Вторую часть статьи читайте здесь.
Rod Elliott, 2015, перевод с английского
Введение
Усилители для бас-гитар – это особый случай усиления. У 4-струнного баса частота нижнего «E» (E1) составляет 41 Гц, в то время как большинство 5- и 6-струнных басов настроены на нижний «B» (B0) – 31 Гц (в каждом случае достаточно близко). Некоторые бас-гитаристы довольствуются тем, что могут опускаться не ниже 2-й гармоники, которая, как и у большинства щипковых струнных инструментов, является преобладающей. Таким образом, доминирующими частотами являются 82 Гц и 62 Гц. Некоторые басовые усилители имеют намеренно ограниченный отклик ниже ~70 Гц.
В зависимости от баса, игрока и стиля игры, гармоники могут выходить за пределы 10 кГц, и многие корпуса басовых колонок включают в себя компрессионный драйвер и рупор для покрытия высоких частот. Другой подход заключается в использовании динамиков меньшего размера, чем обычные, и сейчас распространены корпуса 4×10 (4 х 250 мм/ 10» динамика) и подобные им, просто потому, что меньшие динамики имеют лучшую высокочастотную характеристику (или, по крайней мере, такова теория, которая может работать или не работать на практике). Похоже, что все согласны с тем, что вам нужна отдача по крайней мере до 7 кГц, если верхняя часть важна для вашего звука.
Если посмотреть на популярные комбинации, то можно заметить, что ассортимент очень разнообразен, как для кабинетов, так и для усилителей. Я не собираюсь даже пытаться создать дизайн корпуса для басовых колонок, потому что возможностей так много, что создание одного проекта просто не представляется возможным. Однако у меня есть несколько идей, и они будут рассмотрены позже. Между тем, усилитель – это то, что может иметь проектную конструкцию, но учтите, что у него (по необходимости) очень много вариантов.
На рисунке показана одна из возможных схем, включающая в себя большинство рассмотренных ниже возможностей. Чтобы быть действительно полезным, усилитель должен подходить для использования с электрическими басами (пассивными или активными), а также с акустическими басами с пьезозвукоснимателями. Чтобы получить максимальную отдачу от любого пьезодатчика, предусилитель/преобразователь импеданса должен располагаться как можно ближе к звукоснимателю, поскольку емкость провода будет снижать выходной уровень. Однако это не зависит от усилителя, которому нужен только достаточно высокий входной импеданс.
С самого начала нам необходимо рассмотреть несколько популярных вариантов и обсудить каждый из них.
Предусилители:
Большинство возможностей, необходимых в усилителе для любого музыкального инструмента, обеспечиваются предусилителем. Вполне реально собрать только предусилитель, а для управления колонками использовать коммерческий усилитель мощности. Можно легко сделать предусилитель, который будет управлять любым усилителем мощности, который когда-либо был создан, и это может быть достойным вариантом, учитывая, что усилители высокой мощности доступны по очень разумным ценам.
Ламповый (полный или частичный):
Существует много ностальгии по лампам, и многие люди думают, что само наличие лампы в предусилителе придает ему некие характеристики, которые невозможны при использовании транзисторов или ОУ. В большинстве случаев это неправда, и некоторые усилители, которые могут похвастаться «ламповым предусилителем», просто имеют символическую лампу, которая не дает практически ничего, кроме повышенного шума и снижения надежности. В других усилителях лампа может использоваться (более или менее) на полную мощность, но она остается источником шума и ненадежности. Вероятно, немногие бас-гитаристы (если вообще таковые имеются) смогли бы определить наличие лампы в предусилителе в ходе двойного слепого теста, что делает его довольно бессмысленным.
Регуляторы тембра:
То, что регуляторы тембра необходимы, является очевидным выводом. Единственное решение, которое необходимо принять, – какого типа. Басовые усилители могут иметь довольно примитивные схемы формирования тембра, подобные тем, что используются в гитарных усилителях, или, что более распространено, они могут иметь чрезвычайно сложные (и сложные) регуляторы тембра, включая параметрические или графические эквалайзеры, регулируемые частоты низких и высоких частот, или цифровое «моделирование», позволяющее настроить усилитель так, чтобы он вел себя точно так же, как тот, который использует ваш любимый басист, но без необходимости покупать такой же усилитель (однако, см. ниже).
Контур:
Этот регулятор встречается на многих басовых усилителях (иногда под другим названием) и, по сути, является еще одним регулятором тембра. В основном он используется для «вычеркивания» средних частот и усиления высоких и низких. Обычно того же эффекта можно добиться с помощью обычных регуляторов тембра, но некоторым игрокам нравится простота одной ручки, покрутив которую можно добиться довольно радикального изменения тембра.
Дисторшн:
Известный также под разными названиями – от «гроула» до «гранжа» и далее до «кранча» (или два последних варианта поменялись местами?) с множеством вариаций между ними, одни игроки его любят, другие ненавидят. Его трудно правильно настроить, но если все сделано правильно, он должен звучать как перегрузка усилителя, но без резких краев, которые не нравятся большинству игроков. Включение и выключение часто представляет собой проблему, поскольку часто происходит значительное изменение уровня.
Компрессор/лимитер:
Добавление переменного компрессора/лимитера целесообразно, поскольку он позволяет добиться максимальной громкости без искажений, а также может быть использован в качестве универсального звукового эффекта. Хотя некоторым, возможно, понравится возможность регулировать время атаки и затухания, простой компрессор LED/LDR вполне подойдет и сам по себе. Преимущество такого устройства – простота использования, простая и надежная схема, а также то, что пользователь практически ничего не может сделать, чтобы заставить его звучать ужасно. Однако компрессию и лимитирование следует использовать умеренно. Музыкальные инструменты обладают динамикой, и намеренно делать все одинаковым по громкости – очень плохая идея (и звучит скучно!).
Стерео:
Некоторым игрокам по-прежнему нравится звук, который можно получить от стереофонической басовой установки, но, похоже, мало кто из современных коммерческих предложений включает эту опцию. Ее несложно включить, если вы собираете собственную систему, но обычно это означает, что большая часть схем предусилителя будет продублирована. Это делает ее довольно дорогой, а также означает, что передняя панель будет очень тесной. Это может быть реализовано с помощью менее сложной схемы тембра для одного из входов.
Биампинг:
Некоторые коммерческие басовые усилители оснащены электронным кроссовером и отдельным усилителем для высокочастотного рупора. Некоторые из них также включают возможность работы двух основных усилителей мощности в мосте или отдельно, с электронным кроссовером (обычно переменным) для разделения полнодиапазонного сигнала на высокие и низкие частоты для усиления и подключения к отдельным акустическим системам. НЧ могут быть направлены на пару 380-мм (15-дюймовых) динамиков, а ВЧ – на 4 х 250-мм (10-дюймовых) динамика (возможно, в этом корпусе есть и рупорный драйвер). Это позволяет использовать систему как триампированную басовую установку, которая, скорее всего, будет звучать громче, чем эквивалентный одиночный усилитель той же общей мощности.
Цифровые:
DSP (цифровая обработка сигнала) сегодня используется во многих системах, обеспечивая эмуляцию усилителя/колонки, специальные эффекты и большую часть функциональности предусилителя. К сожалению, за это приходится платить – не обязательно в твердой валюте, но в долгосрочной надежности. Во многих из этих систем неисправность в схеме DSP может вывести всю систему из строя, и ее можно или нельзя отремонтировать. Ремонт» обычно означает замену всей платы, и хотя в первые пару лет проблем быть не должно, вероятность того, что такую систему удастся отремонтировать через 10 лет, далеко не однозначна.
Фильтр высоких частот:
Его редко включают в комплект, что очень жаль. Бас-гитара удивительно легко генерирует дозвуковые частоты, особенно при использовании техники слэпа или при глушении струн «пальмингом» – проведением ладонью (или даже просто пальцем) по струнам. В этом случае на дозвуковых частотах может расходоваться поистине огромная мощность усилителя, а если вы используете вентилируемый корпус, это может привести к чрезмерной экскурсии диффузора и, возможно, повреждению динамика. Фильтр высоких частот должен быть настроен таким образом, чтобы все частоты ниже самой низкой открытой струны были сведены. Это изменит звучание, если вы активно приглушаете струны или используете много слэп-баса, но частоты, от которых вы избавитесь, будут ниже частоты настройки корпуса и в любом случае не будут воспроизводиться должным образом. Если он установлен, то должен быть переключаемым. Крутизна спада должна быть не менее 12 дБ/октаву, а фильтр, показанный ниже, имеет крутизну 24 дБ/октаву при расчетной частоте 27 Гц.
Тюнер:
Довольно часто басовые усилители имеют выход, предназначенный для использования с внешним тюнером. Обычно он берется с одного из ранних каскадов предусилителя, так что громкость можно уменьшить и настроить бас так, чтобы шум не доходил до слушателей. Это простое дополнение, которое обойдется в гнездо и резистор.
DI:
Балансный посыл на фронтхаусную PA-систему или звукозаписывающую консоль – обычное дело. Полезно иметь возможность переключать его на предварительный или пост-эквалайзер, поскольку то, что выходит из ваших колонок, может быть сильно эквализировано, а это не всегда полезно для микшеров PA или звукозаписи. Уровень должен быть регулируемым.
Усилитель(и) мощности:
Это очень много функций для предусилителя, и далеко не все басовые усилители предоставляют все перечисленные возможности. Некоторым удается включить большинство из них, но обычно это касается только довольно дорогих систем. После предусилителя нужно определиться с типом усилителя мощности, уровнем мощности и убедиться, что он не уничтожит все подключенные к нему колонки, поэтому уровни мощности должны быть разумными.
Однако басу обычно требуется гораздо больше мощности, чем гитаре, по целому ряду причин. В отличие от многих гитаристов, немногие басисты доводят свои усилители мощности до жесткого клиппинга, и часто стараются избегать любого клиппинга, потому что это просто некрасиво звучит. Главный вопрос о мощности – «сколько?». На самом деле это зависит от огромного количества переменных, но в конечном итоге ограничивается мощностью, которую может принять каждый динамик без расплавления или сильного сжатия мощности. Громкоговорители часто менее эффективны, потому что они должны иметь более низкую резонансную частоту и, следовательно, более тяжелые диффузоры.
Подключение к блоку (блокам) АС должно осуществляться только через разъемы Speakon. 1/4-дюймовые разъемы были стандартными в течение многих лет, но риск короткого замыкания слишком велик, и они совершенно не подходят для работы с большими токами. Единственный другой разъем, который можно рассматривать, – XLR, но Speakon все равно предпочтительнее. Это особенно актуально потому, что многие проектные усилители мощности не имеют защиты от короткого замыкания, и короткое замыкание приведет к выходу усилителя из строя. Защита от короткого замыкания не так проста, как может показаться, и часто используемые схемы плохо реагируют на реактивную нагрузку (колонки), создавая скачки и грубые искажения.
Ламповый (полный или частичный):
Хотя ламповые усилители большой мощности все еще популярны, они дороги, тяжелы и сравнительно ненадежны. Гибриды (с использованием ламп и транзисторов) также распространены, но если ламповый каскад находится только на входе (в качестве первого каскада усиления), то это в основном маркетинговое упражнение. Ламповые выходные каскады требуют больших выходных трансформаторов и не менее 4 (желательно больше) выходных ламп. Их можно приобрести только в Китае или Восточной Европе, и качество их изготовления различно. Часто случаются сбои, и ожидать от них мощности более 120 Вт, как правило, нереально. Этого редко бывает достаточно для баса.
“Обычный” класс B:
Этот тип усилителя является самым распространенным, и с его помощью можно легко получить около 350 Вт на 4 Ом при достаточно простой конструкции. Существует множество басовых усилителей с гораздо большей мощностью, но за чрезмерную мощность приходится платить – снижение надежности, перегорание колонок и серьезная компрессия мощности акустических систем являются наиболее распространенными проблемами. К сожалению, этот класс усилителей имеет довольно низкий КПД, поэтому существенные радиаторы необходимы (желательно с вентилятором). Однако в случае возникновения проблем их, как правило, легко устранить, и большинство из них можно будет легко отремонтировать даже через 10 лет.
Класс-G (H):
Хотя это одна из самых распространенных конструкций для специализированных усилителей мощности, Class-G (или H, если хотите), кажется, довольно редко встречается в басовых усилителях. Я уверен, что некоторые производители действительно используют усилители Class-G, но я не нашел в сети никаких схем. Усилители класса G более эффективны, чем класс B, но в них также используется больше выходных устройств и фильтрующих капсюлей в блоке питания. Несомненно, такой усилитель будет работать немного холоднее, чем Class-B, но сомнительно, что от этого можно много выиграть.
Класс-D:
Коммутируемые усилители мощности (класс-D не означает «цифровой») сейчас широко распространены, и многие из них могут выдавать поистине пугающую мощность. Очень распространено включение импульсного блока питания, что значительно снижает вес. Как и предусилители на базе DSP, многие усилители класса D невозможно (или быстро станет невозможно) обслуживать, и опять же, «ремонт» означает замену всей печатной платы. Как только у производителя заканчиваются запасные модули или сменные печатные платы, усилитель списывается (для усилителей мощности и блока питания, причем оба могут находиться на одной печатной плате).
Мягкий клиппинг:
Независимо от типа транзисторного усилителя, потенциально стоит включить прецизионную диодную сеть непосредственно перед усилителем, чтобы создать эффект «мягкого клиппинга». Это обеспечит альтернативу обычному «жесткому» клиппингу, который вы получаете от этих усилителей, подобно тому, как клиппингуется вентильный усилитель. Искажения начнут нарастать по мере приближения пиков к клиппингу, а не появятся внезапно, как это обычно бывает. Если все сделано правильно, максимальная выходная мощность не ограничивается. Вы по-прежнему можете получить полную номинальную мощность усилителя, но с постепенным нарастанием искажений, которые становятся заметны примерно с 3/4 мощности. Поскольку это также обеспечивает значительную компрессию, усилитель будет звучать так, как будто у него больше мощности, чем есть, но искажения будут слышны в некоторых случаях.
Функция мягкого клиппирования, если она предусмотрена, должна быть переключаемой, чтобы ее можно было отключить. Это не то, что вы будете делать часто, поэтому переключатель может находиться на задней панели. Если у вас система triamp (2 основных усилителя плюс рупорный усилитель), все три должны иметь функцию soft clip. Это также означает, что усилители должны работать в режиме напряжения, поскольку переменный коэффициент усиления усилителя с токовым выходом не позволяет получить предсказуемые характеристики.
Итак, давайте спроектируем басовый усилитель
Перебрав варианты, я предлагаю дизайн, который будет использовать комбинацию следующих функций, и в порядке …
- Входной коэффициент усиления – переключается между высоким и низким коэффициентом усиления с передней панели (или педальным переключателем, не показанным в данном проекте)
- Тюнер – выход для электронного измерителя настройки
- Регуляторы тембра с переменной частотой – Более или менее обычные регуляторы тембра, но с переменными частотами оборотов для низких и высоких частот
- 2-полосный параметрический эквалайзер – регуляторы усиления и среза с переменной частотой, которые можно изменять в диапазоне от 70 Гц до 3 кГц в двух полосах
- Фильтр высоких частот – установленный на 27 Гц, он удаляет высокоуровневые и очень низкочастотные сигналы для улучшения четкости звучания (отключаемый)
- Посыл/возврат эффектов – двойные гнезда типа «телефонный джек» для подключения внешних эффектов
- Встроенный DI – балансный канал через разъем XLR для посыла на FOH (front-of-house) PA систему или консоль записи, регулируемый
- Компрессор/лимитер – регулируемый лимитер на базе LED/LDR для поддержания стабильного выходного уровня или предотвращения клиппирования усилителя мощности (опционально, но рекомендуется)
- Переменный кроссовер – электронная сеть кроссоверов (с переключателем), чтобы сигнал можно было разделить и направить на два отдельных усилителя мощности (опционально)
- Фиксированный кроссовер – еще один высокочастотный электронный кроссовер, настроенный на 2 кГц для управления отдельным рупорным усилителем, фильтр низких частот не требуется (опционально)
- Драйверы усилителей мощности, включающие схемы «мягкого зажима
- 3 усилителя мощности – два усилителя по 300 Вт (P68), плюс усилитель мощностью 60 Вт (P27A идеально подходит) для компрессионного драйвера. (Несколько усилителей – опция)
План состоит в том, что вы можете включать или игнорировать любую из описанных опций, так что если вы собираетесь использовать только один кабинет без рупора, то электронные кроссоверы можно не включать. Вам может не понадобиться возможность прямого питания, поэтому DI можно не включать. Если вы хотите запустить полноценную стереосистему, второй канал может использовать только регуляторы тембра с переменной частотой, но не секции параметрического эквалайзера, или вам может не понадобиться возможность «овердрайва».
На блок-схеме показано расположение каждого из модулей внутри усилителя. Это общая структура, так что вы можете видеть, как все сочетается друг с другом. Без такой упрощенной схемы бывает трудно представить, как все модули связаны между собой. Номинальный рабочий уровень во всем усилителе должен составлять около 1-2 В RMS, а светодиодный индикатор перегрузки будет срабатывать при любом мгновенном пике выше 8 В. Игра всегда очень динамична, поэтому ожидайте, что светодиод будет мигать время от времени во время обычной игры, особенно если вы используете технику слэп-баса.
С какой стороны ни посмотри, это будет дорогостоящее мероприятие. Однако он также будет чрезвычайно универсальным и будет обладать всеми необходимыми функциями, которые вы хотите получить, при необходимости подстраиваясь под ваш стиль. Многие из описанных возможностей доступны в коммерческих усилителях, но все они есть только в моделях высокого класса. Не надейтесь найти все описанные здесь функции в басовом усилителе за 300 долларов.
Обратите внимание, что на всех рисунках, где фигурируют опамы, для наглядности опущены источники питания ±15 В. Естественно, для всех опамов требуются источники питания и местные шунтирующие конденсаторы, размещенные как можно ближе к корпусу ИС. Конденсаторы должны быть только 100нФ. 50 В монолитные керамические, и я рекомендую, чтобы в каждом пакете с опамом (обычно это два опама в 8-контактном двойном линейном пластиковом корпусе) был свой шунтирующий конденсатор. Если один опамп в двойном корпусе не используется, соедините его выход с инвертирующим входом, а неинвертирующий вход подключите к земле/заземлению.
Схема лимитера необязательна (но рекомендуется), и если вам не нужны выходы высоких и низких частот, можно взять один выход с выхода «главного» регулятора громкости, следующего за лимитером. Если лимитер не используется, выход на усилитель мощности поступает непосредственно со входа ‘FX Ret’ (Effects Return). Выходные усилители (показаны в части II, рис. 16, 17 и 18) также необязательны, но я бы рекомендовал использовать схему на рис. 18 как минимальную. Если вам не нужен «мягкий клиппинг», светодиоды/транзисторы (и т.д.) можно не устанавливать, а использовать схему, показанную на рис. 18. Необходим только один тримпот, чтобы можно было правильно настроить структуру усиления (необходимое усиление зависит от используемого усилителя).
Ламповый входной блок
Если вы действительно хотите включить вентильный каскад, это не слишком сложно. Самое сложное – это высоковольтное питание, которое можно легко получить с помощью небольшого импульсного DC-DC-преобразователя, но, скорее всего, оно будет поступать от отдельного трансформатора. В качестве альтернативы его можно получить от основного силового трансформатора и умножителя напряжения. Постоянное напряжение должно быть не менее 70 В, и я проводил тесты при этом напряжении и получил довольно хорошие результаты, используя лампу 12AU7. Лампа 12AX7 гораздо менее щадящая, ей требуется более высокое напряжение питания, иначе искажения будут чрезмерными даже при довольно низком входном напряжении. Несмотря на то, что вы можете прочитать в других источниках, нет никакой разницы в «тоне» между 12AU7 и 12AX7 при условии, что они правильно смещены.
Лучше использовать более высокое напряжение, чем 70 В, если это возможно, и мы должны стремиться к 100-150 В, что не требует слишком фантастического умножения. По возможности, следует избегать специализированных трансформаторов, так как их придется делать на заказ – обычно это очень дорого. Также можно использовать небольшой трансформатор, подключенный в обратном направлении и питающийся от одной из обмоток переменного тока основного трансформатора.
Следующая схема была протестирована как с каждой половиной лампы по отдельности, так и с двумя параллельно. Разница невелика, но параллельное включение имеет преимущество: немного большее допустимое входное напряжение и незначительно меньшие искажения. Тесты проводились с источником постоянного напряжения 70 В. Следует отметить, что некоторые басовые усилители используют входную лампу в качестве катодного повторителя, что не дает ничего даже отдаленно полезного. Все, что это делает, – повышает общий уровень шума, но ничего не дает в плане «звука» – если, конечно, вам не нравится шумный усилитель.
Накал подключается к 12,6 В от блока питания, показанного ниже, и вы будете использовать контакты 4 и 5 (последовательное соединение). 12AU7 потребляет 150 мА при 12,6 В, поэтому его легко фильтровать и регулировать.
Если катод зашунтирован, то усиление выше (как и ожидалось), но входное напряжение ограничено не более чем 500 мВ (3% THD). При превышении этого значения искажения резко возрастают. Большинство коммерческих усилителей, использующих ламповый каскад, намеренно избегают работы при высоком усилении и высоком уровне входного сигнала, поскольку искажения становятся очень навязчивыми. Из приведенных ниже результатов можно сделать вывод, что усиление каскада составляет 4,2 (12,5 дБ), если не шунтировать катодный резистор, и возрастает до 9,5 (19,5 дБ) при использовании конденсатора 47 мкФ.
Для одноканального усилителя лучше всего использовать две половинки 12AU7 параллельно, как показано на рис. 2, и обычно без шунтирующего конденсатора, если вы используете бас с высокопроизводительными звукоснимателями. Шунтирующий конденсатор можно включать и выключать, чтобы получить различную чувствительность входа, а не иметь отдельные входы высокого и низкого уровня. Типичные басы могут выдавать от 50 мВ до 1 В или около того (RMS), в зависимости от звукоснимателей, стиля игры и т.д. Два зенеровских диода на выходе защищают следующую схему от высоковольтных переходных процессов. Несмотря на то, что напряжение питания составляет всего 140 В, оно более чем способно повредить входной каскад следующего за ним усилителя.
Независимо от того, что люди могут утверждать, лампа в аудиотракте – это не магия. Если она работает линейно, то нет никакой разницы между лампой и любым другим усилительным устройством – транзистором, JFET, MOSFET или ОУ. При нелинейной работе (но без клиппирования) разницы почти нет, разве что искажения выше и сложнее обеспечить необходимые источники питания. Несмотря на значительные дополнительные расходы, включение лампы сделает некоторых музыкантов гораздо счастливее.
Конструктор должен придумать способ крепления ламповой панельки, чтобы защитить ее от вибрации. Если внутренние слюдяные опоры будут повреждены постоянной вибрацией, лампа может стать шумной, микрофонить или даже полностью выйти из строя. Убедитесь, что у вас всегда есть запасная лампа (хорошо защищенная) и что ее легко заменить в случае необходимости.
Регулятор усиления 100k (он должен быть линейным) связан с ламповой частью схемы, так как он имеет относительно высокое выходное сопротивление. Нам также необходимо защитить следующий за ним ОУ от чрезмерных колебаний напряжения, поскольку это может повредить входные цепи. Хотя ламповый каскад можно значительно улучшить, обеспечив обратную связь с последующим каскадом, я подозреваю, что это, скорее, погубит цель, так что здесь показаны все недостатки. Обратите внимание, что ламповый каскад является инвертирующим, поэтому, если вы считаете, что абсолютная полярность важна, возможно, вам захочется включить куда-нибудь инвертирующий буфер.
Анодное питание лампы B+ проще всего получить от сетевого трансформатора усилителя мощности через простой умножитель напряжения, но это может быть нецелесообразно по разным причинам. Использование простой импульсной схемы усиления может быть заманчивым, но в этом случае могут возникнуть проблемы с шумом, поскольку импульсные источники питания всегда создают шум, часть которого может находиться в звуковом диапазоне. Проще использовать другой небольшой трансформатор. Предположим, что трансформатор для всех низковольтных цепей имеет центральную обмотку 30 В и рассчитан не менее чем на 30 ВА.
Если подключить трансформатор меньшего размера (но тоже 15-0-15В) с полной вторичной обмоткой 30В, соединенной с 15В переменного тока, то напряжение на «новой» вторичной обмотке будет около 100В RMS (при условии использования трансформатора 230В). Это идеально подходит для питания лампового предусилителя и после фильтрации легко даст постоянное напряжение ~140 В, как показано ниже.
Для тех, кто использует сеть 120 В, по возможности используйте небольшой трансформатор с двумя первичными обмотками 120 В, которые можно подключить последовательно. Вы можете подключить 30-вольтовую вторичную обмотку одного трансформатора непосредственно к 30-вольтовой вторичной обмотке (но теперь используемой в качестве первичной) другого, но при этом может потребляться чрезмерный ток, и прежде чем делать это, необходимо провести проверку. Ожидайте, что управляемый трансформатор будет потреблять примерно половину своего допустимого тока – например, трансформатор 30 В, 150 мА может потреблять до 75 мА (ток без нагрузки) при обратном подключении с полным напряжением, подаваемым на вторичную обмотку.
Как показано на рисунке, я предположил, что двойная первичная обмотка недоступна для тех, кто использует 120 В, поэтому трансформатор мощностью 5 ВА подключается с его вторичной обмоткой (теперь используемой в качестве первичной) между «C» (Common) и «A» для 230 В транса, и между «C» и «B» для 120 В устройства. Резистор 1 Ом позволяет легко измерить ток – он должен быть меньше номинального тока вторичной обмотки трансформатора (если вы измеряете 75 мВ RMS через 1 Ом, ток равен 75 мА).
Я протестировал довольно типичный трансформатор 12 В, 150 мА (у меня не было под рукой трансформатора 15-0-15 В), и он потребляет около 60 мА при обратном ходе с 12 В RMS на обмотке 12 В и с ненагруженной обмоткой 230 В. Выходное напряжение составило около 200 В RMS. Это не оставляет большой емкости, но один вентильный каскад потребляет не очень большой ток (около 1-2 мА), так что трансформатор не будет перегружен. Если рассуждать логически, то для того, чтобы включить вентиль, требуется довольно много дополнительной работы и затрат, и все это ради довольно неосязаемой «выгоды».
Блок питания не будет дешевым, потому что вам нужен дополнительный трансформатор плюс высоковольтные конденсаторы, чтобы свести пульсации к минимуму. Показанная фильтрация позволит снизить пульсации до менее 0,1 мВ пик-пик (около 35 мкВ RMS) при токе около 1,5 мА, но вы можете добавить еще один конденсатор 100 мкФ параллельно C2, чтобы снизить шум еще больше. Из-за низкого тока трансформатор должен быть всего 5VA или около того, а два 100µF колпачка должны быть рассчитаны минимум на 200V DC. Затем вам понадобится более мощный трансформатор для основного питания, поскольку вам придется управлять высоковольтным трансформатором и еще одним регулятором для накала ламп, а также обычными источниками питания ±15 В.
Обратите внимание, что источники питания не показаны ни для одной из схем ОУ. Все ОУ нуждаются в питании, и если вы используете сдвоенные ОУ, они используют вывод 8 для положительного напряжения и вывод 4 для отрицательного. Шины питания не показаны для наглядности, так как они затрудняют четкое чтение схемы.
Логичнее, проще, дешевле, с меньшим уровнем шума и гораздо надежнее использовать в качестве первого каскада ОУ. Подходящая конструкция показана ниже. Первый каскад – это тот, который в противном случае был бы заменен лампой, если бы вы пошли этим путем, а все, что после регулятора Gain, будет таким же, как и дальше.
Мы будем использовать половину OPA2134 для входа, потому что это очень чувствительный ОУ с JFET-входами, поэтому высокий импеданс для него не проблема. Входной коэффициент усиления переключается и спроектирован таким образом, чтобы иметь очень схожий коэффициент усиления при настройках «Low» и «High», как и у вентильного входного каскада. Как уже отмечалось, регулятор усиления должен быть 100k для лампового каскада, но может быть уменьшен до 10k (линейного) с ОУ из-за его гораздо более низкого выходного импеданса. Обратите внимание на диод, питающий шину ‘O/L’ – если в какой-либо секции предусилителя напряжение превысит пороговое значение, светодиод O/L загорится, предупреждая вас о слишком высоком уровне сигнала.
Этот каскад не является инвертирующим, а остальная часть схемы устроена так, что общий каскад предусилителя обеспечивает «нормальную» полярность. Это означает, что положительный сигнал на входе обеспечивает положительный сигнал на выходе. Однако имейте в виду, что все каскады эквалайзера в любом случае могут вносить значительный фазовый сдвиг, так что в реальности это практически ничего не меняет. Если вы используете ламповый вход, сигнал инвертируется. При желании можно добавить инвертирующий каскад для восстановления «нормальной» полярности, но это не обязательно.
Регулятор усиления линейный (либо 100k, либо 10k), потому что это регулятор усиления, а не регулятор громкости с логарифмической характеристикой. Идея состоит в том, чтобы иметь возможность управлять усилением через предусилитель в приятной линейной манере, стремясь к уровню, достаточному для того, чтобы светодиод O/L (перегрузка) загорался время от времени, но не более. В обеих версиях каскада предусилителя VR1 является сдвоенным. Второй каскад имеет коэффициент усиления 6,56, поэтому максимальный общий коэффициент усиления близок к ×67 (36 дБ, высокий коэффициент усиления) и ×30 (30 дБ, низкий коэффициент усиления). Это дает максимальный уровень входного сигнала 15-30 мВ RMS при высоком усилении и 33-66 мВ при низком усилении для номинального выходного уровня предусилителя 1-2 В. При низком коэффициенте усиления можно работать с гораздо более высокими уровнями входного сигнала, и обычно уровень входного сигнала может достигать 1,4 В RMS без клиппирования входного каскада.
Выход с маркировкой ‘Tuner’ подключается к разъему на задней панели и предназначен для гитарного/басового электронного тюнера. Другой выход (PreEQ) используется как balanced send, который идет на фронтхаус или записывающий микшер. Этот выход можно переключать между предварительным и пост-эквалайзером. Если вам интересно, клемма с надписью ‘B&T’ подключается к следующему каскаду – регуляторам низких и высоких частот.
Эквалайзер
Эквалайзер – это сердце басового усилителя. Многие коммерческие предложения имеют очень обширный эквалайзер, но бюджетные версии обычно имеют самый минимум. Приятная особенность DIY в том, что вы можете провести собственные тесты и определить, что вам подходит, но нет причин экономить на хороших регуляторах тембра, потому что цена не так высока, а результаты намного лучше, чем вы получите с типичным «стеком тембра», который используется для гитары.
НЧ и ВЧ
Основными регуляторами являются (как всегда) низкие и высокие частоты, но обычные фиксированные регуляторы типа Baxandall практически бесполезны для любого инструмента, и это особенно верно для бас-гитары. Существует бесчисленное множество различных способов реализации регуляторов с переменной частотой, но этот метод довольно прост и хорошо работает.
Ниже показаны регуляторы тембра, причем и низкие, и высокие частоты имеют переменную частоту оборотов. Частота баса 3 дБ (при максимальном усилении или срезе) должна регулироваться от примерно 100 Гц до примерно 500 Гц, с усилением и срезом 12 дБ. Частота регулятора высоких частот может изменяться от примерно 335 Гц до 1,7 кГц. В каждом случае это дает диапазон чуть более двух октав, и хотя более широкий диапазон возможен, он вряд ли будет полезен.
Существуют более простые и более сложные способы достижения того же результата, но показанный вариант является хорошим общим компромиссом. Для регулировки баса используется переменный (на основе гиратора) индуктор, и частота, на которой работает переменник, определяется индуктивностью. Жаль, что переменникк для управления частотой низких частот должен быть 100k (почти все остальные – 10k), но гиратор не будет работать должным образом в этой схеме, если сопротивление будет слишком низким. Для регулировки высоких частот используется умножитель переменной емкости. Выход регуляторов низких и высоких частот поступает непосредственно на параметрический каскад. C0 (100 нФ), скорее всего, понадобится, если вы используете NE5532, потому что они всегда имеют некоторое входное смещение по постоянному току, которое может привести к шуму переменника (VR1, рис. 2 или 4). Он не нужен, если вы используете TL072 или OPA2134.
Возможность переключения между полочным и пиковым режимами низких частот является опциональной. Переключатель переключается между этими двумя режимами, и когда он замкнут (C1 закорочен), регулятор низких частот работает в полочном режиме, обеспечивая «традиционную» работу регулятора тембра. Корпус конденсатора 4,7 мкФ будет доставлять некоторые неудобства, поскольку это большое значение для полиэфирного конденсатора, и может быть проще использовать параллельно конденсаторы меньшего значения. Значение не слишком критично, поэтому можно использовать параллельно 5 конденсаторов по 1 мкФ с небольшим изменением частоты (самая низкая частота снизится менее чем на 1 Гц). Не используйте здесь электролитические конденсаторы, и уж точно не танталовые!
Вам следует опасаться умножителя переменной емкости. Хотя он работает точно так, как описано, иногда после подачи питания он может оказаться в нестабильном состоянии. Я использовал эту схему в проекте 199, и (что вполне предсказуемо) она отказывалась вести себя нестабильно, когда рядом с ней находилось тестовое оборудование. В процессе использования и очень часто она оказывалась нестабильной. Мне не удалось создать гарантированное решение, но показанный на рисунке резистор 10 мегаом (R9), похоже, работает. Если хотите, просто используйте переключатель для выбора различных конденсаторов и откажитесь от U2B и связанной с ним схемы. Номинальное минимальное значение конденсатора составляет около 22 нФ, а максимальное – 120 нФ.
Диапазоны этих двух регуляторов значительно перекрываются, и это сделано намеренно. В сочетании с параметрическими секциями это перекрытие обеспечивает широкий диапазон регулировки тембра. Конечно, можно добавить еще больше разнообразия, включив так называемый «контурный» регулятор, но этого можно легко добиться (и с гораздо лучшим контролем) с помощью параметрических секций.
На рисунке выше вы можете видеть отклик регуляторов. Частота изменяется с шагом 25 %, от нуля до полного оборота, усиление и срез показаны при максимальном срезе, плоском и максимальном усилении. Максимальный диапазон ограничен ±12 дБ, и хотя можно добиться большего, это вряд ли будет полезно. Отклик регулятора баса в режиме пика не показан. Регулятор баса в режиме пика имеет схожий отклик с параметрическими регуляторами средних частот, показанными далее, но на частотах, указанных в таблице выше.
Параметрические
Далее у нас две параметрические секции. Они настроены на максимальное усиление и срез 12 дБ, а добротность составляет 1,26 при максимальном усилении или срезе. Чтобы уменьшить Q, просто опустите резисторы 10k (R6, R11) или используйте резистор большего номинала. При отключенных R6 и R11 Q составляет около 0,88. Уменьшать значение этих резисторов не рекомендуется, так как вы можете легко создать мостовой генератор Вина (даже отдаленно не полезный в этой роли). Частоту секции «Low Mid» можно изменять в диапазоне от 66 до 720 Гц. Секция «High Mid» имеет те же усиление, срез и добротность и изменяется в диапазоне от 310 Гц до 3,4 кГц. Вы можете изменить частотный диапазон обеих секций, изменяя значения C1 и C2 (Low Mid) или C3 и C4 (High Mid). При этом каждая пара конденсаторов должна иметь одинаковое значение. Рассчитайте частоту, используя стандартную формулу частоты RC …
f = 1 / ( 2π × R × C ) (где R – сопротивление в омах, а C – емкость в фарадах). Например …
f = 1 / ( 2π × 110k × 22nF ) = 65.76 = 66Hz
Это частота для секции Low Mid, когда VR3 (A&B) имеет максимальное сопротивление, и это именно то, что ожидалось.
Существует бесчисленное множество вариантов параметрических эквалайзеров, но приведенная схема довольно проста и не требует использования 4 ОУ для каждой частоты (что является стандартом для фильтров с переменным состоянием) [ 1 ]. У вас ограниченные возможности по изменению добротности фильтра, но это обычно не является проблемой для басовых усилителей. При условии, что вы можете изменять частоту, двух среднечастотных параметрических секций обычно бывает достаточно, особенно в сочетании с регуляторами НЧ и ВЧ с переменной частотой. Разумеется, если вам нужно больше контроля, можно добавить еще одну секцию, но описанная схема управления тембром предусматривает четыре регулятора с переменной частотой.
Частота каждой параметрической секции настраивается с помощью сдвоенного регулятора (VR3 и VR4). Q остается постоянной при изменении частоты, и, как показано на рисунке, каждая секция имеет диапазон ±12 дБ. Из-за большого количества каскадов используются низкие импедансы для минимизации шума. Показанная схема не так хорошо ведет себя, как альтернативная версия с буферами, но она проще, и очень сомнительно, что вы вообще услышите какую-либо разницу. Недостатком является то, что частотные регуляторы имеют номинал 100k, поэтому при использовании максимального усиления может наблюдаться небольшое увеличение слышимого шума. Коэффициент усиления (и Q) увеличивается за счет добавления R6 и R11, и хотя их можно уменьшить для большего усиления и среза, это не рекомендуется. 12 дБ – это увеличение (или уменьшение) в 4 раза, а при увеличении усиления слишком легко заклинить ОУ сигналом высокого уровня.
Отклик двух секций показан на рисунке 8, при максимальном усилении и срезе, а также на максимальной и минимальной частотах. Промежуточные настройки не включены, потому что график превратился бы в полный беспорядок следов, и вы не смогли бы увидеть ничего даже отдаленно полезного. Имейте в виду, что если низкая и высокая середина настроены на одну и ту же частоту (например, 500 Гц), то максимальное возможное усиление составит 24 дБ (x17)! Это крайне чрезмерно и определенно приведет к клипированию ОУ, поскольку всего 300 мВ на входе приведут к загоранию светодиода O/L.
Фильтр высоких частот
Фильтр высоких частот настроен на частоту -3 дБ 27 Гц, частота выбрана таким образом, чтобы не ослаблять самые низкие ноты, но при этом используются резисторы и конденсаторы стандартного номинала. Он имеет небольшой (1 дБ) пик перед затуханием, но это не вызовет никаких проблем. Когда переключатель байпаса включен, отклик совершенно плоский. Роллофф составляет 24 дБ на октаву и очень эффективно удаляет дозвуковые частоты. Отклик на частоте 10 Гц снижается на 35 дБ.
Вы также можете собрать только один из показанных фильтров, но его характеристики не будут столь же хороши, а ради пары долларов на детали стоит потратить дополнительные усилия.
Дозвуковой фильтр можно включать или выключать без изменения коэффициента усиления. Достаточно зашунтировать конденсаторы, и схема станет ровной по постоянному току. Естественно, это не совсем так, потому что емкостная связь используется и в других местах предусилителя, так что естественный спад баса есть, но он ниже 20 Гц и не очень хорошо выражен. Именно для этого и нужен фильтр – чтобы не пропускать в усилители и колонки частоты, которые будут просто потреблять энергию, но не создавать полезного звука.
При указанных значениях частота -3 дБ составляет 27 Гц. При желании вы можете использовать колпачки большего или меньшего номинала, чтобы изменить это значение. Например, 150nF дают частоту -3dB 22Hz, а 100nF поднимают частоту до 33Hz. Вы можете сделать этот параметр переключаемым, но я сомневаюсь, что в этом есть необходимость – приведенные значения должны подойти большинству музыкантов.
В фильтре нет ничего примечательного, кроме несколько необычного байпаса, который просто замыкает два конденсатора. Большую часть времени фильтр должен быть включен в цепь, чтобы предотвратить появление дозвуковых сигналов, вызывающих чрезмерное перемещение диффузора и возможное повреждение динамика. Он также помогает экономить электроэнергию, поскольку меньше выходной мощности усилителя будет использовано для создания звука, который все равно не слышен.
Точка, обозначенная как «PostEQ», используется для balanced send. Это выход после эквалайзера. Основной выход идет на гнезда для вставки эффектов.
Индикатор перегрузки/клиппирования
Из-за большого усиления в секции предусилителя и, особенно, огромных вариаций регулятора тембра, может быть довольно легко вызвать клиппирование различных каскадов. Использование светодиодного индикатора, показывающего, что предусилитель клиппует, позволит вам уменьшить регулятор Gain на входе и увеличить уровень с помощью регулятора Volume. Я показал только одну шину ‘O/L’, но вы можете добавить столько, сколько захотите. Это может облегчить определение того, какая секция перегружена. Обратите внимание, что соединение GND должно быть напрямую связано с источником питания и не должно быть общим с какими-либо сигнальными каскадами. На рисунке 10 показаны 2 отдельных детектора. Уровень можно варьировать, изменяя значения R2/ R6. Как показано на рисунке, порог обнаружения составляет 4,7 В + 0,65 В (для диодов), поэтому любой сигнал выше 5,3 В активирует светодиод.
Это значительно упрощенная версия детектора клиппинга, описанного в проекте 146, но конструктор может использовать «лучший» детектор, если пожелает. Основное изменение, которое предлагается внести, – это обнаружение как положительных, так и отрицательных пиков, но показанная схема будет работать достаточно хорошо для большинства пользователей. Как показано на рисунке, она будет включать светодиод ‘O/L’ при любом напряжении выше 5 В в пике.
Сигнал сэмплируется на входном предусилителе (дважды), после регуляторов тембра, возврата эффектов и, по желанию, перед кроссоверами. Если любой из них приближается к клиппингу, загорается светодиод. В большинстве случаев уровень сигнала должен быть достаточно высоким, чтобы светодиод мигал кратковременно и очень эпизодически, поскольку это указывает на то, что усилитель работает на достаточно высоком уровне и значительно выше уровня шума.
Продолжение здесь.
Литература
