В этой статье я хочу
в определенной мере пролить свет на один из часто встречающихся при проектировании гитарных жужжалок моментов и зачастую вызывающий у
малоподготовленного человека большие сложности. Допустим, что Вы собираете не
минималистскую грелку, а самостоятельный и самодостаточный (если, конечно,
получится)))) ) дисторшн со своим характерным тембром, который будете с собой таскать везде, поражая воображение завистников своим ацким рычанием ну или
божественным улюлюканьем - кому что ближе, и может быть даже будете писать его
в линию.. Очевидно, что выбрав схемотехнику ограничителя, Вы подойдете к вопросу обэмуляции
кабинета. Разумно конечно, предположить, что человек осознанно проектирующий
темброблок по заданной АЧХ (или, проще говоря, спикерсим) не нуждается в этой
статье. Однако, очень часто схема спикерсима ограничивается одним единственным
устройством – фильтром низких частот – ФНЧ (или в буржуйской терминологии Low Pass - LP), а кропотливым проектированием никто не занимается и вообще охота чтобы
просто песок удавить и на том остановиться .
Поэтому рассмотрим несколько
вопросов:
· Что
такое ФНЧ и зачем он нужен
· Какие
бывают ФНЧ
· Схемы
ФНЧ и оптимальная элементная база
Итак, что же такое ФНЧ и зачем он нужен? Представим, что мы
собрали какой-нибудь ограничитель по элементарной схеме – один операционный
усилитель (ОУ) + два встречно-параллельно включенных диода на землю. То есть что-то вроде вот этого:
Кос - это блок обратной связи с коэффициентом передачи Кос, который выражает обобщенность структуры - он может быть у всех разный и даже частотно-зависимый. Не имет значения. Включили гитару и подключили это все куда-нибудь в музыкальный центр или еще круче в
компьютер. Дернули за струны и….жужжит, конечно, но жужжит как-то не эстетично что ли. Да, в звуке очень много так называемого песка (то есть в спектре
выходного сигнала присутствует большое количество гармоник высших типов –
подали на вход гармоническое колебание с частотой f , а на выходе получили целый букет –
сумму колебаний с частотам 2f,3f,…20f
и т.д.). Наша задача избавиться от этого песка, не тронув при этом ту
полезную часть сигнала, которая нам нужна и еще обязательно пригодится. Однако,сходу возникает вопрос: а где он этот песок начинается? Т.е. начиная с
какой частоты (на оси частот в графике спектра сигнала) и выше спектральные составляющие можно уже
называть песком? Не вдаваясь особо в теорию можно смело сказать, что
составляющие сигнала с частотами выше 5-6кГц можно смело назвать песком. Приграничная зона - 4-6 кГц – исключительно важная и
характер спектра в этой области очень явственно сказывается на тембре гитарных
искажающих устройств. Теперь думаю самое время привести немного поясняющей теории
для тех, кто уже напрягся, т.к. в тексте встретились такие понятия как спектр,
частота, гармоники и т.д. Рассмотрим взаимосвязи характеристик сигнала на примере
гармонического колебания с частотой f=300Гц:
Первое дело – это
временная зависимость амплитуды напряжения, т.е. u(t):
Данный сигнал также можно представить и посредством
спектрального описания, которое связано с временным преобразованием Фурье, т.е.спектр сигнала – это зависимость величины каждой из составляющих сигнала от частоты. Т.к. сигнал, как и договорились строго монохроматический, т.е. в
спектре присутствует только одна спектральная cоставляющая - основная гармоника
с частотой f=300Гц и
данному сигналу соответствует вот такое спектральное представление:
На слух это воспринимается как ровное спокойное гудение
(если громко и долго слушать это монотонное гудение, то можно стать идиотом). А теперь тот же гармонический сигнал подвергнем нелинейному
преобразованию, которым и является наша гитарная жужжалка. В результате в
весьма упрощенном и обобщенном варианте зависимость от времени u(t) примет вид:
Видно, что этот сигнал уже очень сильно отличается
от исходного. Так как между временной зависимостью и спектральной существует
однозначная связь, то изменится и график спектра. А именно:
В
спектре искаженного сигнала, как видно, появилась куча, если можно так
выразиться, "артефактов" :) Вот эти самые артефакты и превращают
чистый и аккуратный звук неискаженной гитары в рыкающий рев дисторшна.
Чем более частый и интенсивный частокол спектральных составляющих, тем
более злой и жуткий дист по звуку. Однако, здесь все не так просто, так
как качество исказителя зависит от многих параметров - и соотношения
четных и нечетных гармоник, и от динамики амплитуды и фазы составляющих
и от многого многого. Лично нас теперь интересует вопрос каким образом
превратить звук сразу после ограничителя из жуткого зубодробительного
скрежета в приятный сбалансированный дисторшн, который мы так часто
слышим на любимых записях. Вот тут и возникает задача коррекции спектра
полученного сигнала. И заключается она в перераспределении энергии
между отдельными частями спектра сигнала, то есть высокие частоты надо
придавить а низкие и средние оставить. Эту задачу и должен взять себя в
первом приближении фильтр низких частот.
Введем понятие передаточной частотной характеристики устройства.Чтобы
не усложнять лишний раз восприятие материала и не вводить комплексное
исчисление, фазы, аргументы и модули будем оперировать уже конечным
понятием модуля комплексного коэффициента передачи, т.е. понятием АЧХ -
амплитудно-частотной характеристики. Эта характеристика показывает как
рассматриваемое устройство "относится" к разным частотам. А отношение
это бывает разное. Ну все как у людей)))) Оно может не любить низкие
частоты и совсем их не пропускать на свой выход при этом пропуская
высокие и средние без искажений и вообще без какого либо отношения к
ним, что пришло мол, то и ушло (забегая чуть чуть вперед, скажу что это
будет ФВЧ). Может испытывать, например, пагубную (если вдруг будут
нарушены условия устойчивости) любовь к отдельным частотам не пропуская
ничего на выход кроме небольшой горстки этих частот :) (это будет
полосовой фильтр - ПФ), а могут также как, например, мерзкие политики
не пропускать на выход некоторые частоты совсем (это будет режекторный
фильтр - РФ). Из всего сказанного становится, надеюсь ясным что, по
критерию этой любви и не любви к отдельным частям спектра сигнала можно
ввести вполне четкую и корректную классификацию фильтров.
Нас, в частности, будут интересовать далее только фильтры низких
частот, пропускающие только низкие частоты - ФНЧ, фильтры высоких
частот и режекторные фильтры, подавляющие частоты в некоторой
достаточно узкой полосе.
Приведем классические графики АЧХ этих фильтров в одном масштабе
на одном графике, учитывая что частота настройки (среза - для ФНЧ и
ФВЧ, и режекции для РФ) одинаковая - так будет понятнее.
Несложно догадаться, что при одном и том же смысле характеристик
поведение их может быть разным, т.е. в характеристики могут идти не так
плавно, а более круто или совсем полого, могут иметься выбросы (т.е
резкое усиление в узкой полосе) в области частот среза. За вид
характеристик отвечает тип апроксимации их характеристиками
Баттерворта, Бесселя, Чебышева, а также крутизна этих характеристик,
измеряемая в дб/октаву либо в Дб/декаду. Октава - удвоенная частота,
Декада - удесятеренная. Н аграфиках приведены характеристики ФНЧ и ФВЧ
с апроксимацией Баттерворта (почему они пользуются большей популярность
будет рассказано далее) второго порядка , т.е. с крутизной 12Дб/октв.
продолжение следует!...
|