前回記事では回路図からそのミッドレンジの張り出しを作り出している所を見つけ出したので
今回はその分をシュミレーションする所から始めて行こうと思います。
シュミレーションに使うのは「LT SPICE」というソフトです。
操作方法などはネット上でも書籍でも情報がふんだんにありますので、こういう回路をちょっと
調べたい時には非常に重宝します。そういう私もほんの初歩的な操作しか使いこなせませんが
今調べたい事位なら充分に使えますので、今回はこれを使っての話からにしようと思います。
(lt spiceは誰でも無料で簡単にダウンロード出来ますので興味のある方はぜひ使ってみて下さい。)
前回記事の最後の所の図ですが
これですね。これのQ1周りだけをシュミレーションしようと思ったら中々思うようにシュミレーション
出来ないので、ソフト上にはこの範囲の回路を入力しました。
この上のオペアンプの「U7B」の増幅部分とそれにぶら下がっているQ1周りのフィルターの所までを
入力し、シュミレートをかけたら、ようやく本来の波形が出たのでこの状態で話を進めようと
思います。
LT SPICE上で、この範囲を入力したらこのような形になりました。
回路図の書き方は人によって少しづつ違いますが、今回は思うように書いたらこんな形となりました。
この状態でオペアンプに100Hzから20KHz位の周波数を入れた場合各帯域がどの位増幅されるのか?
というのを調べる訳ですね。
その結果ですがこのようになります。
このグラフの見方ですが、横軸は周波数です。左端が「100Hz」右端が「20KHz」で、縦軸はそのレベル
ですね。得られるレベルの大きさはこの場合、実際のギターの信号ではないのでその値にはあまり
意味がありません。押さえておくポイントはさっき出てきた回路に信号を入れるとこのように
「2.3KHzにピークを持つ山形の波形になる」
という所です。で、この山形の波形ですが、ちょっと見覚えがあります。
少し話が脱線しますが、この当時のDigiTech機種によく入っている「GRUNGE」ですが
本当によく似たニュアンスを出す機種がごく身近にあります。
それは
これです。みんな大好き??? メタルゾーンですね。この機種もGRUNGEと同様にミッドレンジに
張り出しがあります。以下にメタルゾーンの回路図を掲載します。
ここの赤線で囲った部分が前述の赤線で囲った部分と同じで青で囲った部分がミッドレンジの張り出しを
作り出している部分です。
メタルゾーンもRP-6内のGRUNGEもこうしてわざとミッドレンジに張り出しを
持たせるような回路を持っているわけですね。
話を戻しましょう。ではこの部分、ミッドレンジの張り出しが気になるのでこの張り出しを抑えるよう
な機構を設けないといけません。そこで実験というかここからがシュミレートの本場です。
端的に考えると張り出しを作り出している部分が動かないといい訳ですから、ならばオペアンプ側から
トランジスタ側に行っている信号ラインをスイッチでオンオフしたら?
というのが最初に思いついた事です。これをシュミレーションしてみます。
この赤線部分ですね。これがなければトランジスタ側には信号はいかないのでミッドの張り出しは
理屈上はなくなります。「ココ」のラインを一旦画面上から削除して出力波形がどう変化するか
見てみました。結果はコチラ
2.3KHzを中心とした山形の波形は確かになくなりましたが、出力レベルがえらく小さくなりました。
赤で囲った部分ですが、元々は「db」だったのですが、今度は「mdb」となっています。この単位
読み方が分かりません。。。ミリデシベル?ミリって何?dbm(デービーエム)ではありません。
デービーエムなら「m」は後ろですから。。。ただハッキリ言える事はグラフの一番上に緑線が
見えると思いますが、あれが入力レベルになるので、どの位小さくなるかは知りませんが
入力レベルよりは出力が小さいという事はグラフから読み取れます。
という事なので、これを解消しようと思えばそれ用の回路の補正が必要になります。今回のMODは
手っ取り早くやりたいのでそれだけの為に部品を増やしたくもないので、赤線の「ココ」の部分を
スイッチで切り替えるというやり方はボツです。
で、この結果を受けて「もっと手っ取り早い方法ってないの?」というのを探したんですが
ようやくやり方と言うのが見つかりました。
何種類か調べて「ここの部品の定数を変えるとここの波形がこうなる」みたいなのを結構繰り返して
それぞれを説明するとまた話が長くなるのでここでは結果だけ。
出力レベルを落とさずに、2.3KHzを中心とした山形の波形をなくす補正回路です。
黄色の部分は新たに付け足した部分です。といっても部品3個ですが。
赤丸の2個はノーマル状態ならそこ同士が繋がっているという意味です。
緑のコンデンサ、C4の50pFですがここは暫定でその値にしています。ここの元々の定格値は
「120pF」でここを50pFにすると今までは2.3KHzをピークにレベルが落ちて行ってたのが
レベルが落ち始める周波数が少し高くなります。で、ここの部分は今までの経験上やりすぎると
耳障りな高調波が出てきますので、50pFに変えるのか元々の120pFとスイッチで切り替えるように
するのか?まだ確定していないのであくまで暫定扱いです。
で、仮にこの黄色の方に信号を流したとしてどういう波形に変化するのかというと
山形には変わりありませんがずいぶん山の頂上が平らになったのが分かると思います。この位補正
出来れば従来のような「ミッドレンジが張り出した」という感覚にはならないと思います。
出力レベルも回路をいじる前と殆ど変わりません。このやり方が一番自然な仕上がりになるようです。
ですので、RP-6に追加する機能としての1番目は
・切り替えスイッチを増設しノーマルモードとMODモードを切り替え出来るようにする
これが一つ目です。
1つは決まりましたが、1つだけだとちょっと寂しいのでもう一つ追加する事にしました。
次の部分はクリッピング部分です。
前回記事の図ですが
これのⒷの部分ですね。ここですが、こういうダイオードが片方が上向き、もう一つが下向きに
なっている部分をこの世界では「クリッピングダイオード」とか「ダイオードクリッパー」や
単にクリッパーと呼んだりします。
ここでは何をしているのかと言うと簡単に言えば波形をちょん切って信号が歪んだ状態を作り上げてる
という事になります。こういうクリッピング回路はギターアンプやエフェクターでは至る所に
使われてます。ギターアンプの場合、真空管アンプでは少ないながら使われてる事がありますし
トランジスタアンプなら十中八九は使われてます。また歪み系のエフェクターでもこのダイオード
クリッピングで信号の歪んだ状態を作り出しているのが殆どです。
(もちろんダイオードを使わない機種もそれなりに存在ますがごく少数です。)
図で説明すると
Ⓐ側はクリッピングダイオードが働いていない状態を表しています。この場合を例に取ると
信号は青の手書きの線のように左下から上に向かって電圧が上がっていき、その頂点が1Vとなり
1Vを通り過ぎるとまた0まで戻るという動きをします。
ここにダイオードが回路に入ると今度はⒷのような動きになります。
さっきと同様左下から上に向けて電圧が上がっていきますが、0.6V付近になると今度はダイオードが
動き出します。そうすると0.6Vより高くなろうとする電圧は全てダイオードが吸収するのでそれ以上
電圧が上がらないように働きます。
そしてⒶの時と同様一番電圧が高い所を通過して今度は0.6Vを下回り始めたらダイオードの動作が停止
するので再び0.6V付近から最後の0まで電圧が下がるという動きをします。
ここではよくある教科書通りにダイオードがオンする電圧、及びオフする電圧を0.6Vと書きましたが
昔はそれで良かったんですが現代ではそれより低い事が多いです。
このダイオードが動き出す電圧の事を
VF電圧(VFはVOLTAGE FOWARDの頭文字を取ったもの)と呼びますが、このVF電圧がその部品の銘柄に
よって結構違うので一概には0.6Vとは言い切れない場合が現代の機種では多いです。傾向としては
新しく開発された部品程このVF電圧は低い傾向にあります。これにはちゃんと理由があって
さっきの図を例に取ると、結局1Vのエネルギーを与えても実際動き出すのが0.6Vからなので
ダイオードの入口は電圧が1Vでも反対側の出口では0.4Vしか取り出せません。ですので
エネルギーロスが0.6Vあると言う事になります。これはこういうエフェクターに限らず電子機器
全般に言える事ですが、こういうエネルギーロスをどれだけ減らす事が出来るか?というのは設計段階
で問われるので設計者は出来るだけその機器の消費電力を抑えるように回路の仕様を決める訳ですね。
で、そのダイオードですがこのRP-6に限らずここのブログで
話のネタになっている他のDigiTech機種の場合、現時点で
1,RP-6
2,RP-10
3,GSP-2101
4,GSP2112(2120)
5,RP-1
この5機種はネット上に回路図があります。ですのでこういうダイオードを使った歪みエフェクトの
部分が確認できるんですが、その殆どが「1N4148」という銘柄の物を使ってあります。
(RP-1だけ何気に1N34Aのようなゲルマニウムダイオードを使っている箇所があります)
で、機能追加の2つ目はこのダイオードをスイッチで他の銘柄に切り替えれるようにスイッチを増設
する事です。ダイオードの銘柄をスイッチで切り替えるという機能はコンパクトエフェクターの世界
ではほぼ常識化している機能でBOSSのようなメーカーはあまり見かけませんが、ブティック系の
メーカーや自作派のユーザーではごく当たり前に行われてる行為です。
まぁ、マルチエフェクターでこれをやるような人は私ぐらいでしょうけど・・・
そもそもが、マルチエフェクターでもコンパクトエフェクターでもアナログ回路ならやってる事は
同じなので、ここはぜひ機能追加しようと思います。
で、具体的にどうするか?ですが、ちょっと話が長くなったのと区切りが丁度いいので今回の話は
ここまで。
次回は具体的なスイッチ周りの話と使用する銘柄についてを説明しようと思います。
という事で今回はここまで
それでは
~③につづく~
今回はその分をシュミレーションする所から始めて行こうと思います。
シュミレーションに使うのは「LT SPICE」というソフトです。
操作方法などはネット上でも書籍でも情報がふんだんにありますので、こういう回路をちょっと
調べたい時には非常に重宝します。そういう私もほんの初歩的な操作しか使いこなせませんが
今調べたい事位なら充分に使えますので、今回はこれを使っての話からにしようと思います。
(lt spiceは誰でも無料で簡単にダウンロード出来ますので興味のある方はぜひ使ってみて下さい。)
前回記事の最後の所の図ですが
これですね。これのQ1周りだけをシュミレーションしようと思ったら中々思うようにシュミレーション
出来ないので、ソフト上にはこの範囲の回路を入力しました。
この上のオペアンプの「U7B」の増幅部分とそれにぶら下がっているQ1周りのフィルターの所までを
入力し、シュミレートをかけたら、ようやく本来の波形が出たのでこの状態で話を進めようと
思います。
LT SPICE上で、この範囲を入力したらこのような形になりました。
回路図の書き方は人によって少しづつ違いますが、今回は思うように書いたらこんな形となりました。
この状態でオペアンプに100Hzから20KHz位の周波数を入れた場合各帯域がどの位増幅されるのか?
というのを調べる訳ですね。
その結果ですがこのようになります。
このグラフの見方ですが、横軸は周波数です。左端が「100Hz」右端が「20KHz」で、縦軸はそのレベル
ですね。得られるレベルの大きさはこの場合、実際のギターの信号ではないのでその値にはあまり
意味がありません。押さえておくポイントはさっき出てきた回路に信号を入れるとこのように
「2.3KHzにピークを持つ山形の波形になる」
という所です。で、この山形の波形ですが、ちょっと見覚えがあります。
少し話が脱線しますが、この当時のDigiTech機種によく入っている「GRUNGE」ですが
本当によく似たニュアンスを出す機種がごく身近にあります。
それは
これです。みんな大好き??? メタルゾーンですね。この機種もGRUNGEと同様にミッドレンジに
張り出しがあります。以下にメタルゾーンの回路図を掲載します。
ここの赤線で囲った部分が前述の赤線で囲った部分と同じで青で囲った部分がミッドレンジの張り出しを
作り出している部分です。
メタルゾーンもRP-6内のGRUNGEもこうしてわざとミッドレンジに張り出しを
持たせるような回路を持っているわけですね。
話を戻しましょう。ではこの部分、ミッドレンジの張り出しが気になるのでこの張り出しを抑えるよう
な機構を設けないといけません。そこで実験というかここからがシュミレートの本場です。
端的に考えると張り出しを作り出している部分が動かないといい訳ですから、ならばオペアンプ側から
トランジスタ側に行っている信号ラインをスイッチでオンオフしたら?
というのが最初に思いついた事です。これをシュミレーションしてみます。
この赤線部分ですね。これがなければトランジスタ側には信号はいかないのでミッドの張り出しは
理屈上はなくなります。「ココ」のラインを一旦画面上から削除して出力波形がどう変化するか
見てみました。結果はコチラ
2.3KHzを中心とした山形の波形は確かになくなりましたが、出力レベルがえらく小さくなりました。
赤で囲った部分ですが、元々は「db」だったのですが、今度は「mdb」となっています。この単位
読み方が分かりません。。。ミリデシベル?ミリって何?dbm(デービーエム)ではありません。
デービーエムなら「m」は後ろですから。。。ただハッキリ言える事はグラフの一番上に緑線が
見えると思いますが、あれが入力レベルになるので、どの位小さくなるかは知りませんが
入力レベルよりは出力が小さいという事はグラフから読み取れます。
という事なので、これを解消しようと思えばそれ用の回路の補正が必要になります。今回のMODは
手っ取り早くやりたいのでそれだけの為に部品を増やしたくもないので、赤線の「ココ」の部分を
スイッチで切り替えるというやり方はボツです。
で、この結果を受けて「もっと手っ取り早い方法ってないの?」というのを探したんですが
ようやくやり方と言うのが見つかりました。
何種類か調べて「ここの部品の定数を変えるとここの波形がこうなる」みたいなのを結構繰り返して
それぞれを説明するとまた話が長くなるのでここでは結果だけ。
出力レベルを落とさずに、2.3KHzを中心とした山形の波形をなくす補正回路です。
黄色の部分は新たに付け足した部分です。といっても部品3個ですが。
赤丸の2個はノーマル状態ならそこ同士が繋がっているという意味です。
緑のコンデンサ、C4の50pFですがここは暫定でその値にしています。ここの元々の定格値は
「120pF」でここを50pFにすると今までは2.3KHzをピークにレベルが落ちて行ってたのが
レベルが落ち始める周波数が少し高くなります。で、ここの部分は今までの経験上やりすぎると
耳障りな高調波が出てきますので、50pFに変えるのか元々の120pFとスイッチで切り替えるように
するのか?まだ確定していないのであくまで暫定扱いです。
で、仮にこの黄色の方に信号を流したとしてどういう波形に変化するのかというと
山形には変わりありませんがずいぶん山の頂上が平らになったのが分かると思います。この位補正
出来れば従来のような「ミッドレンジが張り出した」という感覚にはならないと思います。
出力レベルも回路をいじる前と殆ど変わりません。このやり方が一番自然な仕上がりになるようです。
ですので、RP-6に追加する機能としての1番目は
・切り替えスイッチを増設しノーマルモードとMODモードを切り替え出来るようにする
これが一つ目です。
1つは決まりましたが、1つだけだとちょっと寂しいのでもう一つ追加する事にしました。
次の部分はクリッピング部分です。
前回記事の図ですが
これのⒷの部分ですね。ここですが、こういうダイオードが片方が上向き、もう一つが下向きに
なっている部分をこの世界では「クリッピングダイオード」とか「ダイオードクリッパー」や
単にクリッパーと呼んだりします。
ここでは何をしているのかと言うと簡単に言えば波形をちょん切って信号が歪んだ状態を作り上げてる
という事になります。こういうクリッピング回路はギターアンプやエフェクターでは至る所に
使われてます。ギターアンプの場合、真空管アンプでは少ないながら使われてる事がありますし
トランジスタアンプなら十中八九は使われてます。また歪み系のエフェクターでもこのダイオード
クリッピングで信号の歪んだ状態を作り出しているのが殆どです。
(もちろんダイオードを使わない機種もそれなりに存在ますがごく少数です。)
図で説明すると
Ⓐ側はクリッピングダイオードが働いていない状態を表しています。この場合を例に取ると
信号は青の手書きの線のように左下から上に向かって電圧が上がっていき、その頂点が1Vとなり
1Vを通り過ぎるとまた0まで戻るという動きをします。
ここにダイオードが回路に入ると今度はⒷのような動きになります。
さっきと同様左下から上に向けて電圧が上がっていきますが、0.6V付近になると今度はダイオードが
動き出します。そうすると0.6Vより高くなろうとする電圧は全てダイオードが吸収するのでそれ以上
電圧が上がらないように働きます。
そしてⒶの時と同様一番電圧が高い所を通過して今度は0.6Vを下回り始めたらダイオードの動作が停止
するので再び0.6V付近から最後の0まで電圧が下がるという動きをします。
ここではよくある教科書通りにダイオードがオンする電圧、及びオフする電圧を0.6Vと書きましたが
昔はそれで良かったんですが現代ではそれより低い事が多いです。
このダイオードが動き出す電圧の事を
VF電圧(VFはVOLTAGE FOWARDの頭文字を取ったもの)と呼びますが、このVF電圧がその部品の銘柄に
よって結構違うので一概には0.6Vとは言い切れない場合が現代の機種では多いです。傾向としては
新しく開発された部品程このVF電圧は低い傾向にあります。これにはちゃんと理由があって
さっきの図を例に取ると、結局1Vのエネルギーを与えても実際動き出すのが0.6Vからなので
ダイオードの入口は電圧が1Vでも反対側の出口では0.4Vしか取り出せません。ですので
エネルギーロスが0.6Vあると言う事になります。これはこういうエフェクターに限らず電子機器
全般に言える事ですが、こういうエネルギーロスをどれだけ減らす事が出来るか?というのは設計段階
で問われるので設計者は出来るだけその機器の消費電力を抑えるように回路の仕様を決める訳ですね。
で、そのダイオードですがこのRP-6に限らずここのブログで
話のネタになっている他のDigiTech機種の場合、現時点で
1,RP-6
2,RP-10
3,GSP-2101
4,GSP2112(2120)
5,RP-1
この5機種はネット上に回路図があります。ですのでこういうダイオードを使った歪みエフェクトの
部分が確認できるんですが、その殆どが「1N4148」という銘柄の物を使ってあります。
(RP-1だけ何気に1N34Aのようなゲルマニウムダイオードを使っている箇所があります)
で、機能追加の2つ目はこのダイオードをスイッチで他の銘柄に切り替えれるようにスイッチを増設
する事です。ダイオードの銘柄をスイッチで切り替えるという機能はコンパクトエフェクターの世界
ではほぼ常識化している機能でBOSSのようなメーカーはあまり見かけませんが、ブティック系の
メーカーや自作派のユーザーではごく当たり前に行われてる行為です。
まぁ、マルチエフェクターでこれをやるような人は私ぐらいでしょうけど・・・
そもそもが、マルチエフェクターでもコンパクトエフェクターでもアナログ回路ならやってる事は
同じなので、ここはぜひ機能追加しようと思います。
で、具体的にどうするか?ですが、ちょっと話が長くなったのと区切りが丁度いいので今回の話は
ここまで。
次回は具体的なスイッチ周りの話と使用する銘柄についてを説明しようと思います。
という事で今回はここまで
それでは
~③につづく~
コメント