Ультрадешёвый китайский ревербератор для электрогитары

Привет, Хабр! Почти все гитаристы любят ревербераторы, и почти все ревербераторы сто́ят дороже других педалей эффектов, за некоторыми исключениями. Одно из таких редких исключений мы сегодня рассмотрим и послушаем.

Речь пойдёт о компактной педали формата «Сникерс» под названием Mosky Spring Reverb.

Зачем нужен ревербератор?

В реальных помещениях и на открытых пространствах звуковые волны многократно отражаются от различных предметов. Поэтому каждый звук приходит в уши человека, будучи дополненным несколькими своими копиями с различными временны́ми задержками.

Без ощущения пространства или помещения звучание музыкального инструмента или человеческого голоса воспринимается «плоским», «картонным», «ненастоящим». Реверберация необходима даже ораторам и дикторам, чтобы полнее усваивалась информация и воспринимался её драматизм.

Громкоговорящие электронные усилители звука на электровакуумных лампах были изобретены только в начале двадцатого века, тогда как храмы, театры и все остальные места, где много людей слушали музыку или речь, издревле обустраивались так, чтобы обеспечить наилучшую акустику.

Разные предметы по-разному поглощают различные составляющие частотного спектра звуковых волн. Поэтому затухание копий сигнала в электронном ревербераторе нужно делать частотнозависимым.

Нюансы реализации

Это предусмотрено даже в простом эффекте задержки Rebote Delay второго поколения, где использована система RC-фильтров.

Для сравнения, ещё более простое эхо для караоке из китайского радиоконструктора CIRMECH WM-002 обходится меньшим количеством компонентов.

По сути, схема скопирована из справочного листка от производителя микросхемы цифровой линии задержки PT2399.

Это доступное шестнадцатиногое изделие микроэлектронной промышленности устроено просто гениально.

Цифровой обработки сигналов алгоритмами здесь как таковой нет. Сигма-дельта преобразователь кодирует уровень входного напряжения удельным количеством единиц в однобитном цифровом потоке, записываемом в 44-килобитное ОЗУ.

Тактируемый от RC-генератора двоичный счётчик синхронно инкрементирует указатели записи и чтения, чтобы второй сигма-дельта преобразователь воспроизводил мгновенное значение входного сигнала, записанного полный цикл заполнения памяти назад.

Собственно, для работы PT2399 необходимо всего-навсего шесть внешних компонентов: два интегрирующих конденсатора для демодулятора и модулятора, один резистор, задающий тактовую частоту, один блокировочный конденсатор, заземляющий искусственную среднюю точку по переменному току, а также два сглаживающих конденсатора цепей обработки переполнения преобразователей.

Реализовать нечто подобное на микросхемах более низкой степени интеграции тоже возможно, но это потребует сложной и громоздкой схемы. Например, такой, как у гитарной педали Лель ЦЗ.

В недалёком прошлом радиоинженер, способный спаять такое, мог стать просто магнатом, создавая востребованные эффекты обработки звука для музыкантов и концертных площадок.

Более продвинутые DSP сегодня тоже часто нуждаются во внешних микросхемах оперативной памяти, АЦП и ЦАП, а также микроконтроллере для управления переключением режимов.

Вот, например, модуль DSP99-1808, использованный мной в портативном транзисторном симуляторе полного электрогитарного аудиотракта.

Для питания этой прожорливой платы с Aliexpress внутри деревянного корпуса без вентиляционных отверстий мне пришлось ещё изготовить линейный стабилизатор с огромным теплорассеивающим полигоном.

На самом деле, последний можно было сделать и несколько меньше. Мне просто было лень пилить стеклотекстолит, загрязняя воздух в комнате вредной для органов дыхания пылью. Поэтому в ход пошёл имевшийся кусок материала более-менее подходящего размера.

Техническое творчество продолжается

Кстати, вторая версия портативного аналогового аудиотракта с цифровыми эффектами постобработки уже давно готова, и однажды я подробно расскажу вам о ней.

Здесь использован другой модуль цифровой обработки аудиосигнала под названием «Cara OK Board 16» c более удобным интерфейсом управления.

Переключение между 100 программами DSP99-1808 осуществляется поворотом относительного энкодера, после чего необходимо ещё и нажать на его ручку, а дисплеем служит олдскульный семисегментный светодиодный индикатор красного цвета свечения.

Под последний в корпусе прибора необходимо вырезать прямоугольное отверстие. Также весьма желательно снабдить лицевую панель памяткой о соответствии программ кодирующим их номерам.

К великому сожалению, плавной регулировки параметров эффектов не предусматривает ни один из двух упомянутых вариантов китайских модулей.

Ведь они предназначены для систем караоке и микшерных пультов, а не использования с электрогитарами или иными музыкальными инструментами, где время задержки бывает нужно подстраивать под темп композиции.

Зато программы Cara OK Board 16 выбираются шестнадцатипозиционным роторным переключателем, или абсолютным энкодером угла поворота, как его ещё называют.

Чтобы получить максимально удобное и наглядное управление, достаточно установить на вал такого энкодера ручку-клювик и подписать положения, либо обозначить их интуитивно понятными пиктограммами.

Параметры программы у этого модуля регулируются напряжением на бегунке переменного резистора, крайние выводы которого подключены к цифровой земле и пяти вольтам питания. Однако регулировка реализована ступенчато, а не плавно, что меня очень огорчило.

Тем не менее, для вдохновляющих музыкальных экспериментов с электрогитарой китайский модуль более чем подходит. Знакомый гитарист даже попросил изготовить для него экземпляр в прочном корпусе 1590DD из алюминиевого сплава.

Так он выглядит со снятой крышкой.

Благодаря применению DC-DC преобразователя, операционные усилители получили реальное двуполярное питание, а сам прибор может питаться как от стандартных девяти вольт, так и от пятивольтового USB повербанка, а также от двенадцативольтового автомобильного аккумулятора.

Подробностями схемы я поделюсь в другой раз, а пока можно послушать звучание новой самоделки.

Демонстрация звучания на Rutube

Зачем нужны сложные алгоритмы?

Если эффект монофонического дилея или эха можно собрать с применением всего одной линии задержки аудиосигнала, то воспроизвести реверберацию в пространстве или помещении гораздо сложнее.

Внутри традиционного пружинного ревербератора (на фото ниже это жестяная коробочка, прикрученная ко дну корпуса гитарного комбоусилителя) находится не одна, а три, реже две пружины, служащие механическими линиями задержки с разными постоянными времени.

Такого пружинного ревербератора большинству гитаристов во многих случаях бывает достаточно. Но хватит ли для получения достойного результата трёх цифровых линий задержки?

История успеха

Калифорнийский аудиоинженер Брайан Неунабер однажды попробовал, и у него получилось.

Большинство молодых людей выбирают образование и карьеру или отсутствие таковых за компанию с друзьями, по настоянию родителей, или идут иным путём меньшего сопротивления. Спустя потерянные десятилетия, одни находят себя и даже успевают чего-то достичь, тогда как другие — не очень.

Уже будучи восемнадцатилетним юношей, Брайан знал, чему хочет посвятить свою жизнь. Он интересовался электрогитарой, электроникой и компьютерами, решил синтезировать свои интересы, сосредоточенно трудился и достиг высочайшего профессионального уровня.

После пятнадцати лет фриланса в области разработки аналоговых и цифровых средств обработки звука для различных компаний, в том числе St. Louis Music и QSC Audio, Брайан попробовал собирать бутиковые педали эффектов для электрогитар.

Они очень понравились музыкантам, и в 2009 году была основана компания Neunaber Audio. Тремя годами спустя Брайан перестал работать на сторонних заказчиков, а в 2023 году его фирма стала частью Quilter Labs, что позволило талантливому радиоинженеру, программисту и музыканту больше не отвлекаться на бухгалтерию, маркетинг и организацию производства.

Хорошо иметь возможность постоянно заниматься именно тем, что больше всего нравится и получается лучше всего. Для этого необходимы не только талант, целеустремлённость и упорство, но и люди, на которых можно положиться, и в распоряжении которых имеются соответствующие ресурсы.

Отличный результат простыми средствами

25 июня 2008 года Брайан Неунабер подал заявку на изобретение, использующее любимые многими энтузиастами гитарных педалей и субтрактивных аналоговых синтезаторов микросхемы PT2399 в количестве трёх штук.

Действующий патент был выдан 19 июня 2012 года и доступен для ознакомления под номером US8204240. Ниже приведена иллюстрация из описания изобретения, представляющая собой схему прекрасного ревербератора на трёх цифровых линиях задержки.

Для получения более реалистичного результата, время задержки средней микросхемы, обозначенной номером 461, модулируется при помощи простейшего релаксационного генератора на КМОП-инверторе с триггером Шмитта на входе, изображённого в левой нижней части схемы.

Энтузиасты обожают микросхему CD40106, содержащую целых шесть инвертирующих триггеров Шмитта, создавая на её базе не только цифровые устройства вроде предельно упрощённого тахометра, но и эффекты обработки аудиосигнала, в основном для электрогитар.

Очень высокое входное сопротивление, огромный коэффициент усиления и предсказуемые пороги переключения делают CD40106 просто «швейцарским ножом» для любителей и профессионалов, познавших дзен этой легкодоступной копеечной микросхемы.

Основатель проекта «Music from outer space» Рэй Уилсон, чьи разработки мне доводилось собирать, даже сумел создать на основе одной такой микросхемы целый аналоговый синтезатор, называемый MFOS WSG, что расшифровывается как weird sound generator — «генератор странных звуков».

Этот синтезатор стал культовым, и лично мной собрано два экземпляра. К сожалению, фото и видео этих старых поделок не сохранились. Когда-нибудь надо будет спаять WSG снова.

Волшебные кирпичики

А гениальная разработка Брайана Неунабера выпускается под названиями Belton Brick и Accutronics Digi-Log Reverb. На одном из вариантов такого «кирпичика» можно собрать стереофонический вариант ревербератора, которым я пользуюсь до сих пор с большим удовольствием.

Эти компактные пластиковые коробочки всегда в дефиците, так как весьма востребованы. Ведь они создали прекрасную альтернативу громоздким и чувствительным к внешним вибрациям пружинным ревербераторам.

Энтузиасты давно разломали Belton Brick, подвергли его реверс-инжинирингу, выяснив номиналы компонентов к схеме из патента, и опубликовали их на страницах форумов, после чего «Великий китайский файрвол» под названием «Золотой щит» ничуть не помешал предприимчивым умельцам из Поднебесной молниеносно развернуть серийное производство дешёвых ревербераторов в корпусах разного размера, включая «Сникерс» 1590A.

Такие литые корпуса гораздо прочнее и герметичнее, чем ещё более удешевлённые из гнутого алюминиевого листа.

И вот они крупным планом — три оригинальных микросхемы PT2399S производства Princeton Technologies.

Да, схема данной педали определённо скопирована с разработки Брайана Неунабера. На её плате точно так же присутствует мощный линейный стабилизатор 78M05 наряду с микросхемой 74HC14, представляющей собой высокоскоростной низковольтный вариант CD40106.

Сдвоенные малошумящие операционные усилители TL072C выполняют функции входного и выходного буферов, точно так же, как в стандартной обвязке модуля Accutronics Digi-Log BTDR.

Пора поиграть и послушать

Демонстрация звучания на Rutube

Добавленный китайцами регулятор глубины положительной обратной связи «DWELL», как мне кажется, для обычной игры на электрогитаре не нужен. Однако он добавляет звучанию драматизма, что особенно пригодится для создания зловещего настроения при озвучивании каких-нибудь ужастиков.

Напишите в комментариях, с какими эффектами временно́й и пространственной обработки звука вам приходилось сталкиваться. Какие из них запомнились больше всего?

Лично мне нравится, когда весь электрогитарный аудиотракт полностью аналоговый, однако линии задержки сигнала я предпочитаю всё-таки цифровые, потому что они недефицитны и дёшевы, в отличие от бутиковых чипов BBD, и при этом работают в рамках моих задач ничуть не хуже.