Моделирование звучания гитарных примочек в Proteus. Как сделать и прослушать педаль эффектов без паяльника

Привет, друзья! Вероятно, каждый хоть разок да провел ночь с паяльником в руках среди клубов канифольного дыма, движимый одной лишь идеей создания чего-то особенного, нового, звучащего или работающего не как у других. Сколько выводов микросхем было оборвано после многократных паек, сколько чипов было убито статическим электричеством после почёсывания головы!

Сижу я как-то вечером, поглядываю в интернет-магазине отправленные для меня микросхемы, которые в лучшем случае доедут через неделю-две, и вдруг в моей голове возникает вопрос: «А можно ли как-то ускорить процесс разработки устройства, да так, чтобы сразу можно было его заказчику показать?». В то время мне как раз заказали несколько примочек для электрогитары. И я, имея достаточно опыта в обращении с системой создания и моделирования схем Proteus, собрался разрешить этот вопрос с помощью данной программы.

↑ Немного о себе

Меня зовут Даниил, мне 23, и я инженер. Я из тех инженеров, которые поступили в ВУЗ на инженера, закончили, и устроились работать инженером. То есть я по жизни занимаюсь тем, что мне действительно интересно и тем, что я люблю.

Ввиду молодости, энергичности и просто из интереса, я занимаюсь электроникой и в качестве хобби. Да-да, разрабатывая схемы весь рабочий день, я прихожу домой, и делаю тоже самое дома, только в более творческом ключе и на очень разнообразные темы. Одной из таких тем является тема гитарных эффектов, да и оборудования в принципе.

↑ Предпосылки

Я ни разу не гитарист и умею играть на гитаре разве что аккордами, но так вышло, что мне нравится гитарный звук и звук гитарных перегрузов в особенности. Агрессивный и техничный стиль игры на 7-струнной гитаре в строе дроп-Б для меня как котику сметанка.: wink: К сожалению, я не имею прямого доступа к гитарам для каких-либо изысканий в области идеального звука, а ведь для этого мне еще нужно купить радиодетали, а особенно хорошие и редкие придется подождать несколько недель из-за океана, после чего собрать это дело на макетной плате, воткнуть гитару, разочароваться что не умею играть, послушать свои потуги и так много раз. Все это сплошные траты времени, которые оборачиваются тем, что ничего не доходит до своего логического завершения.

С Proteus-ом я знаком давно: года 4, а может и больше. У программы огромный функционал, который просто нереально опробовать весь и сразу. В ней можно создавать цифровые и аналоговые схемы, моделировать их работу (в программе огромная база SPICE-моделей), создавать для разработанных схем печатные платы, писать прошивки для микроконтроллеров и тут же проверять их в действии, и много чего еще.

И вот однажды у меня появился заказчик, который попросил сделать ему несколько педалей для гитары, среди которых числился и дисторшн. Как многие знают, этот эффект и является основой метал-музыки.

↑ Дистор-р-р-р-шн

Эффект Distortion состоит в том, что форма сигнала искусственно обрезается по амплитуде. Фактически это означает, что в исходную синусоиду добавляется множество других синусоид (гармоник) более высокой частоты, которые начинают диссонировать с основной гармоникой и на выходе получается гитарный звук с характерным «шумом» или «рычанием».
Этого же эффекта я решил добиться в Proteus-е.

↑ Приступаем

Первым делом необходимо было определиться с тем, что же я буду проверять в виртуальной среде. Выбор пал на педаль «MXR Distortion+», просто потому, что она имеет простую электрическую схему и минимальный функционал. На борту имеются два потенциометра: DISTORTION, отвечающий за искажение входного сигнала, и OUTPUT — уровень напряжения на выходе педали (громкость). Также имеется операционный усилитель, а обрезаться амплитуда сигнала будет с помощью клиппинг диодов.

В интернете была найдена следующая схема педали.



После перенесения в Proteus она стала выглядеть так.



Сразу хочу извиниться за внешний вид схемы: было не удобно скрывать поля примечания у каждого компонента. То же по поводу земли: мне удобнее, когда она на схеме одна, личные заморочки, так сказать.

Первым делом было решено проверить корректность работы педали, т. е. добиться такого же эффекта, как на рисунке 1.
Для этого к схеме был подключен генератор сигнала, на котором я установил синусоиду амплитудой 200 мВ, и осциллограф. 200 мВ — потому что приблизительно таков уровень сигнала на пассивных звукоснимателях гитары. Схема с генератором обрела следующий вид.

Также в меню выходного сигнала настраивается битрейт, глубина в битах и время повтора трека по окончанию обработки (Loop time) в секундах. Отсюда можно прослушать получившуюся запись и экспортировать её себе на компьютер.
Вот, что получилось у меня после обработки.




Гитарный сэмпл был следующий:

↑ Итог

Заказчику звук показался слишком ярким, несмотря на мои уверения, что не стоит воспринимать результат моделирования как гарант звука. На выходной записи довольно много шума, скорее всего, тут необходим очень качественный исходный сэмпл. Судя по прослушанному звуку данной педали на YouTube, характер звучания модели схож.

Из подводных камней (помимо производительности) я бы поставил под вопрос достоверность SPICE моделей. В схеме этой педали используется ОУ 741, но в модели эта микросхема отказалась работать корректно (на некоторых записях выходной сигнал был просто шумом), так что я использовал ОУ с названием модели LM741.

↑ Послесловие

Я ни в коем случае не претендую на  особые знания гитарных эффектов и их правильного звучания.
Лично мне такой подход к разработке пришёлся по душе, а насчёт его эффективности — думаю, время покажет.

Всем спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации