающая как со схемой построенной по принципу множественных ОС так и со схемой модифицированной индукционной квакушки, управляемой с помощью резистора на землю, как мы узнаем позднее. Следует отметить, что это не самый лучший имитатор кабинета Лесли но он забавный и имеет свое уникальное звучание. Оно напоминает орган на деревенской ярмарке. 



 

Вы также можете переделать эту схему в "авто-вау" взяв управляющее напряжение, пропорциональное громкости входного сигнала, и используя его для изменения центральной частоты.

 









Данный принцип лежит в основе работы многих коммерческих педалей. К примеру прототип Dr.Q от EH ( Electro Harmonix -известная фирма производитель гитарных педалей, прим.перев.)

 

 

 

















А вот схема модификации обычной квакушки с катушкой индуктивности в квакушку управляемую потенциометром включенным на землю

 

 

 

 

 

 

 

 

 





Получение нескольких вау-эффектов одновременно.

Не существует закона , утверждающего что мы не можем использовать несколько квакушек одновременно. На самом деле, если мы используем две квакушки, звучание будет больше походить на человеческий голос. Давайте посмотрим каким образом этого можно достичь.

Взяв две квакушки, управляемые с помощью потенциометра, подключенного к земле, мы можем переделать их так, что бы они использовали один потенциометр на двоих, который будет двигать центральные частоты в противоположных направлениях в одно и то же время.

 

 















Для того, чтобы проделать такую процедуру со схемой квакушки включающей индуктивность нужно либо в начале переделать ее к схеме с одним резистором, включенным на землю, либо использовать сдвоенный потенциометр. Последнее не очень удобно, так как сложно будет найти сдвоенный потенциометр с логарифмической/ антилогарифмической характеристикой. На помощь нам может прийти изменение характеристики потенциометра, описанное в статье "The Secret Life of Pots" следуя указаниям которой, мы можем сделать сдвоенный потенциометр обладающий одновременно логарифмической/ антилогарифмической характеристикой из линейного.



Обратите внимание, что на этой схеме я показал входной буфер для предотвращения ухудшения передачи высоких частот за счет нагрузки входного каскада и резистивный смеситель для смешивания двух выходных сигналов, которые не показаны на первом рисунке, иллюстрирующем работу схемы "Вау-антиВау".

 

 

 

 

 

 

















Как было указано в начале, для получения имитации человеческого голоса и формант, т.е. действительно интересных вокальных эффектов, нам нужно два вау эффекта двигающих центральную частоту, но не просто в противоположных направлениях. Мы можем добиться этого с помощью еще одного приема использования потенциометра.

Для управления квакушкой нам нужен один потенциометр, включенный на землю, но ничто не говорит нам, как использовать противоположные выводы. Мы можем заземлить их оба, если захотим. Это означает, что сопротивление будет максимальным при среднем положении потенциометра, и будет уменьшаться при вращении потенциометра в любую сторону от центрального положения. Центральная частота квакушки будет минимальной в среднем положении и будет расти при про повороте к обоим крайним положениям.

Если теперь мы скомбинируем, при помощи сдвоенного линейного потенциометра, стандартную квакушку с квакушкой модифицированной вышеописанным образом т.е. у которой центральная частота будет низкой в среднем положении потенциометра, мы получим гораздо лучшее качество вокальной имитации. Фирма EH проделала подобное в своем эффекте "Talking Pedal". В его схеме используются два "Вау" эффекта на ОУ с множественными ОС. Исключением является то, что там использовался специальный сдвоенный потенциометр, одна из проводящих секций которого была снабжена выводом для заземления в средней части. Движок при этом оказывался около земли в центральном положении и имел наибольшее сопротивление относительно земли в любом из крайних положений. Если вы любите рисковать, можно попробовать разобрать для этих целей потенциометр и нанести проводящий слой с помощью краски с низким удельным сопротивлением - смотрите статью "The Secret Life of Pots".

R.G.





Публикуется с разрешения R.G.Keen.

Перевел Бережной Алексей. В работе над переводом мне очень помог Дмитрий Уткин, рекомендую заглянуть в его группу VK http://vk.com/sonicbox, там опубликовано много интересных материалов по гитарной электронике.