Gitárhangtorzító
Zenész barátaim körében örökzöld téma a gitárhangtorzító. Sokféle típus forog közkézen, s részben a bőség zavara, részben a zenészek műszaki képzetlensége miatt egyfajta misztikum övezi ezen áramköröket (és persze a többieket is). Egy saját fejlesztésű készülék kerül ismertetésre, amely az elméleti ismeretek és a gyakorlatban elvégzett kísérletek-módosítások által szerzett szerény tapasztalatok eredménye. Természetesen nem éri el a legjobb torzítók minőségét, ez nem is volt cél. A legolcsóbb kategóriával azonban felveszi a versenyt, utánépítési költsége elenyésző.
A torzítók többségének felépítése az 1. ábra szerinti tömbvázlatra bontható.
1. ábra
Bemeneti fokozat
A gitárhangszedő jelét fogadja és illeszti az áramkör többi részéhez. itt néha csak impedanciaillesztést végeznek. tehát elegendő egy emitter- vagy source-követő. Ez nem a legszerencsésebb megoldás. mert így feszültséget nem erősítünk, viszont némi zajt viszünk be a láncba. Nincs persze nagy baj, mert a hangszedők jele relatíve nagy, körülbelül egy nagyságrenddel nagyobb mint a mikrofonoké, továbbá kiszajú tranzisztort alkalmazunk. Ha azonban mégsem hagyhatjuk ki ezt a fokozatot, kézenfekvő megoldás itt egy feszültségerősítést végző, kiszajú tranzisztorral megépített erősítőt használni. Ne feledjük, hogy a lánc legelső elemének a jel-zaj viszonya döntően meghatározza az egész továbbit, a feszültségerősítés pedig később úgyis szükségessé válik.
Torzító áramkör
Jó nagy erősítés + nemlineáris elem. Az erősítő lehet néhány tranzisztor vagy műveleti erősítő is. A torzítást szinte mindig szilíciumdiódák végzik.
Két alapvető módszer jellemző. Az egyikben a két antiparalel diódát a kimenettel sorba kötött ellenállás és a föld közé kapcsolják, a másikban pedig a negatív visszacsatoló körbe. Vegyük észre a nagy különbséget! Az első esetben (2.a ábra) amint a jel eléri a diódák nyitófeszültségét, a határolás megtörténik. Ezután már hiába növekszik a meghajtófeszültség, a kimenet nem vagy csak alig változik. Ha viszont a diódákat a másik elrendezés szerint (2.b ábra) helyezzük el, akkor a kimenőjel a diódákon eső feszültség és az invertáló bemeneten mérhető összege lesz. Az invertáló bemeneten pedig gyakorlatilag az mérhető, mint a neminvertálón. A diódák nyitófeszültsége + a bemenőjel összege viszont már olyan, melynek nagysága a diódák határolásának elérése után sem válik függetlenné a bemenetitől. Így az egyik elrendezés "keményebb", a másik dinamikusabb hangot szolgáltat. Utóbbi hatás igazán úgy érvényesül, ha a bemeneti jel nagysága összemérhető a diódák nyitófeszültségével. Itt "jól jön" az, hogy ha a bemeneti fokozat feszültséget is erősít. De mekkorát? Ha keveset, akkor nem lesz igazán dinamikus a végeredmény. Ha meg túl nagyot, akkor a diódák feszültsége eltörpül a bemeneti mellett, s így nem lesz eléggé torz a hang. Ráadásul a hangszedők sem szolgáltatnak egyforma feszültséget. Erre a problémára még visszatérek.
2. ábra
Hangszínszabályozó
Itt találhatóak a legnagyobb eltérések a torzítók között. Nem annyira az alkalmazott alapkapcsolásokon van a hangsúly, hanem a megvalósított szabályozás meredeksége(i) és töréspontja(i) adják az eltéréseket. Általános recept nem adható. A torzított hang felharmonikusokban igen dús, így a spektrumon végzett beavatkozás alapvetően meghatározza az egész effekt hangját. Az igazi megoldás a torzított jel útjába egy equalizer beépítése volna, ez azonban terjedelmesebb lenne az összes többi résznél. Tudatos használata is csak megfelelő gyakorlással sajátítható el, de igen jó eredményt adna. Jobb híján egy 6 dB/oktáv meredekségű aluláteresztő szűrő is megteszi, aminek a töréspontját tudjuk változtatni.
Kapcsoló áramkör
Ezzel lehet váltogatni a torzítatlan és a torzított hang kőzött. Egyszerűbb esetben ez közönséges mechanikai kapcsoló. A jobbak már kontaktusmentes (Hall-elemes) érzékelőt és analóg kapcsolókat tartalmaznak. Igen jó eredményt ad azonban pergésmentesített mechanikai nyomógomb és diódás kapcsoló is.
A kapcsolás
3. ábra
A bemenőjelet a T1 tranzisztor tízszeresre erősíti (3. ábra), munkapontját T2 emitterkövető kimenetéről visszavezetett feszültséggel stabilzáljuk. Utána egy RC-tag következik, melynek sávhatárolása következtében érezhető mértékben csökken a torzító ág zaja. Természetesen a torzítatlan jel nem halad át a szűrőn, mert a sávhatárolás következtében elvesztett harmonikusok rontanák a hangminőséget. Most sokaknak fordul meg a fejében az, hogy talán a torzító ágban is szükség lehet a harmonikusokra. Képzeljünk el egy jelet, amelyre "ráült" egy másik, kisebb amplitúdójú, szaporább jel (4.a ábra). Ha ezt négyszögesítjük, akkor látható, hogy csak az alapjelnek van jelentősége (4.b ábra). Az itt alkalmazott aluláteresztő az alapjelekre hatástalan, míg a zajt (sziszegést) csillapítja. Magasabb fokszámú szűrővel és alacsonyabb zajú műveleti erősítővel további javulást érhetnénk el, de az ésszerűség ismét határt szab. Természetesen, ha valakinek kétségei vannak ezzel a fogással, akkor hagyja el a kondenzátort, a szűrő így hatástalan.
4. ábra
Az itt következő műveleti erősítő végzi a tulajdonképpeni torzítást. Az említett mindkét működési mód megvalósításra került úgy, hogy effektünk dinamikusan (K1) vagy keményebben, "metálosan" (K2) is torzíthasson. A váltás egy kapcsolóval lehetséges. A visszacsatoló hálózat úgy készült, hogy a torzítást szabályozó potenciométer a föld felőli ágba került. Ennek az lett a következménye, hogy az alkalmazott "B" típusjelű, azaz logaritmikus karakterisztikájú potenciométer a megszokotthoz képest fordítva szabályoz: az óramutató járásával ellentétesen forgatva erősít. (Ezt meg is lehet szokni, de itt még célszerűbb a nehezen ugyan, de talán beszerezhető, "C" típusjelű, azaz antilog karakterisztikájú potenciométer alkalmazása. A szerk.) Jelen elrendezés előnye viszont az, hogy a szabályozó elem nem a diódákkal párhuzamosan kapcsolódik, így azok állandó jelleggel nagyimpedanciás környezetben működhetnek. Ez azért jó nekünk, mert a dinamikus állásban a diódák kezdeti, görbült szakasza jobban érvényesülhet és így valamivel lágyabban nyitnak ki.
Ezután foglal helyet a hangszínszabályozó. Maximális vágás állásban az alkalmazott időállandó 10 nF x 47 kOhm=470 µs, azaz körülbelül 340 Hz fölött 6 dB/oktáv meredekséggel vág. A másik végállásban az már hatástalan, mert a szűrő töréspontját a hangfrekvenciás sávból felfelé "kitoltuk". A tartomány igen jó szabályozást biztosít, igény esetén a csúszkához kapcsolódó kondenzátor cseréjével könnyen módosítható. (A próbák során kettős potenciométerrel megépített, eggyel magasabb fokszámú hangolható szűrővel szubjektíve rosszabb eredményt kaptunk.) A terhelésmentes illesztés érdekében egy emitterkövetőt is beépítettünk. majd ezt követi a torzított jel hangerőszabályozója.
A 2 db sziliciumdiódával megvalósított analóg kapcsoló segítségével váltogathatunk az eredeti és a torzított jel között. A CD4013 típusú CMOS flip-flop részére a T5, T6 alkotta Schmitt-trtgger pergésmentesíti és formálja kellő meredekségűre a mechanikai kapcsoló (K3 nyomógomb) jelét. A működés egyszerű, az egyik dióda nyitóirányban, a másik záróirányban van előfeszítve, azután pedig fordítva. A kapcsolóáram pedig egyben biztosítja a kimeneti tranzisztor munkapontját is. Egy kétszínű LED fénye különbözteti meg a kétféle állást. A tápfeszültségben elhelyezett dióda véd a fordított polaritástól.
Megépítés, élesztés
A nyomtatott áramkör terve az 5. ábrán, a beültetési rajz a 6.-on látható. Kétoldalon fóliázott panelből készítsük el, ahol a szerelési oldal felől a rézfóliát az alkatrészek kivezetéseinek furatainál 3 mm-es fúróval kissé kisüllyesztjük, megakadályozva ezzel a zárlatot. Ez a rézoldal egyben a földvezeték is, ide forrasszuk az összes földelési pontot.
5. ábra
6. ábra
Miután meggyőződtünk arról, hogy hibátlanul állítottuk össze az áramkört, állítsuk középállásba a trimmerpotenciométert és kapcsoljuk be a tápfeszültséget. A trimmerrel állítsuk be T2 emitterén a fél tápfeszültséget. Ugyanennyit kell mérnünk a műveleti erősítő kimenetén is, hiszen annak egyenáramú erősítése egységnyi. Néhányszor tíz millivolt eltérés megengedett. T3 emitterére rámérve szintén hasonló értéket kell mutatnia a műszerünknek. Ha ez jobban eltér a tápfeszültség felétől (± 1V), akkor cseréljük ki T3-at egy nagyobb áramerősítésű példányra. Valószínűleg nem lesz vele gond, de ha biztosra akarunk menni, akkor még a beépítés előtt méréssel válasszuk ki ide a legnagyobb áramerősítésű példányt a többi közül.
Ha az eddigiek rendben vannak, akkor ellenőrizzük azt, hogy a kapcsolóáramkör is működik-e. Átkapcsolás hatására a flip-flop két kimenetének ellentétes módon kell váltakoznia 0 és a tápfeszültség között. A CMOS-kimeneteknek jól meg kell közelíteniük mindkét értéket. Mérjünk rá T4 bázisára, amelynek potenciálja körülbelül 1/2 Ut. Átkapcsolás hatására (leszámítva az átkapcsolás pillanatát) nem változhat meg a bázison mérhető feszültség. T4 emitterfeszültségének is akkorának kell lennie. mint a fél tápfeszültség. Ha az eltérés itt is eléri az 1 voltot, úgy azt a bázistól a föld felé menő ellenállás értékének módosításával korrigálhatjuk. Az átkapcsoló áramkör bizonytalan működésének elkerülése érdekében, a lábkapcsolótól jövő vezetéket közvetlenül a kondenzátor mellett testeljük. Ellenkező esetben a kondenzátor kisütése pillanatában keletkező pillanatnyi áramtüske a földvezetékben olyan feszültséglökést okozhat, ami zavarhatja az igen gyors flip-flop működését.
A megépíteni szándékozóknak nyújt segítséget a 7. ábra szerinti vázlatos dobozterv. A lapos dobozba épített csengő-nyomógomb lábbal működtethető. Ha erős dobozba masszív, dekoratív nyomógombot építünk és szükség esetén a visszatérítő rugókat is erősebbekre cseréljük, úgy kitűnő lesz az átkapcsolónk.
7. ábra
Kössük be a rendszerbe a torzítót. Játsszunk vele egy keveset. Próbálgassuk a különféle beállításokat! Győződjünk meg róla, hogy a szabályozó szervek (torzítás, hangszín) "eleget fognak-e". Ha kevésnek találjuk a torzítást, akkor növeljük meg a műveleti erősítő visszacsatoló ágában található 470 kOhm-os ellenállást 1 Mohm-ra. Ha nemcsak a torzítást ítéljük kevésnek, hanem a dinamikát is (természetesen csak a dinamikus állásban), akkor viszont inkább az alap előerősítést növeljük meg T1 kollektor-ellenállásának 24..27 kOhm-ra cseréjével. Szélsőségesen nagy jelű hangszedő (eléggé ritka) esetén pedig csökkentsük 5,6..8,2 kOhm-ra. Természetesen ellenálláscsere esetén ne felejtsük el a trimmerpotenciométerrel ismét beállítani a helyes munkapontot!
Ha a hangszínszabályozóval elégedetlenek vagyunk, akkor a csúszkához kapcsolódó kondenzátor értékét módosítsuk! Ha kisebb maximális vágást szeretnénk, akkor csökkentsük 6,8 esetleg 4,7 nF-ra az eredeti 10 nF-ot, ha viszont keveselljük a beavatkozást, úgy 15 vagy 22 nF is lehet az érték. Itt jegyzem meg, hogy a ,.B" típusú potenciométer úgy szabályoz helyesen, ha jobbra forgatva nő a magashangvágás mértéke.
Olyan eset is előfordulhat (megtörtént!), hogy a dinamikus állásban a torzítás nem indult meg azonnal a húr megpendítésének pillanatában, hanem csak tizedmásodpercnyi késéssel. Ennek az volt az oka, hogy az erősítést beállító hálózat egyik eleme, a föld felé kapcsolódó 1 µF-os kondenzátor rossz minőségű volt és a rajta átfolyó parányi szivárgóáram akkora (1-2 száz millivolt) feszültségesést okozott a 470 kOhm-on, hogy az egyik dióda kezdett kinyitni. Ez a félrebillent állapot okozta a jelenséget, amit persze a jel megérkezésekor a diódákon létrejövő drasztikus visszacsatolás helyreállított. (Természetes velejárója volt az is, hogy a nyitásba került dióda miatt lecsökkent erősítés hatására feltűnően csendes volt az áramkör.) Ide tehát jó minőségű alkatrészt építsünk be, tantál vagy a manapság igen elterjedt, kisméretű, "kocka" alakú, szürke fóliakondenzátort.
Ezek után úgy érezheti az, aki ezt a cikket olvassa, hogy ez egy labilis, nehezen utánépíthető áramkör. Ellenkezőleg. Csupán azért adtam kissé bőséges kommentárt, hogy aki a megépítésre vállalkozik, biztonságban érezze magát. Probléma esetén megfelelő támpontot találhasson, valamint hogy mindenki a saját igényeinek megfelelően módosíthassa a kapcsolást. A kapcsolás kiforrott konstrukció.
A tápegység
Első ránézésre (8. ábra) azonnal felvetődik bennünk a kérdés, hogy nem túl korszerűtlen ez? De, igen. Viszont hadd említsek néhány gondolatot. A zenekari berendezések zord körülmények között üzemelnek. Állandó pakolászás, kábelezés, a földre helyezett készülékekre ráléphetnek, kirántják a zsinórt vagy eltéphetik. Az esetek többségében nem lehetséges az azonnali, gyors javítás.
8. ábra
Építsünk masszív, stabilizált, rövidzárbiztos tápegységet! De az is tönkremehet. Ezért terveztem ilyen primitívre a tápot: Olyan transzformátort keressünk hozzá, amely biztonsági csévetesttel rendelkezik és a pufferfeszültség terheletlenül nem több mint 12 V, teljes terheléssel (3-4 effekt) pedig nem kevesebb mint 8 V. Az induktivitás elkészítése sem jelent problémát. Légrés nélküli vas- vagy ferrit fazékmagra tekercseljünk rá annyit, amennyi csak ráfér néhány tizedmilliméter vastagságú rézhuzalból. Csak arra ügyeljünk, hogy a veszteségi ellenállás ohm-nagyságrendű (kisebb mint 10 Ohm) maradjon. Az így kapott néhányszor tíz mH és a hozzákapcsolódó 1000 µF tetemes szűrést eredményeznek.
folia.png (A nyomtatott áramkör fólia oldala, mérete: 81 mm x 61 mm.)