Эффект-процессорах и компьютерных программах для обработки звука.
Первые попытки реализации дисторшн в полностью цифровом виде предпринимались еще в 90-х годах прошлого века. Например, первый российский простейший программный дисторшн GuitarFX был выпущен в 1997 г. и работал под Windows 3.1 и Windows 95. GuitarFX v1.0 работал в реальном времени, имел программный ФВЧ, оригинальный динамический эмулятор дисторшн сложного, не клипового типа (навеянного аналоговыми патентами Fender), 8 полосный эквалайзер на БПФ и ФНЧ симулятор динамика. Все алгоритмы были реализованы в 16 битной оптимизированной целочисленной арифметике, работали на частоте дискретизации 22 кГц на процессоре Intel 486 и лучше .
В то же время аппаратно-программные дисторшны Korg Pandora, Zoom, Line 6 и др. получили значительную популярность на рынках Америки и Европы. Прямое исследование алгоритмов цифровой обработки сигнала гитарного процессора Digitech 2000 выпуска 2000-го года показало, что уже в этом относительно старом устройстве не используется цифровое клипирование. При подаче на вход этого устройства синусоидального сигнала на выходе получался сложный сигнал со сложным спектральным составом как с четными так и нечетными гармониками и изменяющийся в зависимости от частоты и амплитуды входного сигнала .
В целом первое поколение коммерчески успешных гитарных процессоров делало акцент на точное моделирование статических АЧХ и АХ, симулируемых ламповых усилителей и аналоговых педалей. Звук получался похожим, но без динамики, «напора» и драйва. По одной из гипотез это объяснялось тем, что в реальных устройствах АХ и АЧХ динамически меняется в зависимости от амплитуды и частотного состава входного сигнала из-за, например, плавания рабочих точек ламп и транзисторов ввиду некоторой асимметрии их характеристик относительно рабочих точек, а также из-за других малоизученных нелинейных параметрических эффектов. Промежуточное поколение гитарных процессоров использовало для получения качественного дисторшна и перегруза реальные миниатюрные лампы и транзисторно-диодные схемы. Однако понятно было, что это недешевый компромисс и цифра свое возьмет. Второе поколение гитарных процессоров на основе более мощных процессоров (даже с плавающей точкой) если судить по текстам рекламы в гитарных журналах приступило к прямому цифровому моделированию всех нелинейных и др. элементов электрических схем отвечающих за «перегруз». Дисторшн и перегруз гитарных процессоров зазвучал весьма натурально, зачастую лучше дешевых аналоговых комбиков. Особенно поражал поначалу первенец данной технологии Line 6 своим тяжелым маршалловским перегрузом и более менее натуральным звуком.
В настоящее время цифровая эмуляция «перегруза» осуществляется с помощью специальных программ обработки сигналов. Эти программы реализуют проприетарные алгоритмы моделирование реальных аналоговых дисторшнов и ламповых усилителей. Часто существуют несколько версий одной и той же программы (алгоритма) под разные аппаратно-программные комплексы, компьютеры с разными операционными системами (ПС, КПК, Apple, iPhone и тд, ОС Windows, Windows Mobile, Windows Embeded, Linux и др. проприетарные). Программные реализации например у фирмы Line 6 существуют в виде отдельных программ, плагинов DX или VST и реализаций кодов под спец. процессоры, используемые для загрузки в устройства производства той же Line 6 (гитарные процессоры). Анализ рекламных публикаций журнала Guitar World за несколько последних лет показывает две тенденции. С одной стороны появляется много фирм которые не имеют своей аппаратно-программной платформы и реализуют цифровые дисторшн и перегруз как часть программ и плагинов для создания гитарного звука прямо на компьютере без аналоговых ламповых усилителей, комбиков, микрофонов, директ боксов и т. д. С другой стороны, сами программы по внешнему виду становятся похожи (часто прямые фото или высокохудожественные картинки) на ламповые усилители и старые педали, превращая в какой-то мере компьютер не только в звуковую имитацию лампового усилителя, но визуальную. Таким образом происходит взаимное превращение компьютера в гитарный процессор и гитарного процессора в полноценный компьютер. Последние несколько лет появилась одна очень интересная, но мало замеченная тенденция. Известные производители процессоров (не Intel и не AMD, а например Analog Devices http://analog.com) выпускают недорогие платы с мощными процессорами пригодными для ЦОС и с высококачественными АЦП-ЦАП, ОЗУ, ПЗУ, дебагером и С/ассемблером. Это фактически готовые гитарные процессоры без софта (Kit) для самостоятельной разработки или загрузки из интернет. С другой стороны ожидается открытие аппаратуры и проприетарной ОС для сторонних разработчиков ЦОС алгоритмов некоторыми крупными игроками рынка гитарных процессоров, что окончательно превратит гитарные процессоры в обычные компьютеры, которые сможет запрограммировать любой желающий на любой самый безумный алгоритм перегруза (это аналогично инициативе http://google.com Android).
Современное состояние цифровой эмуляции «перегруза»
В основном, у производителей симуляторов реального гитарного оборудования закрепилась тенденция копировать все АЧХ с настоящих усилителей, педалей и кабинетов, дабы улучшить качество звука. И у них получилось это. Назовем лишь несколько производителей действительно высококачественных продуктов: Fractal Audio, Overloud TH2, IK Multimedia Amplitube 3.6, Native Instruments Guitar RIG 4, Native Instruments Rammfire, Line 6 Pod Farm 2.6, а также бесплатного ПО. Onquel, LePou, Aradaz, Acmebargig и т.п. 1)Чем громче звук тем мощнее и «злобнее» он слышится, чтобы полностью им насладится хочется сделать его громче и громче, при увеличении громкости воспроизведения он как бы становится краше, всплывают новые оттенки. Для хорошего звука нужна и качественная акустическая система, потому что, на некачественной теряются создающие звук гармоники. 2) Зависимость яркости, «жирности», «злобности» звука от манеры игры гитариста, проще говоря сильнее ударишь по струне, более мощный, «злобный» (но не обязательно более громкий) звук получишь. Естественно, чем лучше техника игры гитариста, тем лучше.То есть «злобность» как параметр не равна громкости, все зависит от того для какого жанра использует инструмент гитарист. Это хорошо заметно в самом конце примера звука усилителя Маршал .
В спектре искажённого сигнала возникает большое количество гармоник . Каждая гармоника представляет собой синусоидальное колебание, с частотой большей и кратной частоте основного тона. Гармоники более высоких порядков находятся уже вне звукового диапазона и имеют малую амплитуду колебаний, поэтому ими можно пренебречь. В соответствии с кратностью, гармоники подразделяют на чётные и нечётные. Чётные гармоники консонируют друг с другом и с основным тоном, тем самым придавая тембру инструмента объём и глубину. Частота, например, третьей гармоники выше частоты основного тона в три раза и соответствует ноте, лежащей от основного тона на расстоянии квинты через октаву . В принципе эту гармонику можно назвать консонирующей основному тону, однако при игре нескольких нот одновременно, она может диссонировать с другим основным тоном и его гармониками. Таким образом, нечётные гармоники более высоких порядков менее музыкальны и создают в звучании «грязь».
Спектр сигнала транзисторных «исказителей» богат именно нечетными гармониками, а музыканты характеризуют подобные устройства неблагозвучным «транзисторным» звучанием. Иной эффект наблюдается у «исказителей» на радиолампах. В спектре их сигнала содержится небольшое количество гармоник (доминируют вторая, третья и четвертая), из-за чего человек воспринимает его как более мягкий звук, или как его часто называют - «ламповый».
Длительность звучания искажённого сигнала можно разбить на несколько характерных частей. Начало сигнала называется атакой . Атака характеризуется определённым уровнем и частотным спектром сигнала. Так, у дисторшна атака фактически не выделяется (по уровню сигнала), в отличие от овердрайва, обладающего высоким уровнем атаки. Частотный спектр дисторшна ровный, атака несколько богаче высокими гармониками по сравнению с фазой сустейна. Сустейн - тянущаяся часть звука. Дисторшн имеет длинный сустейн, часто переходящий в самовозбуждение. Конец сигнала следующего после сустейна называют затуханием . После затухания сигнала можно услышать уровень собственных шумов эффекта, гитары и кабеля, или сработает гейт . Уровень собственных шумов эффекта дисторшн, как правило, высок, из-за его высокой чувствительности.
Вместо затухания сигнала может начаться процесс самовозбуждения, который возникает вследствие электромагнитной, акустической или «полуакустической» обратной связи . В первом случае наведенные электромагнитные поля (от громкоговорителей или любого другого оборудования) улавливаются звуковыми датчиками музыкальных инструментов (в случае электрогитары - это звукосниматели), сигнал от датчиков вновь поступает на громкоговорители, которые вновь излучают электромагнитные сигналы, и процесс повторяется. Частота сигнала самовозбуждения в этом случае не зависит от сыгранной ноты.
Ранние модели гитарных усилителей были примитивными и низкокачественными, соответственно они обладали врождённым искажением сигнала. К тому же звукосниматели гитар выдавали слабый и некачественный сигнал. Полые полуакустические гитары добавляли в звучание нежелательную обратную связь, которая чрезмерно усиливала басовые частоты. В начале 50-х получили распространение цельнокорпусные электрогитары, которые не страдали так сильно от обратной связи, как их предшественники, следовательно могли звучать громче. Ранние примеры дисторшн-звучания часто были результатами плохого усиления сигнала.
| год | песня | исполнитель | комментарий |
|---|---|---|---|
| 1951 | «Rocket 88» | Kings of Rhythm | Гитарист Willie Kizart из группы Kings of Rhythm использовал усилитель, который был поврежден в пути, однако продюсеру Сэму Филлипсу понравилось звучание, и таким образом была сделана одна из самых ранних записей искажённой гитары. Роберт Пальмер написал, что усилитель «упал с крыши автомобиля», и приписал эту информацию Сэму Филлипсу. Однако лидер группы Айк Тёрнер заявил в своём интервью, что усилитель не падал, так как он был в багажнике, а причиной его «плохой» работы, возможно, были дожди, намочившие усилитель. |
| 1951-1952 | Howlin" Wolf"s Memphis recordings | гитарист Willie Johnson | На записях Howlin" Wolf 1951-1952гг. отмечается преднамеренное использование искажения сигнала гитаристом Willie Johnson, что создавало угрожающий звук, дополняющий вокал Howlin" Wolf. |
| 1955 | «Maybellene» | Чак Берри | В самом начале своей карьеры Чак Берри мог позволить себе лишь небольшой ламповый усилитель, обладающий большими нелинейными искажениями. В результате на его первом сингле «Maybellene» можно услышать ламповый овердрайв. На более поздних записях его звук стал намного чище. |
| 1956 | «The Train Kept A-Rollin"» | Johnny Burnette and the Rock and Roll Trio | Во время выступления Johnny Burnette and the Rock and Roll Trio возникли неполадки с ламповым усилителем, позже в прессе появилось сообщение о сумасшедшем новом звуке (этот эпизод был использован в фильме Назад_в_будущее_(фильм)). В результате при записи «The Train Kept A-Rollin"» Burnette использовал тот же самый звук в студии в 1956. |
| 1958 | «Rumble » | Линк Рей | . |
| 1962 | The Beatles | На сохранившихся записях выступлений группы The Beatles в гамбургском Star-Club в 1962 году в нескольких песнях отчетливо слышно перегруженно-звучащую гитару. Записи сделаны еще до обретения группой широкой известности. Интересно, что группа почему-то долго не использовала эффект Дисторшн на своих первых студийных альбомах, параллельно иногда обращаясь к нему на концертах. | |
| 1964 | «You Really Got Me» | The Kinks | Одна из ранних записей с использованием намеренного искажения была сделана группой The Kinks . Гитариста группы очень сильно огорчало звучание его усилителя. Он сделал надрезы на громкоговорителе с помощью лезвия, получив таким образом искажение звучания своей гитары. |
Эффект дисторшн оказал большое влияние на современную технику игры на электрогитаре , сделав необходимым изучение таких приемов как palm muting (приглушение ладонью) и позволил року , исполнявшемуся в 1960-х годах, дать жизнь множеству разновидностей современного тяжелого метала . Также появилась необходимость подгонять технику игры для более читаемого звука. Поскольку при игре с перегрузом слишком сильно слышно как скрипят струны, различного рода удары по корпусу (деке) гитары. Появилась и более музыкальная, и продвинутая игра на соло.
Гитарные «исказители» могут быть выполнены в виде:
«Исказители» также применяются
Часть 1. Сборка эффекта «дисторшн» и его краткий тест-драйв
«Дисторшн» этот я сделал от скуки, мне было натурально нечего делать вечером, страшно хотелось собрать какую-то новую схему. Вот я и набрал в поисковике «дисторшн на транзисторах». В моих планах не было сборки устройства на микросхемах (потому что за ними сначала нужно погоняться по магазинам), равно как и не планировал я очень сложную схему с полной горстью одних только транзисторов.
Поэтому выбрал такой вариант, чтобы успеть собрать его за вечер практически из подножного мусора (даже один «электролит» пришлось брать «паянину», то есть не новый, вытащенный откуда-то):
В нарисованной схеме используются транзисторы p-n-p-проводимости, поэтому на «массе» сидит «плюс». У меня же была коробка любимых и обожаемых КТ315Б n-p-n-проводимости. Поэтому в моей версии схемы пришлось инвертировать полярность включения батарейки «Крона» и электролитических конденсаторов. Транзисторы по рекомендации собиравших схему пришлось подбирать с максимальным коэффициентом усиления (h21), более 200 единиц (благо, мне было, из чего выбирать). Делается это при наличии мультиметра так: для начала выясняется тип и цоколевка транзистора (соответствие эмиттера, коллектора и базы выводам), потом включается режим «hFE», а транзистор устанавливается в соответствующие гнезда.
Иногда бывает необходимо покачать его, или прижать пальцем, или вставлять проволочки, чтобы на дисплее появился результат.
Первый транзистор нам подходит, второй оставим для схем попроще. По слухам, можно применять КТ3102, КТ3107 (более современные аналоги КТ315). Да и вообще, я думаю, любые маломощные (а если они еще и малошумящие!) транзисторы, лишь бы h21 был больше 150 (мое мнение).
Диоды ставятся любые, главное — одинаковые. В моем варианте — Д18.
Потенциометр регулирует уровень выходного сигнала, уже искаженного в соответствии с работой дисторшена. Отдельной регулировки силы эффекта, или «гейна» (если я правильно это называю), тут нет. В более продвинутых схемах, которые находятся на раз-два, с этим проблем никаких. Но так как, напомню еще раз, устройство я собирал от скуки, чтобы чем-то занять руки, чтобы разнообразить звук гитары на домашних поигрульках, то мне его хватает вполне, и для меня не вопрос чуть уменьшить уровень сигнала на выходе самой гитары, чтобы не так сильно жужжал эффект. Тем более, что вся моя музыка либо усиливается одним из «ВЭФов» (который, выкрученный на максимальную громкость, тоже ведет себя как исказитель сигнала), либо пишется «в линию», то есть гитара подключается в линейный вход компьютера и общается с программой Audacity. Ну, нет у меня пока тяги к ламповым комбикам и большой сцене, а для домашних записей и тренировок такое оборудование — самое оно. Опять же, бесценный практикум по пайке и схемотехнике.
Оконечная цепочка из конденсаторов и резисторов — фильтр. Чересчур отступать от указанных номиналов, пожалуй, не стоит, чтобы не испортить звук. Было бы время — я бы «поигрался» со значениями, но, право, так неохота распаивать уже готовое устройство…
В собранной мною схеме задействованы два тумблера: один включает-выключает устройство, другой управляет режимами «Active-Bypass», то есть в первом случае звук проходит через все элементы схемы, а во втором — обходит их по отдельной дорожке. Это позволяет быстро переходить с чистого звука на дисторшн и обратно, не проводя манипуляций с кабелями. Включенное состояние обоих тумблеров отмечено краской, нанесенной в углубление на корпусе. Однако после того, как однажды устройство осталось на неделю включенным и забытым (батарейка, естественно, разрядилась, а «похитителя» я еще не собрал), в схему был добавлен индикаторный светодиод. Не стоит увлекаться, пытаясь завести его в режим 20 миллиампер, все-таки питание батарейное. Для трехмиллиметрового зеленого достаточно и 4,7 мА (ограничивается резистором 1,5 кОм). Общее потребление устройства — ок. 12 мА, на уровне фабричных устройств. Критический для «Кроны» ток разряда — 20 мА. Впрочем, никто не мешает устроить питание от самодельного БП, лишь бы он не фонил пятидесяти- или стогерцовой наводкой.
Тут запечатлен еще промежуточный вариант.
Этот более стабильный, и, надеюсь, окончательный.
Как это работает? Как и любое устройство, полностью собранное своими руками из всякого хлама и еще не сравненное с фабричным конкурентом. То есть — круто и бесподобно, о, да, я надеваю свой плащ и волшебную шляпу, детка, спустись же со мной по «Тоннелю любви»!
Дисторшн – это замечательно. Очень полезный эффект. Когда мне было 13 лет, у меня появился первый усилитель. Это был 10-ваттный басовый усилитель Epiphone. Басовый усилитель! Он выдавал сплошную кашу, и единственным его преимуществом была громкость. Не более того.
Но когда я впервые включил гитару в настоящий гитарный усилитель!… Вау!… У моей двоюродной сестры была розовая гитара Hello Kitty Squier Strat в комплекте с миниатюрным гитарным усилителем Squier. Мне было скучно, и я включил гитару в него. Ударил по струнам, и меня буквально отнесло на 10 футов силой звучания, сдобренного дисторшн. Это был отличный дисторшн!
Я целый час играл все фразы, которые только приходили мне на ум. Теперь-то они действительно звучали. из “Johnny B. Goode”, из “The House Is Rockin’”, из “Simple Man” – все это неожиданно обрело смысл. Все, что я делал до этого, можно было забыть. Наконец-то я понял, в чем дело.
К сожалению, это превратилось в зависимость.
Я дошел до того этапа, когда ручку гейна уже нельзя было выкрутить больше. Я не мог играть без искажения. Это был довольно печальный период моей жизни, о котором я не очень-то люблю вспоминать.
Но к счастью, однажды мне повстречался гитарист, прививший мне идею «вкуса», и я начал «слезать с иглы». Это было не так просто. Все, что я играл, казалось мне полным отстоем. Ни тон, ни грув не заводили. Мир рушился на глазах. Все казалось лишенным смысла. Но у меня был , который я позаимствовал у старшего брата друга, когда он решил бросить игру на тромбоне, и этот прибор стал моим первым помощником. Я занимался часами, днями, месяцами. Метроном давно уже сломался, но я не забываю о нем. Теперь его место занимает приложение на моем смартфоне. Приложение, которое я открываю очень часто.
Дисторшн – это, конечно, неплохо, но страшно то, что это превращается в своего рода эпидемию.
Если вам тоже доводилось переживать нечто подобное, знайте: вы не одиноки. Вы не жертва, а борец за жизнь. Давайте поговорим о тех случаях, когда дисторшн действительно приносит пользу, а параллельно и о тех, когда он только вредит.
Пауэр-аккорды делают процесс игры на гитаре чем-то очень крутым . Вы включаете усилитель, играете две ноты, и все встает на свои места. Причины этого лежат в теории. между двумя нотами пауэр-аккорда называется квинтой. Это очень простой интервал в гармоническом плане. Когда вы добавляете звучанию дисторшн, это усложняет ноту гармонически. Поэтому объединяя гармонически простые ноты с гармонически сложным звучанием, вы буквально становитесь гитарным богом (Пример 1 ).
А вот музыкально сложные аккорды не всегда хорошо звучат с дисторшн. Джазовые и акустические гитаристы могут играть сногсшибательные аккордовые расширения, при этом каждая нота будет звучать кристально чисто. Здесь дисторшн только мешает.
Конечно, если вам вполне достаточно пауэр-аккордов, дисторшн – ваш хороший друг.
Если вы зажмете две струны на одном и том же ладу, вы получите кварту. Это тоже пауэр-аккорд, но перевернутый с ног на голову (C–G это квинта, а G–C это кварта). А раз он состоит из тех же нот, что и стандартный пауэр-аккорд, то он подчиняется той же логике: простые ноты + сложное звучание = хорошо. Именно поэтому у меня так хорошо звучали фразы в духе Чака Берри (Chuck Berry) (Пример 2 ). Там часто встречается кварта, и в сочетании с овердрайвом получается просто идеально.
Дисторшн влияет не только на взаимодействие нот между собой, но и на длительность звучания отдельных нот. Конечно, вы должны стремиться к тому, чтобы уметь играть соло Pantera через Fender Twin на отметке 3 и не получать при этом мертвых нот, но ведь если нота не мертва, это еще не значит, что она жива! Когда вы играете высокие ноты на гитаре, вы часто слишком сильно атакуете струну медиатором, и гитара выдает ощущение меньшего сустейна. С сустейном-то все в порядке, но вы его просто не замечаете, потому что при каждом ударе по струне на вас обрушивается бомба.
Здесь дисторшн может помочь.
Дисторшн – это тот звук, который мы слышим, когда аудиоволна обрезается, что означает, что усилитель не может справиться с уровнем, поступающим в него, и обрезает верхи и низы волны, чтобы вывести сигнал. После процедуры срезания баланс медиаторной атаки и сустейна восстанавливается, а звучание выравнивается. Особенно это актуально для игры в высоких позициях на грифе.
Поэтому многие кантри-гитаристы используют . Это то же самое выравнивание, но без нежелательного (в их случае) эффекта искаженного тона (Пример 3 ).
Когда усилитель и педали проводят звук через себя и возникает дисторшн, возникает эффект «освобождения». Это когда цепь освобождается от перегрузки. Слишком громкий сигнал понижается, а затем – когда уровень снижается до приемлемой точки – наступает фаза освобождения. Даже если поступающий от гитары сигнал становится тише, цепь сдерживает звук все меньше и меньше. В результате возникают странные призвуки, напоминающие работу насоса.
Возможно, это покажется вам сложным, но с этим эффектом можно легко экспериментировать, играя приемом (Пример 4 ).
Глуша струны ладонью, мы заставляем звук быстро затихать. Сигнал, проходящий через усилитель или педаль, представляет собой волну с большой амплитудой, за которой следует резко затихающее звучание ноты. Каждый раз, когда мы играем так, мы вызываем срезание волны, после чего идет тихий, но не полностью затухший звук, что и дает нам то самое чаг-чаг-чаг, так часто встречающееся во многих композициях.
Для этого нужен дисторшн. Без него медиаторные атаки не будут срезаться, и в итоге получится нечто очень странное. Думаю, вам больше нравится то, что дает дисторшн.
Вам наверняка знаком тот пронзительный свист, который ваши любимые гитаристы время от времени высекают из струн? Один из способов получить это звучание – извлечь искусственный флажолет. По сути, это то же самое, что и флажолет на 12 ладу. Вы атакуете струну, а затем прикасаетесь к ней в том месте, где вибрация самая низкая. Разница лишь в том, что в случае искусственного флажолета вы делаете это одновременно: атакуете струну медиатором и прикасаетесь к ней большим пальцем, которым этот медиатор держите (Пример 5 ).
Здесь вам тоже понадобится дисторшн, потому что только так вы сможете получить более сложный в гармоническом плане тон, Я уже упоминал об этом в Примере 1, но думаю, тут стоит немного углубиться в детали. Каждая нота, которую вы играете, имеет серию обертонов, которые затихают с ростом высоты. Когда вы используете дисторшн, сигнал срезается, что ведет к выравниванию обертонов. Поэтому флажолет на седьмом ладу акустической гитары практически не слышен, а вот на электрогитаре он буквально кричит. Это дает вам больше возможностей по извлечению искусственных флажолетов.
Сыграйте ноту, расположив медиатор так, чтобы кончик большого пальца прикоснулся к струне сразу после атаки медиатором. В зависимости от ноты, которую вы играете, флажолеты располагаются на разных точках струны, поэтому поэкспериментируйте с местом атаки и выберите то, что вам нравится.
Если вы считаете себя зависимым от дисторшн, имейте в виду: все не так плохо! Вам никто не запрещает пользоваться этим замечательным эффектом, но постарайтесь делать это с умом. Ведь далеко не каждая композиция так уж нуждается в нем.
Традиционно слово “искажение” имеет негативную окраску в кругах аудиофилов. Обычно стремятся иметь усилитель низкой частоты с очень маленькими нелинейными и частотными искажениями. Обычные требования к звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуре - нелинейные искажения меньше 0.01% и линейная (без выбросов и провалов, т.е. без искажений) частотная характеристика.
О т табличных синтезаторов звука обычно также требуется чистое неискажённое звучание. Однако при студийной обработке звука искажения всё же применяются в устройствах типа “Aural Exciter” производства фирмы Aphex. Но пожалуй единственная область музыкальной индустрии, где без искажений звука обойтись невозможно это электрогитара и всё что с ней связано. Поэтому в этой статье основное внимание будет уделено устройствам обработки сигналов электрогитары, использующим различным формам нелинейных и амплитудно-частотных искажений, но и принцип действия устройств подобных “Aural Exciter” также будет освещён. Понятие хорошего гитарного звука (“good guitar tone”) неразрывно связано с “правильными” нелинейными, частотными и другими искажениями, которым подвергается сигнал электрогитары гитары проходя через специальные гитарные предусилители, фуз(fuzz), овердрайв(overdriver), cустэйн (sustain), дистошн(distortion), гранж (grunge) фильтры, усилители мощности низкой частоты и “гитарные” (отнюдь не Hi-Fi) звуковые колонки. Причём, действительно хорошего гитарного звука обычно пытаются добиться используя в той или иной мере все эти компоненты, образующие все вместе как бы “устройство” или “цепочку” обработки (искажения) сигнала электрогитары. Многие фирмы предпринимают попытки реализовать алгоритмы искажений методами цифровой обработки сигналов (DSP) и объединить все искажающие элементы в единое (однокорпусное) устройство - гитарный процессор, добавляя в него также эффекты реверберации, хоруса, гармонайзера и компрессора, в той или иной мере изменяющие (искажающие) параметры входного сигнала. Одно из таких устройств вы можете видеть на Рис.1.
Рис.1. Типичный гитарный процессор.Первым искажающим элементом через который обычно проходит сигнал электрогитары обычно является гитарный предусилитель (pre-amplifier). Это совсем не Hi-Fi предусилитель. Он не должен быть устройством с очень маленьким уровнем нелинейных искажений и не должен иметь абсолютно гладкую амплитудно-частотную характеристику от 20 Гц до 20 кГц. Обычно сразу после предусилителя используют блок регулировки тембра “bass/mid/treble” (исказитель частотной характеристики) и приходится повозится, подбирая положения ручек регуляторов. Гитаристы, как правило, отдают предпочтение ламповым (или хотя бы имитирующим лампы) гитарным предусилителям. Поэтому давайте для начала разберемся с амплитудно-частотными и нелинейными искажениями, вносимыми в сигнал ламповыми (и имитирующими их) предусилителями. Не будем сейчас концентрироваться на конкретных названиях усилителей дабы не отвлекаться от главной темы - “искажения”, а также потому, что характерные свойства разных ламповых (и имитирующими их) предусилительных устройств не сильно отличаются друг от друга. Однако, я думаю, что читатели легко догадаются о каком усилителе идет речь, посмотрев на Рис.2.
Рис.2. Ламповый усилитель.
Для начала включим ламповый усилитель и гитарный процессор в режим “clean tube” или “чистый ламповый звук” и подадим на вход синусоидальный сигнал (Рис.3.) частотой 440 Гц.
Рис.3. Тестовый синусоидальный сигнал.
На выходе этих устройств мы увидим очень похожие сигналы, примерно такие как показан на Рис.4.
Рис.4. Форма выходного сигнала в режиме “чистый ламповый звук”
Очевидно, что исходный синусоидальный сигнал подвергся значительным нелинейным искажениям. Их уровень составляет примерно 9..10%, что очень далеко от типичных значений (0.01% и менее) для обычных, негитарных усилителей. Характерна также сильная асимметрия выходного сигнала, необходимая для обогащения его спектра чётными гармониками. В случае отсутствия чётных гармоник звук приобретает неестественный синтезаторный, плоский, “бедный”, “примитивный” оттенок. Спектр синусоидального сигнала, искаженного ламповым (или имитирующим его) предусилителем показан на Рис.5.
Рис.5. Спектр синусоидального сигнала, искаженного ламповым (или имитирующим его) предусилителем.
Хорошо видно (Рис.5.), что спектр сигнала после гитарного предусилителя значительно обогащён как чётными так и не чётными гармониками. Амплитуды гармоник достаточно быстро спадают начиная с -18 дБ для второй гармоники и до -72 дБ для 18 гармоники. Амплитудно-частотная характеристика, типичная для гитарных предусилителей, показана на Рис.6.
Рис.6. Амплитудно-частотная характеристика, типичная для гитарных предусилителей в режиме “чистый ламповый звук”.
Таким образом типичные “правильные” или “ламповые” нелинейные искажения на стадии предварительного усиления сигнала должны генерировать как чётные так и нечётные гармоники исходного сигнала с достаточно быстрым спадом их амплитуд в зависимости от номера гармоник. А типичные искажения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) вносимые на стадии предварительного усиления сигнала заключаются в небольшом подъёме усиления (+6 дБ) в диапазоне частот 3..8 кГц и резком спаде АЧХ начиная с 16..18 кГц до -46 дБ в районе 22 кГц.
Фуз (fuzz), сустэйн (sustain), овердрайв (overdriver) и дисторшн (distortion) очень популярные звуковые эффекты, базирующиеся на использовании нелинейных и амплитудно-частотных искажениях. Это довольно схемотехнически несложные устройства, которые может самостоятельно изготовить любой даже начинающий радиолюбитель. Построены все эти устройства примерно на одних принципах. На Рис.7 приведена схема очень популярного в своё время (десять лет назад) овердрайва, скаченная из Интернета.
Рис.7. Типичная схема овердрайва, фуза или дисторшна.
Устройства, использующие подобные электрические принципиальные схемы, под названиями или фуз, или овердрайв, или дисторшн выпускались да и всё ещё выпускаются многими фирмами. Несмотря на простоту принцип работы такого устройства достаточно интересен и поучителен. Рассмотрим его более подробно. Входной сигнал с разъёма IN поступает через конденсатор 0.01 mF на вход операционного усилителя. Этот конденсатор и резистор 1М образуют фильтр высоких частот с частотой среза 100 Гц, обеспечивающих “завал” коэффициент усиления устройства на частотах ниже 100 Гц. Такая фильтрация сигналов характерна и для многих ламповых усилителей. Далее сигнал усиливается операционным усилителем в 2--200 раз. Коэффициент усиления регулируется резистором 500 кОм. Очень интересная и важная деталь, во многом определяющая качество звука этого устройства - конденсатор 0.05 mF, резистор 4К7 и переменный резистор 500К образуют фильтр высоких частот с переменной частотой среза! При коэффициенте усиления 2 фильтр ослабляет частоты сигнала ниже 100 Гц, а при коэффициенте усиления 200 будут ослабляться частоты сигнала ниже 4 кГц, что эквивалентно значительному подъёму АЧХ в районе 4 кГц и выше. Далее усиленный сигнал поступает на ограничитель (нелинейный исказитель), выполненный на двух включенных встречно-параллельно диодах, совмещённый с фильтром низких частот с частотой среза 10 кГц (имитирующим “завал” высших частот в гитарных предусилителях). Как видите даже такое простое устройство производит довольно сложные АЧХ и нелинейные искажения. Типичный спектр гармоник на выходе фуза, дисторшна и овердрайва при подаче на вход синусоидального сигнала приведён на Рис.8. На графике хорошо заметно характерное для транзисторных устройств отсутствие чётных гармоник. На вход был подан синусоидальный сигнал частотой 440 Гц. Следовательно, пик второй гармоники на графике Рис.8 должен находится на частоте 880 Гц. Однако там практически ничего нет. Амплитуда второй гармоники находится на уровне -80 дБ. Чётные гармоники более высокого порядка также имеют очень маленькие амплитуды. Возможно этим и определяется некоторая “тусклость”, “транзисторность” звука стандартных фуз, дисторшн и овердрайв устройств. Медленный спад амплитуд нечётных гармоник видимо и добавляет в звук то, что обычно называют “песком” или высокочастотным треском.
Рис.8. Типичный график спектра гармоник на выходе фуза, дисторшн или овердрайва при подаче на вход синусоидального сигнала.
Таким образом общая логика работы исказителей сигнала типа фуз, дистошн, сустайн и овердрайв заключается в предварительном ослаблении самых низких частот (ниже 100..200 Гц) в спектре входного сигнала, в усилении сигнала в десятки (иногда в сотни) раз с одновременным искажением АЧХ в области средних частот (значительный “подъём” в области 3..6 кГц) и последующим двухсторонним симметричным ограничением сигнала и, наконец, окончательной отфильтровкой (ослаблением) высокочастотной части (выше 3..10 кГц) в спектре сигнала. На рис 9. показана типичная АЧХ устройства типа сустэйна. Аналогичная картина АЧХ наблюдается и для фуз, дисторшн и овердрайв.
Рис.9. Типичная АЧХ искажающих устройств типа фуз, дисторшн, овердрайв и сустайн.
Различия между искажающими устройствами сведены в таблицу 1.
Таблица 1.
|
Частота среза входного ФВЧ |
Ограничитель |
Частота среза выходного ФНЧ |
|
|
фуз |
нет |
“жёсткий” |
4..8 кГц |
|
дисторшн |
400 Гц..3 кГц |
“средний” |
3..6 кГц |
|
овердрайв |
100 Гц..800 Гц |
“мягкий” |
3..6 кГц |
|
сустэйн |
100 Гц |
“средний” |
0,8..1,5 кГц |
В устройствах типа фуз часто отсутствует предварительный фильтр, ослабляющий низкие частоты. В них применяется жёсткий ограничитель типа включенных встречно-параллельно диодах в обратную отрицательную связь операционного усилителя. В дисторшне, как правило, используются предварительные фильтры высокой частоты (ФВЧ) подавляющие частоты в полосе от 0 Гц до 0.4 кГц..2 кГц (обычно это “дифференцирующая” RC-цепочка), средний по жёсткости ограничитель на диодах и выходной фильтр низких частот с частотой среза 3..6 кГц, обеспечивающий спад АЧХ на высоких частотах 12..24 дБ и более на октаву (фильтр бетрвота 2..6 порядка). Овердрайв, на мой взгляд, призван имитировать перегрузку лампового усилителя и поэтому имеет незначительное подавление низких частот, “мягкий” ограничитель и плавный спад усиления на высоких частотах. Сустэйн обычно имеет значительный коэффициент усиления, не очень “жёсткий” ограничитель и фильтра нижних часот, ослабляющий частоты выше 800..1500 Гц. Основное отличие исказителей в “фирменных” ламповых гитарных усилителях от большинства транзисторных устройств в том, что спектр сигналов на выходе ламповых усилителей содержит и чётные и нечётные гармоники. Может быть именно поэтому музыканты предпочитают звук ламповых гитарных “примочек”.
Тенденции развития искажающих устройств типа фуз, овердрайв, сустэйн и дисторшн заключаются в применении активных фильтров на операционных усилителях вместо RC (резистор-конденсатор) цепочек, имеющих более крутые скаты своих частотных характеристик и большее подавление нежелательных высокочастотных компонент (т.е., так называемого “песка”). Также большое внимание разработчики уделяют созданию более совершенных устройств ограничения и нелинейного искажения сигнала. Так на одном из серверов Интернет (www.geocities.com/SiliconValley/Pines/7899) недавно появилась интересная схема дисторшн (Рис 10). В отличии от традиционного встречно-параллельного включения двух диодов (Рис.7) в этом современном искажающем устройстве применяется сложная схема на операционном усилителе, дающая более насыщенный и плотный звук. Однако в этой схеме также будут подавляться чётные гармоники из-за её симметричности. По видимому для дальнейшего улучшения звучания исказителей следует проектировать схемы не подавляющие чётные гармоники.
Рис.10. Часть современной схемы дистошн от независимых разработчиков, скаченная из Интернет.
Мы уже с Вами поговорили в одном из предыдущих постов, а теперь пришло время познакомиться с эффектом под названием дисторшн . С английского языка это слово переводится, как искажение. По сути своего воздействия этот эффект похож на действие овердрайва.
Взглянем на картинку и проанализируем её. Нарисованная пунктиром синусоида — это ни что иное, как звуковая волна.
Действие нашего эффекта заключается в том, что сигнал ограничивается по амплитуде. Он как бы срезает верхние «гребни» сигнала. Получается достаточно угловатый график звуковой волны.
В целом действие дисторшна похоже на овердрайв, но сигнал ограничивается довольно резко. Я бы сказал, что он обрубается или режется.
Для тех, кто хорошо знаком с электроникой, ниже представлена схема эффекта дисторшн Boss DS-1.
Звук с применением эффекта дисторшн характеризуется плотностью и тяжестью звучания, у гитары увеличивается сустейн (продолжительность звучания извлечённых нот), увеличивается количество гармоник. Получается такой жужжащий металлический звук. И чем больше Вы выкручиваете ручку «Gain» на примочке, тем тяжелее и монолитнее получается звук. Пример того, как можно настроить педаль дисторшн, Вы можете посмотреть на изображении ниже и использовать данные настройки на своей примочке.
Эффект дисторшн получается путём перегруза усилителя. Чаще всего конструктивно исполняется в виде напольной педали. На таких педалях всегда есть ручка увеличения перегруза (Gain), а также различные вариации ручек настройки звуковых частот, тона и громкости. Эти педали являются, наверное, самыми востребованными у большинства музыкантов.
Гитарный дисторшн получил широкое распространение в тяжёлой рок музыке. Музыку групп различных экстремальных стилей металла невозможно представить без жёстко звучащих гитар. У каждого гитариста этих групп есть в арсенале педаль Distortion какой-либо известной фирмы, либо они используют , где уже есть встроенный дисторшн. С распространением такого гитарного звучания изменилась и сама манера игры музыкантов, их звукоизвлечение. Развивалась скоростная медиаторная техника, различные варианты глушения и специальные приёмы игры на электрогитаре, которые мы будем изучать в дальнейшем.
Многие производители гитарного оборудования имеют в своей линейки продукции примочки дисторшн для гитары. Из наиболее известных можно выделить:
