| Rys.1 |  |
ostatnia aktualizacja : 05-12-08
Funkcjonalnie wydzieloną częścią każdego wzmacniacza gitarowego jest jego obwód wejściowy - tzw. przedwzmacniacz - lub krótko ''preamp''. To właśnie w nim zachodzą najistotniejsze procesy wzmacniania, kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej, wzbogacanie w dodatkowe przebiegi harmoniczne, nadające brzmieniu instrumentu określony, niepowtarzalny charakter. Także tu zachodzi naturalna kompresja sygnału, bardzo korzystna dla poprawnej pracy końcówki mocy. Regulacja barwy dźwięku, pogłos sprężynowy, pętle efektów również realizowane są zwykle w przedwzmacniaczu. W swej najprostszej wersji zawiera on 2-3 pasmowy regulator barwy i jeden głośności. W układach bardziej rozbudowanych, dodatkowej regulacji podlega czułość wejścia (Gain), wyrazistość (przełączniki Bright, Brilliance), głębokość i intensywność wbudowanych efektów (Reverb, Tremolo). Możliwe jest też przełączanie osobnych kanałów - bezpośrednie lub systemem MIDI. Sprzężenie przedwzmacniacza ze stopniem mocy może być bezpośrednie lub poprzez końcowy regulator głośności, nazywany Master Volume. Jak wspomniałem na wstępie do podstawowych i najbardziej pożądanych funkcji przedwzmacniacza należy przede wszystkim generowanie zniekształceń (distortion) i tworzenie pozornego podtrzymania dźwięku, tzw. sustainu. Równie istotne jest kreowanie specyficznego, głównie "średniotonowego'' obrazu dźwiękowego, wynikającego z roli i usytuowania brzmienia gitary elektrycznej na tle pozostałych instrumentów. W praktyce oznacza to możliwość oparcia się gitarzysty "zmasowanemu atakowi" kotła basowego i gitary basowej z jednej, a pobrzękiwaniem i wszelkiego rodzaju sykom-bzykom hi-hat'ów, stringów, etc., z drugiej strony, bez uciekania się do rozwiązania "siłowego", jakim jest moc samego wzmacniacza. Przy tym wszystkim konieczne jest zrobienie miejsca dla głosu wokalisty. Jak widać, swoisty "przymus" optymalnego brzmienia gitary determinowany jest przez długi łańcuch zmiennych, często bardzo trudnych do zdefiniowania. Swoistym pewnikiem jest jedynie zamierzona nieliniowość praktycznie wszystkich stopni przedwzmacniacza oraz inne niż we wzmacniaczach Hi-Fi - zazwyczaj znacznie niższe - częstotliwości graniczne układu barwy dźwięku. To właśnie dlatego obiektywna ocena wzmacniacza może być trudna, szczególnie jeśli podejmuje się jej w oderwaniu od kontekstu muzycznego. Paradoksalnie, zdarza się, że wzmacniacz rewelacyjny "na sucho'', rozczarowuje na tle zespołu i odwrotnie - dziwnie brzmiący w pojedynkę, doskonale radzi sobie z rytmem i partiami solowymi. Ta właściwość wzmacniaczy jest często przytaczana we wszelkiego rodzaju bench-testach w "poważnych" periodykach gitarowych. Jednak w ostatecznym rozrachunku koło i tak zamyka się na uchu gitarzysty, który w zależności od potrzeb może wybierać pomiędzy prostym "do bólu" wzmacniaczem typu boutique - Hound Dog's Bloodhound, a rozbudowanym cyfrowo Johnson/Millenium f-my Digitech. Podstawowa różnica pomiędzy Hi-Fi a wzmacniaczem gitarowym polega także na tym, że o ile wzmacniacz Hi-Fi powinien być całkowicie "przezroczysty" akustycznie, a projektantowi przyświeca głównie pragnienie ograniczenia do minimum wnoszonych zniekształceń (b. szerokie pasmo, "zero" zniekształceń nieliniowych, itd.), o tyle gitarowiec jest podporządkowanym konkretnemu instrumentowi KOREKTOREM SYGNAŁU, bazującym właśnie na nieliniowości elementów i operującym użytecznymi muzycznie i akustycznie zniekształceniami. Caaałkowite odwrócenie środków i celów.... Między innymi dlatego podłączenie gitary do domowego zestawu i przysłowiowe przyłojenie w struny często kończy się uszkodzeniem co najmniej "naszego ukochanego zestawu trójdrożnego".
Nie sposób zrozumieć zagadnienia zamierzonego generowania zniekształceń we wzmacniaczu gitarowym, bez przynajmniej pobieżnego przeanalizowania pracy pojedynczego, triodowego stopnia wzmacniającego. Rys. 1 przedstawia jego podstawowy schemat.
| Rys.1 | |
Z punktu widzenia teorii obwodów lampowych jest to po prostu oporowy wzmacniacz napięciowy klasy A, którego zadanie polega na maksymalnym wzmocnieniu amplitudy doprowadzonego sygnału, a następnie specyficznym, niesymetrycznym jej ograniczeniu. Nazwa - oporowy - pochodzi od obecności rezystora anodowego, tu R4 100k. W praktyce poszczególne stopnie wzmacniacza gitarowego zachowują się jak obcinacze sygnału. Uwaga ta dotyczy zarówno lamp przedwzmacniacza, jak i stopnia mocy. Ilustrują to poniższe rysunki.
|
|
|
|
|
|
Zachodzi ono trzema torami, poprzez: a) wykorzystanie dolnego i górnego zakrzywienia charakterystyki siatkowej, b) obcinanie siatkowe, c) odcięcie prądu anodowego.
Punktem wyjścia do dalszych rozważań niech będzie fakt, że czysty sygnał sinusoidalny nie zawiera żadnych harmonicznych, sygnał prostokątny zaś, zawiera co najmniej 30% harmonicznych nieparzystych. Potwierdza to badanie miernikiem zniekształceń nieliniowych, jak i teoretyczne rozważania nad matematyczną analizą Fouriera. W zwykłych warunkach pracy siatka sterująca triody zachowuje się jak dioda spolaryzowana zaporowo, a więc posiada opór rzędu dziesiątek czy setek megaomów. Jeśli amplituda doprowadzonego sygnału sinusoidalnego jest mała i mieści się w granicach napięcia polaryzującego tę siatkę (ok. 1-2V), to mamy zasadniczo do czynienia z typowym wzmacniaczem pracującym w klasie A, dzięki czemu zniekształcenia są bardzo małe. Na anodzie lub inaczej na dolnym końcu rezystora anodowego, otrzymamy czysty, wzmocniony kilkadziesiąt razy sygnał sinusoidalny, oczywiście przy założeniu, że wykorzystywany jest jedynie maksymalnie prostoliniowy odcinek charakterystyki siatkowej triody. Sytuację tę ilustruje Rys. 2a.
| Rys.2 |  |
Natomiast wpływ dolnego zakrzywienia charakterystyki na kształt sygnału pokazuje Rys. 2b. Dokładniejszą "analizę" wpływu drugiej harmonicznej na sygnał pokazuje Rys. 3, gdzie widzimy wyraźnie, jak do "amplitudy" górnej połówki sinusoidy dodawana jest "amplituda" harmonicznej, od dolnej zaś jest ona odejmowana. Tak więc o harmonicznym bogactwie brzmienia wzmacniacza lampowego decydują pozornie drobne, te właśnie elementarne zjawiska.
| Rys.3 |  |
Uproszczone porównanie wpływu na sygnał sinusoidalny parzystych - Rys. 4a, b i nieparzystych harmonicznych - Rys. 4c, d, e, f ilustrują poniższe wykresy. Kolorem czarnym zaznaczono częstotliwość podstawową, niebieskim - harmoniczne, czerwonym - sygnał wypadkowy.
| Rys.4a |  |
Jeśli druga harmoniczna nie jest przesunięta w fazie względem częstotliwości podstawowej, następuje psychoakustyczne "wzmocnienie" (reinforce), często odbierane jako przyjemne podbarwienie dźwięku.
| Rys.4b |  |
Faza drugiej harmonicznej przesunięta o 90 stopni. Jest to charakterystyczne dla lamp elektronowych niesymetryczne ograniczanie sygnału, zarówno poprzez wpływ dolnego zakrzywienia charakterystyki siatkowej lampy, jak i samo obcinanie siatkowe. Stanowi zasadniczy element odróżniający lampy od elementów półprzewodnikowych.
| Rys.4c |  |
Trzecia harmoniczna zgodna w fazie z sygnałem podstawowym. Typ zniekształceń charakterystyczny dla symetrycznego obcinania w stopniu mocy, zwykle po osiągnięciu przez sygnał amplitudy równej w przybliżeniu napięciu zasilania, zarówno w lampowym układzie push-pull, jak i typowym układzie półprzewodnikowym (np. komplementarnym, quasikomplementarnym).
| Rys.4d |  |
Trzecia harmoniczna przesunięta o 180 stopni. Ten typ zniekształceń jest charakterystyczny dla "przejścia sygnału przez zero". Występuje w kilku sytuacjach, zarówno we wzmacniaczach lampowych (stopień mocy push-pull), jak i półprzewodnikowych. W układach lampowych powodowany jest przez dwa podstawowe "mechanizmy". Pierwszy - gdy ujemne napięcie (bias) polaryzujące lampy końcowe ma zbyt duża wartość - wówczas prąd spoczynkowy płynący przez lampy jest b. mały i lampy pracują w okolicy dolnego zakrzywienia charakterystyki. Mamy do czynienia z tzw. underbiasing, któremu łatwo zapobiec ustawiając właściwy dla danego typu lamp mocy prąd spoczynkowy. Drugi - pojawiający się "dynamicznie" wówczas, gdy napięcie zasilające siatki ekranowe lamp końcowych obniża się wraz z wielkością oddawanej do głośnika mocą (sagging) i przesuwa chwilowo punkt pracy lamp w kierunku dolnego zakrzywienia charakterystyki.
| Rys.4e |  |
Trzecia harmoniczna przesunięta o 90 stopni. Ten typ zniekształceń trzecią harmoniczną powstaje najczęściej w samym transformatorze wyjściowym, przy przenoszeniu dużych amplitud sygnału o najniższych częstotliwościach (20-40Hz). Ich poziom zależy od indukcyjności głównej uzwojenia pierwotnego, wielkości samego rdzenia i jakości stali użytej do jego wykonania.
| Rys.4f |  |
Powyższy przykład pokazuje, że zaledwie 3, 5, 7, 9 harmoniczna dość dobrze aproksymuje sygnał prostokątny. Im więcej nieparzystych harmonicznych, tym bardziej idealny prostokąt, co jednocześnie może oznaczać bardziej syntetyczny, 'piaszczący' dźwięk
Trzeba mieć świadomość, że powyższe typy zniekształceń występują w każdym wzmacniaczu jednocześnie, w bardzo różnych proporcjach i w niezliczonej ilości kombinacji.
Charakterystykę siatkową daje się "wyprostować, przedłużyć i przesunąć w lewo" poprzez zwiększenie napięcia anodowego (patrz krzywa A), oczywiście przy zachowaniu właściwego prądu katody. W opisanej wyżej sytuacji pojedynczy stopień triodowy i tak generuje harmoniczne (głównie parzyste), których zawartość waha się od ok. 1% do 8%, zależnie od typu lampy. Przy zwiększaniu amplitudy sygnału sterującego zaczyna ujawniać się wpływ dolnego zakrzywienia charakterystyki, polegający na powstawaniu typowych zniekształceń nieliniowych, z dominującymi parzystymi harmonicznymi (2, 4, 6. . . ). Obserwacja obrazu widocznego na ekranie oscyloskopu podłączonego do anody, pokazuje jak pierwotnie niezniekształcone wierzchołki "górnych'' połówek sinusoidy ulegają łagodnemu zaokrągleniu, tym większemu, im bardziej sygnał zachodzi na dolne zakrzywienie charakterystyki. Zobaczmy, co dzieje się przy dalszym zwiększaniu amplitudy sygnału. Kiedy jego wartość bezwzględna przekroczy napięcie polaryzacji, dzięki pojawieniu się prądu siatki, przestrzeń siatka-katoda z diody spolaryzowanej zaporowo przekształci się w diodę spolaryzowaną w kierunku przewodzenia. Wiąże się to z gwałtownym, cyklicznym spadkiem rezystancji tej przestrzeni do wartości 1-2 k (!). Wtedy na rezystorze R1 mającym znaczną wartość (np. 470k), powstaje spadek napięcia doprowadzonego sygnału, widziany na oscyloskopie jako wyraźne odcięcie jego górnej połówki. Zgodnie z analizą Fouriera, pojawieniu się w sygnale stromych i płaskich odcinków towarzyszy wzrost zawartości nieparzystych harmonicznych, głównie trzeciej, jednak przy coraz wyższym poziomie drugiej harmonicznej, wynikającym z asymetrii powstającego w ten sposób przebiegu. Dalsze zwiększanie amplitudy sygnału powoduje cykliczne odcinanie prądu anodowego przez dolną, a maksymalizację jego wartości przez górną połówkę sygnału sterującego. W tym ostatnim zjawisku bierze udział górne zakrzywienie charakterystyki, doprowadzając do nasycenia prądu anody. Tworzy się swoisty układ zero-jedynkowy. Sygnał obserwowany na oscyloskopie jest zbliżony kształtem do niesymetrycznego sygnału trapezowego (b. wąska podstawa, szeroki wierzchołek). Pomiar harmonicznych ujawnia ponad 30% zawartość drugiej i ok. 10% trzeciej harmonicznej. Zastosowanie kondensatora C1 (np. 680n) blokującego rezystor katodowy R3 (1k5) wpływa na wzmocnienie i - zależnie od wielkości pojemności - na szerokość pasma przenoszonego przez stopień. Zmienia także charakter obcinania siatkowego - z łagodnego, zaokrąglającego, na bardziej radykalny, przypominający pracę półprzewodnikowego obcinacza diodowego. W przypadku realnego wzmacniacza mamy do czynienia z łańcuchem 2-5 takich stopni, połączonych szeregowo, które naprzemiennie obcinają i wzmacniają sygnał, doprowadzając w rezultacie do uzyskania prawie idealnie symetrycznego prostokąta. Różnica pomiędzy przesterem lampowym a szeroko rozumianym przesterem półprzewodnikowym polega więc głównie na "wchodzeniu'' dominujących parzystych harmonicznych generowanych przez każdy kolejny stopień lampowy do sumarycznego przebiegu wyjściowego oraz stopniowym, a nie progowym ograniczaniu sygnału w poszczególnych stopniach. Natomiast półprzewodnikowe obcinacze diodowe, nie robią nic innego, jak tylko jednorazowo obcinają ultrasymetrycznie wierzchołki wirtualnej sinusoidy na stałym (np. ok. 0,7V) poziomie. W rezultacie nie zachodzi wzmacnianie (reinforce) tonu podstawowego drugą harmoniczną (która jest po prostu oktawą tego tonu). Jednak w zamian, w obcinaczach półprzewodnikowych, uzyskuje się bardzo mocny, agresywny dźwięk, bardzo dobry do gry single note lub power chord (pryma + kwinta, pryma + kwarta). Inne interwały oraz akordy wielodźwiękowe nie brzmią zbyt konsonansowo i mają tendencję do zdudniania. Jest to rezultat dominowania w sygnale trzeciej i wyższych harmonicznych nieparzystych. W ten - niestety - sposób zachowuje się większość tranzystorowych końcówek mocy popularnych wzmacniaczy gitarowych, które - przesterowane - radykalnie obcinają sygnał na poziomie napięć zasilacza (jest to także sytuacja bardzo groźna dla głośnika).
Niezmiernie istotna jest właściwa amplitudowo-częstotliwościowa korekcja sygnału na wejściu układu (Tone Shaping). Moim zdaniem, jej brak lub też jej niewłaściwe "poprowadzenie" jest absolutną praprzyczyną większości kłopotów z uzyskaniem tego jedynego, upragnionego brzmienia. Jej rola rośnie proporcjonalnie do ilości stopni obcinających, a tym samym do całkowitego wzmocnienia przedwzmacniacza, wynikającego z iloczynu wzmocnień poszczególnych stopni. Korekcja ma także ogromny wpływ na zmniejszenie niepożądanych zniekształceń intermodulacyjnych, które da się najprościej zdefiniować jako "konflikt dwóch różnych częstotliwości". W rezultacie otrzymujemy "zdudnienie", jeśli częstotliwości różnią się w stopniu nieznacznym, oraz pojawienie się dziwnych dysonansów przy większych różnicach częstotliwości. W skrajnych przypadkach intermodulacja doprowadza do zatykania się lamp przedwzmacniacza, a także lamp stopnia mocy. Innymi słowy, to co dobre dla przedwzmacniacza 1-2 stopniowego, daje fatalne brzmienie w przypadku większej ich liczby. Ponadto błędy korekcji stopnia wejściowego zostaną po prostu powielone przez kolejne stopnie. Naturalny, nie przetworzony sygnał z przetwornika gitarowego zawiera, oprócz częstotliwości podstawowej, całą gamę alikwotów (overtones, współdźwięki) i harmonicznych o bardzo zróżnicowanej amplitudzie, zależnej od rodzaju przetwornika, materiału, z jakiego wykonane są struny etc., a także od oczywistego faktu, że struna drga nie w jednej, a wszystkich płaszczyznach. Nie wszystkie składowe sygnału są dobrym materiałem wyjściowym do dalszej "obróbki''. Podejmuje się więc kroki zmierzające do zawężenia pasma przenoszonego przez stopnie wejściowe w zakresie najwyższych i najniższych częstotliwości, oczywiście w odpowiednich proporcjach. Nadmiar tych pierwszych powoduje wzrost szumów, podatność na zjawisko mikrofonowania lamp, a w brzmieniu daje rezultat określany żartobliwie - mosquitoes in heat - brzęczenie komarów w tropiku lub bardziej swojsko - piaszczenie. Nadmiar drugich powoduje pogorszenie artykulacji, (muck, pumping) "mulenie'', "zatykanie'' się wzmacniacza, w skrajnych przypadkach prowadząc do chwilowego zaniku dźwięku. W źle skompensowanym częstotliwościowo przedwzmacniaczu zjawisko to można zaobserwować przy przejściu z gry na stosunkowo wąskopasmowym i dającym niskonapięciowy sygnał przetworniku Single Coil na grę z wykorzystaniem przetwornika Humbucker - z wyraźnym pogorszeniem w tym drugim przypadku. Wynika to z faktu, że triody przedwzmacniacza pracują - w przeciwieństwie do wzmacniaczy Hi-Fi - z prądami siatek. W tej sytuacji dochodzi do sumowania się prądu katody i siatki sterującej, to z kolei wywołuje wzrost dodatniego potencjału katody względem masy a tym samym wzrost ujemnego napięcia siatki względem katody. To napięcie przesuwa punkt pracy znacznie na lewo, czyniąc lampę niezdolną do równomiernego przenoszenia składowej zmiennej. Stąd wynika konieczność stosowania sprzęgających elementów RC o takich wartościach rezystancji i pojemności, aby stała czasowa nie przekraczała 0,01-0,02 sek. , przy jednoczesnym sumarycznym oporze dzielnika rezystorowego R1/R2 od 200k do 1M.
|
Rys.5 |
 |
Ogromną rolę odgrywają elementy LRC - Rys. 5 - umieszczone w obwodach katod, anod i siatek sterujących poszczególnych stopni. Każdy z tych elementów "działa" w nieco odmienny sposób. Dzielnik R1/R2 z Rys. 5a - jak opisano to wcześniej - separuje wysokooporowe wyjście anodowe stopnia poprzedzającego od zmieniającego się cyklicznie oporu wejściowego siatki sterującej oraz dzieli amplitudę sygnału przez dwa. Z kolei układ R1/R2 z Rys. 5b pozwala zachować maksymalną amplitudę sygnału "wchodzącego". Dodatkowo, rezystor R1 (470k) oraz C2 (np.33p) stanowią dolnoprzepustowy filtr RC, "pogłębiający" i tak już istniejący, tutaj niewątpliwie korzystny efekt Millera (ograniczanie najwyższych częstotliwości wskutek istnienia pojemności wejściowej siatki sterującej) - zobacz Miller Capacitance. Użyteczny zakres pojemności C2 leży w przedziale od 10p do 100p (ale dla R1=470k!). Kondensator C1 (22p) stanowi element ujemnego sprzężenia zwrotnego, gdyż jak wiemy, pomiędzy siatką sterującą a anodą sygnał jest przesunięty o 180 stopni. Działanie tego kondensatora jest bardzo skuteczne - zastosowany szczególnie w pierwszym stopniu triodowym radykalnie zmniejsza tendencję do wzbudzania się przedwzmacniacza w zakresie częstotliwości ponadakustycznych. Użyteczny zakres pojemności 10p - 68p. W niektórych konstrukcjach w roli kondensatora C1 "występuje" opisany nieco niżej labirynt ścieżek na PCB. Trzeba pamiętać, że ten kondensator powinien wytrzymać napięcie co najmniej 630VDC, szczególnie, gdy jest zastosowany w pierwszym - wejściowym stopniu triodowym. Poprzez dobór wartości rezystora anodowego R4 można wpływać na wielkość wzmocnienia stopnia oraz szerokość pasma akustycznego. Użyteczny zakres rezystancji R4 leży w przedziale 47k-220k. Dolne wartości dają mniejsze wzmocnienie, ale szersze (bardziej równomierne) pasmo akustyczne. Wartości większe dają większe wzmocnienie, jednak z dość sporym ograniczeniem pasma w zakresie wysokich częstotliwości. Kondensator C5 bocznikuje rezystor anodowy R1 (np. 100k) dla wyższych częstotliwości, dodatkowo ograniczając ich wzmocnienie. Użyteczny zakres pojemności C5 leży w przedziale od 100p do 1n. Rezystor katodowy R3, o ile nie jest bocznikowany kondensatorem C3, może mieć użyteczne wartości leżące w przedziale od 820R do 39k. Wskutek występowania ujemnego prądowego sprzężenia zwrotnego na tym rezystorze, im wyższy jest jego opór, tym mniejsze jest wzmocnienie stopnia i jednocześnie mniejsze zniekształcenia (patrz: podobieństwo do wtórnika katodowego). Jeśli zastosujemy kondensator C3, użyteczny zakres oporu R3 zawęża się do przedziału 820R - 3k3. Kondensator C3 zwiększa znacznie wzmocnienie stopnia, a od wielkości jego pojemności zależy jak szerokie pasmo (w dół) jest wzmacniane. Użyteczny zakres pojemności C3 leży w przedziale od 22u ("elektrolit" w kanale Clean) do 470n - 1u(w kanale Crunch lub Lead). Kondensator C4(np. 2n2)oraz rezystor R5(np. 100k) stanową górnoprzepustowy filtr RC wprowadzający bardzo istotną kompensację w zakresie częstotliwości najniższych. Dobór odpowiednich wartości tych dwóch elementów zapobiega głównie "muleniu". Możliwe jest także stosowanie układu rezonansowego, złożonego z szeregowo połączonej cewki L1 i kondensatora C6. Przedstawione wyżej informacje stanowią niezbędne minimum, konieczne do w miarę "świadomego", samodzielnego kształtowania "oblicza" naszego piecyka. Pogoń za "ostatecznym'' dźwiękiem (ultimate tone) już dawno doprowadziła do ukształtowania się kilku-, kilkunastu charakterystycznych struktur brzmieniowych, bardzo typowych dla takich firm, jak Dumble, Fender, Marshall, Hiwatt, Vox czy Mesa Engineering, związanych głównie z taką, a nie inną topologią przedwzmacniacza, stanowiąc często swoiste punkty odniesienia. Zdarza się, że istotne dla całokształtu brzmienia elementy i ich konfiguracje są chronione przez patenty albo zamknięcie w nierozbieralną, silikonową lub epoksydową kostkę. Od pewnego czasu, życie "dłubaczom" obrzydza stosowanie dwustronnych, skomplikowanych płyt PCB. Niewątpliwie, w układach przedwzmacniaczy typu High Gain, w celu uzyskania właściwej dynamiki i artykulacji, konieczna jest radykalna amplitudowo-częstotliwościowa korekcja sygnału wejściowego, a następnie, niejako "odwrócona" o 180 stopni korekcja sygnału wyjściowego. Po takiej wstępnej korekcji sygnał z przetworników ma odsłuchowo mało przyjemny "telefoniczno-kartonowy'' charakter. Stanowi jednak najlepszy substrat do uzyskania bardzo "gęstego przesteru". Zawiera wielokrotnie wzmocnione owertony, mające pierwotnie bardzo małą amplitudę, przy wyeliminowanych skrajnych częstotliwościach pasma instrumentu, odpowiedzialnych za wspomniane negatywne zjawiska. I znów, paradoksalnie, taka radykalna korekcja nie daje zadowalającego brzmienia przy płytkich przesterowaniach. Sensowne wydaje się więc konstruowanie co najmniej dwóch dedykowanych kanałów przedwzmacniacza typu Crunch i Lead, w których zakresy korekcji dopasowane są do głębokości przesteru. Korekcja wyjściowa ma na celu zredukowanie ogromnej ilości powstających wyższych harmonicznych, których obecność w sygnale jest wybitnie nieprzyjemna odsłuchowo ("piła tarczowa tnąca szkło"). Na rys. 6, 7, 8, 9, 10 i 11 przedstawione są uproszczone, podstawowe wersje przedwzmacniaczy, nazwanych umownie - dla pewnego usystematyzowania - Fender, Marshall, Mesa, Soldano, Peavey/5150, Marshall/6100. Podstawę stanowią w nich zwykłe triodowe oporowe wzmacniacze napięcia oraz tzw. "półkowy" (shelving) regulator barwy dźwięku.
Przedwzmacniacz typu Fender - Rys. 6 - jest bardzo prosty, oparty o jedną podwójną triodę 12AX7(ECC83). Zasadniczą jego cechą jest klarowne, szkliste wręcz brzmienie i brak możliwości uzyskania dużej ilości zniekształceń. Przed erą wzmacniaczy typu Master Volume przesterowanie realizowano w końcówce mocy, poprzez maksymalne "odkręcenie'' gałki głośności. Widoczny jest także brak elementów o "dziwnych'' wartościach, a lampy pracują w czystej klasie A. Po regulatorze barwy dźwięku, ze względu na jego lokalizację trudno spodziewać się szczególnej elastyczności i wielkiej różnorodności uzyskiwanych barw. Układ ten, w różnych modyfikacjach, stosowany jest szeroko jako samodzielny przedwzmacniacz kanału Clean wielu wzmacniaczy. Warto pamiętać o tym, że tzw. półkowy, trójpasmowy regulator barwy dźwięku, sam przez się powoduje spore zniekształcenia z tytułu obciążenia sterującej go triody (szczególnie ECC 83) stosunkowo małą impedancją (ok. 100 k), zależną w dużym stopniu od położenia suwaków poszczególnych potencjometrów. Jeśli ten układ ma pracować we wzmacniaczu do gitary basowej, to warto poeksperymentować z lampą 12AU7(ECC82) lub 12AT7(ECC81) - vide Fender BASSMAN. W wielu "małych" konstrukcjach Fendera stosowano jako stopień wyjściowy pojedynczą tetrodę 6V6 w klasie A, w większych dwie w układzie push-pull oraz klasyczne 6L6 lub 5881. Jako ciekawostkę przytoczyć można fakt, że pierwotnie Leo Fender konstruował swe pierwsze wzmacniacze gitarowe jako wzmacniacze kategorii Hi-Fi !
| Rys.6 |  |
Przedwzmacniacz typu Marshall - Rys. 7 - jest bardziej złożony i należy do kategorii Master Volume. W pierwszym stopniu V1, istotną rolę odgrywa rezystor katodowy o dość dużej wartości 2,7k, zablokowany do masy kondensatorem o wartości zaledwie 680 nF. Dzięki niemu, punkt pracy na charakterystyce przesunięty jest nieznacznie dla dużych sygnałów wejściowych w kierunku klasy AB, generując parzyste harmoniczne. Wzmocnienie jest największe dla częstotliwości średnich i wysokich. Następuje tu łagodne ograniczenie częstotliwości najniższych (low-end roll-off), bardzo korzystne dla dalszej obróbki sygnału. Lampa zawierająca tę triodę powinna być elastycznie zawieszona i ekranowana. Dla minimalizacji przydźwięku sieci wskazane jest żarzenie jej włókna stabilizowanym prądem stałym. Znajdujący się po V1 potencjometr określany mianem Gain, służy do płynnej regulacji nie tylko głośności, ale przede wszystkim wpływa na poziom zniekształceń czyli zawartość harmonicznych. Możliwość uzyskania czystych brzmień istnieje jedynie na początku obrotu i przy wykorzystaniu wejścia LOW. Sygnał z suwaka potencjometru Gain trafia na siatkę triody V2, która dzięki rezystorowi katodowemu 10k pracuje z bardzo małym prądem. Brak kondensatora blokującego rezystor katodowy powoduje występowanie ujemnego, prądowego, równoległego sprzężenia zwrotnego, dzięki któremu obcinanie siatkowe ma bardzo łagodny charakter (soft clipping). Całkowite wzmocnienie stopnia jest stosunkowo małe dla wszystkich częstotliwości. Następuje tu naturalne ograniczenie szumów i przydźwięku 50Hz. Stopień V3 przyłączony jest przez dzielnik złożony z rezystorów 470k, którego zasadniczą rolą jest wyeliminowanie wpływu zmieniającego się cyklicznie oporu siatki sterującej V3 na obwód anody V2. Trioda V3 ze swoim oporem katodowym 820R, stanowi swoisty "dopalacz", którego zadaniem, proszę wybaczyć słowo, jest "uprostokątowienie" sygnałów o dużej amplitudzie, a więc wzbogacenie w nieparzyste harmoniczne, decydujące o ostrym, metalowym brzmieniu. Trzeba pamiętać, że wartość Rk = 820R nie wymusza na anodzie utrzymywania się ok. 1/2 napięcia zasilającego V3. Jest to bardzo istotne dla trwałości izolacji katoda-grzejnik wtórnika katodowego V4, ponieważ dopuszczalne napięcie między katodą a grzejnikiem dla lampy ECC 83 wynosi 180V. Wtórnik katodowy V4 oddziela wysokoimpedancyjne wyjście anody V3 od niskoimpedancyjnego wejścia regulatora barwy dźwięku. (Uwaga: V4 obciążona w/w regulatorem wprowadza spore zniekształcenia dla dużych amplitud sygnału "czystego"!). Jego działanie ze względu na bogactwo harmonicznych jest bardzo efektywne. W niektórych konstrukcjach z rezystora katodowego V4 (przed regulatorem barwy dźwięku) pobierany jest sygnał do sterowania obwodem pogłosu sprężynowego. Wyjściowy potencjometr Master Volume wraz z regulatorem Gain tworzy parę umożliwiającą odpowiednie dozowanie sygnału do końcówki mocy i jej przesterowywanie, a która wyposażona w potencjometr Presence, jako całość dodatkowo wzbogaca dźwięk i poprawia artykulację. Dzięki takiej konfiguracji wzmacniacze Marshall wyposażone w pentody EL 34, na brzmieniach czystych zawsze wykazują niezwykle charakterystyczne "przybrudzenie", a na przesterowanych dysponują szeroką paletą barw, stanowiąc w tej dziedzinie niewątpliwy kanon. Przy grze z dużym przesterem trójpasmowy układ barwy dźwięku przestaje spełniać swą standardową rolę. Przepuszcza raczej tylko te korzystne harmoniczne, podlegające w stopniu mocy dodatkowemu symetrycznemu ograniczeniu. Ze względu na sposób nawinięcia transformatora głośnikowego (celowo bardzo odległy od norm Hi-Fi !) następuje w nim charakterystyczne odfiltrowanie najwyższych i najniższych częstotliwości (hi/low-end roll-off). Ten typ przedwzmacniacza "lubi" dodatkowe przesterowanie wejścia za pomocą wszelkiego rodzaju efektów podłogowych.
| Rys.7a |  |
| Rys.7b |  |
Przedwzmacniacz typu Mesa - Rys. 8 - jest szczególnym rozwinięciem koncepcji Fendera, dzięki wprowadzeniu dodatkowego stopnia wzmacniającego (20dB extra gain stage) i przerzuceniu ciężaru ostatecznej korekcji częstotliwościowej sygnału wyjściowego na załączany przełącznikiem nożnym 5-cio pasmowy, półprzewodnikowy korektor graficzny. Na brzmieniach czystych wzmacniacz zasadniczo nie odbiega od swojego pierwowzoru. Dopiero przy grze z "przesterem'' ujawnia się jego cała potęga. Najistotniejszą rolę wydaje się odgrywać regulator barwy dźwięku, spełniający w tej sytuacji nieco odmienną rolę. "Obrabia'' on częstotliwościowo sygnał, eliminując jego niekorzystne - skrajne składowe i tworzy tzw. drive, który trafia do ostatecznego stopnia obcinającego opartego o V3 i częściowo V4. Przy grze z maksymalnym "przesterem" konieczne bywa ustawienie potencjometru Bass na prawie minimum, Middle na 100%, a Treble na ok. 50%. Jest to praktyczna realizacja wcześniej wspomnianej amplitudowo-częstotliwościowej korekcji sygnału wejściowego. Radykalne, gęste przesterowanie (saturated distortion) powstaje m. in. dzięki wielostopniowemu wzmacnianiu alikwotów o nawet najmniejszej amplitudzie, obecności kondensatorów katodowych o dużej pojemności, dających w rezultacie ogromne wzmocnienie poszczególnych stopni w szerokim zakresie częstotliwości i znaczny udział obcinania siatkowego. Okupione jest to jednak możliwością pojawiania się sporych zniekształceń intermodulacyjnych. Przy tak dużej zawartości harmonicznych konieczne stało się użycie korektora graficznego, również w celu wyeliminowania zbędnych, niemiłych dla ucha składowych sygnału. Oparta o tetrody 6L6/5881 końcówka mocy najczęściej nie jest przesterowywana. Transformator wyjściowy posiada zwykle uzwojenia wielosekcyjne, co w istotny sposób rzutuje na ostateczny rezultat brzmieniowy.
| Rys.8a |  |
| Rys.8b |  |
Przedwzmacniacz typu Soldano jest przykładem rekonfigurowalnego przy pomocy przekaźników elektromechanicznych i LDR'ów gitarowego wzmacniacza lampowego o bardzo dużym sumarycznym wzmocnieniu. Od przedwzmacniacza typu Mesa, odróżnia go przede wszystkim brak układu barwy dźwięku w środku układu, który w Mesa stanowi bardzo silny atenuator sygnału. W trybie OVERDRIVE - Rys. 9a - pracują w pełni cztery triodowe stopnie wzmacniające, "zwieńczone" wtórnikiem katodowym. Jak łatwo zauważyć wartości kondensatorów katodowych są niewielkie, a w katodzie V3 nie tylko brak kondensatora, ale sam rezystor ma niebywale dużą wartość 39k. Dzięki niemu w stopniu V3 występuje b. duże ujemne, równoległe, prądowe sprzężenie zwrotne, ograniczające znacznie wzmocnienie tego stopnia. Tym samym następuje ograniczenie sumarycznego wzmocnienia, a w dalszej konsekwencji szumów, przydźwięku, podatności na sprzężenia mechaniczno-akustyczne. Wspomniane kondensatory katodowe o małej wartości oraz R5C3, R12C stanowią elementy częstotliwościowo-amplitudowej korekcji sygnału. Brak jakichkolwiek elementów RC na wyjściu przedwzmacniacza, ograniczających górne częstotliwości, zaowocował bardzo agresywnym, potężnym brzmieniem typu High-Gain, przez niektórych postrzeganym jako zbyt ostre i trudne do "opanowania" będącymi na wyposażeniu potencjometrami Treble i Presence. Cechą wyróżniającą wzmacniacze Soldano jest bardzo wysoka jakość wykonania i zastosowanych elementów.
| Rys.9a |  |
Jak widać na Rys. 9b i 9c, w trybie CRUNCH i CLEAN ulega zmniejszeniu o jeden liczba triod biorących udział we wzmacnianiu sygnału. Odłączane są V2 i V3, a załączana w ich miejsce V6. Dodatkowo sygnał jest aż pięciokrotnie atenuowany - przez R5/P1, R19/P2, R19/P2/R20, brak kondensatora katodowego w V6 i R23/R13. Pewną "wadą" wzmacniacza jest wspólny dla trzech kanałów układ barwy dźwięku. Topologia tego wzmacniacza stała się podstawą wielu innych, produkowanych przez renomowane firmy, np. Mesa (Dual Rectifier) lub Bogner (Triple Giant). Techniczne różnice polegają głównie na obecności wtórnika katodowego w pierwszym i jego brak w drugim przykładzie. Natomiast na odmienne brzmienie składa się wiele różnorakich czynników, b. często nie ujawnianych na schematach. Są to głównie lokalne, pojemnościowe i indukcyjne, ujemne sprzężenia zwrotne, ograniczające górne pasmo częstotliwości - najczęściej pomiędzy anodą i siatką sterującą jednej lub dwóch lamp, specyficzne prowadzenie przewodów sygnałowych, masy, ekranów, itd., czyli tzw. Lead Dress. Sprzężenia te realizowane są z zastosowaniem elementów RC lub poprzez mechaniczną bliskość przewodów lub też "labiryntów" ścieżek przewodzących na płytce drukowanej. Przykład pokazano tutaj.
| Rys.9b |  |
| Rys.9c |  |
Przedwzmacniacz typu Peavey/5150 - Rys. 10a, b, c - pod względem całkowitego wzmocnienia jest przykładem ekstremalnym (on the edge), opartym aż o pięć stopni triodowych, tym razem wyposażonym we wtórnik anodowy V6, zwany "huśtawką". Nie jest to, wbrew opinii zamieszczanej w niektórych "zachodnich" stronach internetowych, szósty stopień wzmacniający. Jego właściwości - poza odwracaniem fazy - różnią się tylko w niewielkim stopniu od typowego wtórnika katodowego. Na Rys. 10a widać złożone układy korekcji dla obydwu kanałów Ultra i Clean po których następuje łańcuch czterech stopni wzmacniających. Na Rys. 10c widać - niestety - wspólny (shared) dla obydwu kanałów układ barwy dźwięku i osobne regulatory Volume (Ultra post, Clean post). Wzmacniacz 5150 został zaprojektowany przy sporym udziale E. Van Halena, niejako "pod niego". Charakteryzuje się na brzmieniach przesterowanych b. "gęstym" harmonicznie przesterem, wg niektórych użytkowników "trudnym do opanowania". Jednak nietrudno dostrzec "ideowe" podobieństwo do układu Soldano.
| Rys.10a |  |
| Rys.10b |  |
| Rys.10c |  |
Przedwzmacniacz typu Marshall 6100 - Rys. 11a, b, c, d, e jest przykładem maksymalnej "specjalizacji" poszczególnych trzech, całkowicie oddzielnych kanałów Clean, Crunch i Lead. Na kolejnych rysunkach można prześledzić zróżnicowanie wartości elementów odpowiedzialnych za korekcję sygnału oraz odmienne wartości tych elementów w układach barwy dźwięku, które także mają odmienną konfigurację potencjometru Middle. Kanał Clean - Rys. 11a - nie odbiega w swoim głównym założeniu od opisywanego wyżej przedwzmacniacza typu Fender. Przełączniki SW1 i SW4a stanowią - zgodnie ze swoją nazwą - elementy automatycznie wprowadzanej korekcji w zakresie tonów najwyższych i najniższych. Z punktu oznaczonego X-em sygnał kierowany jest do kanału Crunch i Lead. Obecność kondensatora 22n/630V na wejściu świadczy pośrednio o istnieniu ujemnego sprzężenia zwrotnego pomiędzy anodą i siatką S1 triody V1, realizowanego zapewne za pomocą opisywanego "labiryntu" ścieżek lub odpowiedniego kondensatora o niewielkiej pojemności. Tak więc główną jego rolą jest zabezpieczenie użytkownika przed porażeniem napięciem anodowym. Zestyki SW2 i SW3 modyfikują barwę dźwięku w zakresie tonów średnich i wysokich.
| Rys.11a |  |
Kanał Crunch - Rys. 11b, c - nawiązuje bezpośrednio do schematu znanego z JCM800. Za pomocą przekaźnika stopień V2 może być włączany/wyłączany w tor sygnałowy, przez co w istotny sposób wpływa na ilość i charakter zniekształceń. Także tu widać dość złożone układy korekcji w obwodzie anody i katody stopnia V2. Układ barwy dźwięku jest typowy - 'marshallowski'.
| Rys.11b |  |
| Rys.11c |  |
W kanale Lead - Rys. 11d - zastosowano niespotykaną w innych konstrukcjach liczbę stopni - łącznie siedem. Brak jest natomiast kondensatorów katodowych. Wynikające z tego znacznie mniejsze wzmocnienie pojedynczych stopni kompensowane jest dużą, bo wynoszącą aż 220k wartością rezystorów anodowych V4, V6. Ciekawostką jest zastosowanie wtórników katodowych V3, V5. Dzięki nim możliwe jest "zaistnienie" na anodach V2, V4, a także V6 odpowiednio wysokiej amplitudy sygnału. Wzmacniacz ten w trybie Lead charakteryzuje się bardzo zrównoważonym, okrągłym, wyjątkowo mocno "wysyconym" harmonicznie brzmieniem.
| Rys.11d |  |
Absolutnie "ekstremalne" rozwiązanie zastosowano w preampie Carvin Quad X-Amp - Rys.11e. W torze kanału Lead (Ch.4) znalazło się aż jedenaście kaskadowo połączonych stopni triodowych, zasilanych stosunkowo niskim napięciem 130VDC. Nie jest mi znane podobne rozwiązanie, użyte w produktach innych firm. Wybaczcie. że rysunek jest aż tak zagęszczony...
| Rys.11e |  |
Ten skrótowy i dość powierzchowny przegląd ma na celu unaocznienie, jakiej swoistej ewolucji podlegał na przestrzeni lat układ przedwzmacniacza. Ilustruje także żmudny proces kreowania ultimate tone. Potwierdza także znaną tezę, że nie istnieje jeden, idealny, "pokrywający" wszystkie brzmienia wzmacniacz. Bywa, że powszechnie uznane konstrukcje mają swoich "zapiekłych" wrogów. No cóż...
Bardzo często, w celu zmuszenia lamp do jeszcze głębszego ograniczania sygnału, stosowane są różnego rodzaju dodatkowe, "podłogowe" efekty. Można je zaklasyfikować do dwóch grup:"distortion type units" oraz "gain type units". Te pierwsze, to wszelkiego rodzaju efekty Fuzz, Overdrive, Distortion. Te drugie, to korektory graficzne, graniczne i parametryczne. Najczęściej wpinane są one między gitarę a wzmacniacz. Ich zasadnicza rola polega na wstępnej korekcji częstotliwościowej i wzbogaceniu w określone harmoniczne. Pierwotnie urządzenia typu overdrive, zgodnie ze swoją nazwą, służyły wyłącznie do kilkukrotnego wzmocnienia stosunkowo słabego sygnału z gitary, który z kolei "przesterowywał" niskoczułe wejście wzmacniacza. Urządzenia typu distortion mogą samodzielnie i ostatecznie decydować o brzmieniu przesterowanym. Wtedy rola wzmacniacza ogranicza się do funkcji czysto amplifikacyjnych. Istotne jest również to, że obydwa urządzenia zachowują się jak pewnego rodzaju kompresor, utrzymujący na mniej więcej stałym poziomie sygnał z gitary. Stanowi to więc głęboką ingerencję w odpowiedź dynamiczną wzmacniacza (dynamic response), często bardzo pożądaną przy określonych technikach gry. W przypadku zastosowania korektora dowolnego typu, chodzi głównie o selektywne uwypuklenie pożądanego pasma częstotliwości (200-1600Hz), często z podniesieniem jego amplitudy do wartości kilku-, kilkunastu woltów. Daje to w rezultacie nieprawdopodobną poprawę głębokości przesteru, artykulacji, etc. Dwa przeciwnie skrajne ustawienia korektora graficznego, "wesołe'' i "smutne'' są z kolei ingerencją w odpowiedź częstotliwościową (frequency response). Cała gama pośrednich ustawień potencjometrów, w jakie wyposażone są korektory, umożliwia odnalezienie częstotliwości rezonansowej przetworników. Podbicie właśnie tej częstotliwości znacznie poprawia artykulację. Podbicie innego specyficznego pasma częstotliwości, np. 1kHz bardzo "zaostrza'' atak (edge) - efekt uderzenia kostką w strunę jest zaakcentowany w stopniu umożliwiającym czytelne granie bardzo szybkich riffów i pasaży,a technika palm-muting wypada "piorunująco".
Oczywistym, ale mało uświadamianym przykładem zastosowania korektora jest użycie pedału wah-wah. Właśnie z istoty jego działania czyli "podbijania" o kilka dB pewnego wąskiego pasma wynikają wielce ciekawe rezultaty, szczególnie, gdy "kaczkę" wepniemy pomiędzy gitarę a mocno "rozkręcony" wzmacniacz. Dostępne są w sprzedaży układy wah-wah, ale nie wyposażone w pedał, a jedynie w zestaw dostępnych z zewnątrz potencjometrów, w tym także ten, który w "zwykłej" kaczce napędzany jest pedałem. Takie urządzenie działa jak ufiksowana na dowolnym zakresie pasma tradycyjna kaczka, jednak zapewnia większą stabilność i powtarzalność nastaw, nie mówiąc o regulacji dobroci filtru, szerokości podbijanego pasma, jego zakresu (góra/dół), wzmocnienia, itp. Wielu zawodowców korzysta z takiej "przeszkadzajki", głównie w celu uzyskania tego charakterystycznego, nosowo brzmiącego dźwięku przy graniu solówek. Przykładowe zabawy z kaczką i to jak ustawienie pedału wpływa na uzyskiwany charakter brzmienia (gitara>Bad Horsie>preamp pieca hellstone) demonstruje ten pliczek - Melancholia.mp3 (1M1)
Przykładem efektu nie posiadającego jakiejkolwiek wstępnej korekcji były wszelkiego rodzaju "klasyczne" fuzzy. Ich charakterystyczne brzmienie wynikało głównie z równomiernego wzmocnienia w całym paśmie, stąd dominujące amplitudowo w sygnale z gitary częstotliwości najniższe doprowadzały do wygenerowania sygnału prostokątnego. Dźwięk upodabniał się do brzmienia prostych organów elektronicznych. Tu warto wspomnieć, że te często podziwiane brzmienia co znamienitszych przedstawicieli ciężkiej muzy powstają drogą złożonej filtracji i wzmacniania w sposób znany tylko ich autorom i nadwornym technikom. Takie receptury są bardzo niechętnie zdradzane, a bywa, że nigdy nie udaje się uzyskać/odwzorować oryginalnego brzmienia. Śmieszą więc propozycje niektórych czasopism - "gain ustaw na 6, treble na 3, middle na 9, bla, bla, bla, a będziesz brzmiał jak Dimebag Darell".
Istotnym czynnikiem decydującym o właściwościach przedwzmacniacza jest wielkość napięcia zasilającego lampy wejściowe. W literaturze anglojęzycznej, często przytaczana jest opisowa cecha, określana niełatwo przetłumaczalnym terminem HEADROOM. Najogólniej, jest to zdolność do przenoszenia sygnałów o dużej amplitudzie (powyżej poziomu nominalnego) bez zniekształceń (obcinania wierzchołków). Jest to właściwość decydująca o dynamice, a zarazem kreatywności wzmacniacza. Jest ona tym wyższa, im wyższe jest napięcie anodowe. I odwrotnie - lampy tym łatwiej dają się przesterować, im niższe jest napięcie anodowe. UWAGA! Dla lamp szeregu ECC napięcie między anodą a katodą podczas normalnej pracy nie może przekroczyć wartości 300V. W praktyce, napięcie anodowe na "górnym'' końcu rezystora anodowego nie powinno przekraczać 380-400V. O tym, że 'headroom' stanowi istotny czynnik w procesie kreowania dźwięku przesterowanego, świadczy fakt, że np. f-ma Mesa/Engineering we wzmacniaczu Maverick zastosowała przełączanie różniących się napięć anodowych, zarówno w przedwzmacniaczu, jak i w stopniu mocy wraz z przełączaniem kanałów ! A o tym, że nie są to różnice bagatelne, świadczy fakt, że w trybie Rhythm odwracacz fazy tego piecyka zasilany jest napięciem ok. 350V, a w trybie Lead zaledwie ok. 244V. Konstruując samodzielnie cały wzmacniacz lub sam preamp warto od razu uwzględnić zastosowanie opisanego w dziale Miscellanea modu. Zmiany charakteru brzmienia są znaczące, w przeciwieństwie do niektórych innych "wynalazków". Można spotkać także inne określenia tego modu - Brown Sound Switch - nawiązującej do brzmienia gitary EVH.
Inną ważną cechą przedwzmacniacza jest TOUCH SENSITIVITY. Mój znajomy "wymiatacz" oceniając dwa różne wzmacniacze ujął to lapidarnie - " w tym piecu, żeby 'mocno' zagrać trzeba wręcz strzelać ze strun, a w tym piecu struny same kleją się do kostki". Mówiąc to miał na myśli sposób, w jaki reaguje wzmacniacz na uderzenie kostką w strunę, jak go się "czuje pod palcami". Touch sensitivity jest dość ściśle związana z szerokością pasma przenoszonego przez przedwzmacniacz, szczególnie w zakresie tonów średnich i wysokich, a także ze sposobem skorygowania barwy dzwięku za pomocą typowego trójpasmowego korektora Treble, Mid, Bass, w jaki wyposażony jest praktycznie każdy wzmacniacz. To właśnie w tym paśmie leży najwięcej najbardziej użytecznych alikwotów. Nadmierne jego ograniczanie w preampie z następową próbą "reanimacji" za pomocą regulatora Presence nie daje zadowalających rezultatów. Wzmacniacz staje się - niestety - dość jednowymiarowy. Ten zarzut często stawiany jest wzmacniaczom Mesa, choć z drugiej strony projektowane są one jako skuteczne wzmacniacze do raczej ostrego grania. Kolejnym często stosowanym w odniesieniu do wzmacniaczy poprawianych przez różnych guru określeniem jest HOT-RODDING. Jest to po prostu podrasowanie. Składa się nań szereg czynności, najczęściej "lutowniczych", których celem jest poprawa i dostosowanie do indywidualnych potrzeb użytkownika parametrów akustycznych i elektrycznych wzmacniacza seryjnie produkowanego, nawet uznanej marki. "Poprawkom" zazwyczaj podlegają wszystkie elementy wzmacniacza. Począwszy od zasilacza (większy transformator, przewinięcie uzwojeń aby dawały wyższe napięcie, dodatkowe elementy prostownicze, zwiększenie pojemności kondensatorów elektrolitycznych, dodanie dławika do filtru zasilacza, etc.), poprzez zmiany w schemacie przedwzmacniacza i stopnia mocy, aż po dobór głośników i typ obudowy. Wspomniany guru z dużą wyobraźnią i doświadczeniem potrafi zazwyczaj wyczarować całkiem ciekawe brzmienie z piecyka o niekoniecznie porywającym emploi. Należy jednak pamiętać, że hot-rodding, tak jak każda specjalizacja, "zawęża horyzonty" ;-)
Warto wiedzieć, że w pierwszych seryjnie produkowanych modelach wzmacniaczy, zmiana głębokości "przesteru'' wiązała się z przełożeniem wtyczki kabla gitarowego z gniazda LOW do HIGH. Istotna różnica pomiędzy obydwoma typami gniazd nie sprowadzała się wyłącznie do różnicy w czułości ale także do znacznej różnicy w impedancji - 1 megaom dla gniazda High i ok. 120 kiloomów dla gniazda Low. Stąd wynikało odmienne brzmienie gitary na skutek obciążenia przetwornika drastycznie różnym oporem. Obydwie sytuacje pokazane są na Rys.12 B i C.
| Rys.12 |  |
Obecnie funkcję tę realizuje system odpowiednich przekaźników elektromagnetycznych (relays) lub optoelektronicznych (LDR's) sterowanych najczęściej 1-5-cio przyciskowymi przełącznikami podłogowymi. Przekaźniki te rekonfigurują niektóre obwody elektrod lamp oraz układy barwy dźwięku i wzmocnienia w celu uzyskania właściwego efektu. Istnieją także układy wzmacniaczy 2-4 kanałowych, w których każdy kanał konfigurowany jest w inny sposób (np. Clean, Crunch, Lead). Możliwa jest także osobna regulacja niektórych lub wszystkich parametrów. Warto wspomnieć o prostej metodzie wpływania na strukturę harmonicznych, dynamikę i artykulację, jaką jest zamiana jednego typu lamp na inny. Jak wiadomo, najczęściej są to lampy umownego szeregu ECC. . . (12A. . . ), których podstawowy układ zasilania i polaryzacji różni się w bardzo małym stopniu. W przypadku, gdy przedwzmacniacz zbudowany jest w oparciu o dwie takie lampy, możliwe jest eksperymentowanie z różnymi kombinacjami kolejności ich ustawienia. I tak, ECC83 (12AX7, 5751, 7025, ros. 6N2P) mając największe wzmocnienie(70 -100) i opór wewnętrzny 62k oraz łagodną charakterystykę przesterowania, daje brzmienie uważane przez wielu muzyków za najlepsze, jednak o stosunkowo małej dynamice, a dużej kompresji i sustainie. Egzemplarze wyprodukowane przez Mullarda (Gold Pin), Telefunkena, Brimara wyróżniają się najniższymi szumami i najmniejszym mikrofonowaniem. ECC 83 jest najczęściej stosowaną podwójną triodą małej mocy. Lampy o średnim współczynniku wzmocnienia(44-60) i oporze wewnętrznym ok. 11k - ECC 81 (12AT7, 12AY7, 12AZ7) - zasadniczo pracowały w obwodach pogłosu sprężynowego lub jako odwracacze fazy w wielu klasycznych konstrukcjach Fendera. Ich zastosowanie daje wzrost dynamiki i "mięsiste'' zniekształcenia kosztem niewielkiej utraty kompresji i sustainu. Do tej grupy można zaliczyć ECC 85. Lampy o najniższym współczynniku wzmocnienia (17) i oporze wewnętrznym ok.7k ECC82 (12AU7) zapewniają największą dynamikę i tzw. headroom, przy najmniejszej kompresji i sustainie. Ze względu na znacznie wyższe napięcie polaryzacji wstępnej w normalnych warunkach (ok. -8V), lampy te trudno przesterować. W rezultacie otrzymujemy bardzo czyste "okrągłe'' brzmienie, idealne dla kanału Clean - o ile zależy nam na znikomej ilości harmonicznych. Mogą one jednak sprawiać pewne kłopoty ze względu na szumy i mikrofonowanie. Zaskakujący jest fakt, że doskonały skądinąd wzmacniacz Pitbull Ultra-Lead f-my VHT zawiera właśnie te lampy, oferując całą paletę rewelacyjnych brzmień. Problemem mogącym się ujawnić podczas zamiany lamp może być odmienne wyprowadzenie grzejnika katody (ros. 6N2P, ECC85), oraz moc rezystorów anodowych (dla lamp ECC81/82/85 powinny one mieć moc co najmniej 1W).
Podnoszone przez wielu gitarzystów odmienne brzmienie lamp tego samego typu, ale pochodzących od różnych producentów, może mieć za przyczynę bardzo dyskretne różnice w ich konstrukcji mechanicznej. Trzeba pamiętać, że owe różnice - praktycznie pomijalne gdy lampa pracuje jako jedyny lub 3-4 stopień wzmacniający - zaczynają dawać znać o sobie, gdy ta sama lampa stanowi stopień wejściowy układu High Gain. Stąd np. ECC83 z "dużą" anodą z polskiego POLAMU "brzmi" inaczej, niż ECC83 Tungsrama mająca "małą" anodę (wpływ pojemności pomiędzy anodą i siatką sterującą).
Nietypową - jak na wzmacniacze gitarowe - lampę EF 86 (6267) "zatrudnia'' w układach wejściowych swoich produktów f-ma Matchless. Jest to pentoda małej mocy, specjalnie przeznaczona do stopni wejściowych, także mikrofonowych. Poprzez dobór odpowiednio "małych" kondensatorów w obwodzie siatki S2 i katody możliwe jest znacznie bardziej "strome", a więc skuteczniejsze kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej stopnia wejściowego, niż w przypadku klasycznego stopnia triodowego. Lampa ta charakteryzuje się niskim poziomem szumów i małym zjawiskiem mikrofonowania, a bardzo dużym wzmocnieniem (do 200). Dopuszczalne napięcie anody - 300V. Wydaje się, że jest to ciekawe rozwiązanie w dziedzinie konstruowania wzmacniaczy gitarowych.
Dość zaskakującym sposobem uzyskiwania owego niepowtarzalnego lampowego brzmienia jest koncepcja "wzmacniacza we wzmacniaczu". W praktyce realizuje się ją poprzez wyposażenie przedwzmacniacza we własny, niejako autonomiczny przeciwsobny wzmacniacz mocy klasy A, oparty o parę małych pentod EL 84, z wyjściowym transformatorem głośnikowym obciążonym odpowiednim rezystorem o mocy kilku watów. Istotą sprawy są w tym przypadku - celowo zaniżone - gabaryty rdzenia transformatora. Dzięki temu, bardzo łatwo ulega on nasyceniu, dając "lampową" kompresję i charakterystyczny typ zniekształceń nieliniowych. Dopiero z wyjścia tego transformatora sygnał jest kierowany do "normalnej'' końcówki mocy opartej o duże lampy. Całość zaś, znajduje się w jednej obudowie o typowych rozmiarach.
Nie sposób wyczerpać bogactwa tematyki w tak krótkim przeglądzie (do czego zresztą autor nie rości pretensji). Moją ambicją była jedynie chęć przybliżenia zupełnym 'lampowym nowicjuszom' zaledwie fragmentu problematyki związanej z tymi - śmiesznymi w dobie mikroprocesorów - świecącymi czerwonawo "buteleczkami''. W Tablicy 1 zestawiono parametry najpopularniejszych podwójnych triod małej mocy, a w Tablicy 2 właściwości ECC81/82/83 przy konkretnych "zadanych" wartościach napięć i rezystancji. Rys. 15 przedstawia cokoły lamp widziane (UWAGA!) "od dołu".
Na Rys. 13 przedstawiony jest "modny" układ hybrydowego kanału Crunch/Lead, dość szeroko stosowanego w sprzęcie profesjonalnym . Jak widać, rolę "obcinacza" spełniają diody w układzie mostka Graetz'a, w którego przekątną "wlutowano" dodatkową, piątą diodę. Zastosowana lampa tak naprawdę nie jest przesterowywana, a jedynie spełnia rolę "asymetryzatora" i "zaokrąglacza" sygnału quasi-prostokątnego, jaki doprowadzany jest do siatki V1. Tego typu koncepcja, jak wspomniałem, znalazła zastosowanie m. in. w JCM-900, JMP-1, serii Valvestate czy wreszcie Mesa V-Twin. Tranzystor FET Q1 spełnia rolę klucza zwiększającego/zmniejszającego wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego - zależnie od aktualnego trybu - Crunch lub Lead. W niektórych wzmacniaczach lampa jest "bajpasowana" rezystorem - jej wyjęcie nie powoduje zaniku sygnału! Mimo "powszechnego potępienia" obecności krzemu w torze akustycznym, nie należy popadać w skrajną przesadę. Obcinanie sygnału diodami półprzewodnikowymi stanowi po prostu osobną, samodzielną jakość, wykorzystywaną w profesjonalnym sprzęcie, graniu "na żywo" i nagraniach częściej, niż nam się to wydaje. Panują dość zróżnicowane opinie na temat tego, jakie diody(Ge, Si, LED, Zener), jak obcinają sygnał. Wielu guru uważa LED-y za najtwardsze "obcinacze". W pewnych "dziwacznych" konstrukcjach elementem obcinającym bywają tranzystory bipolarne, FET-y i MOSFET-y, a także linearyzowane bramki logiczne CMOS.
|
Rys.13 |
 |
Odwrotna do wyżej opisanej koncepcja, tj. zastosowanie lampy w układzie przedwzmacniacza półprzewodnikowego, przedstawiona jest na Rys.14 (czego to ludziska nie wymyślą!). Tym razem podwójna trioda ECC83 włączona jest do układu jako dwie przeciwsobnie spolaryzowane diody próżniowe (siatki sterujące podłączone do anod), stanowiąc układ obcinacza wnoszącego swe specyficzne właściwości - łagodne zaokrąglenie początku charakterystyki przewodzącej diody. Tranzystory FET obok rezystorów 220R- zależnie od trybu pracy - polaryzują odpowiednie elektrody lamp, zatykając je w trybie Clean i otwierając w trybie Distortion. Trzeci FET kompensuje wzmocnienie stopnia wyjściowego układu
|
Rys.14 |
 |
Podsumowując: - w gitarowym wzmacniaczu lampowym zniekształcenia powstają na skutek zamierzonego przesterowania we właściwych proporcjach stopni wejściowych, inwertera fazy i lamp końcowych, nasycania się rdzenia transformatora wyjściowego (dla dużej oddawanej mocy) i w końcu poprzez przesterowanie samych głośników, które po osiągnięciu maksymalnej amplitudy wychylenia membrany również generują określony rodzaj zniekształceń (głośniki gitarowe mają zazwyczaj znacznie krótszą cewkę i sztywniejsze zawieszenie)
- znaczną rolę w kreowaniu "lampowego brzmienia" odgrywa zastosowanie w prostowniku zasilacza lamp próżniowych zamiast diod półprzewodnikowych, stosowanie "sztuczek" polegających na zasilaniu grzejników lamp końcowych napięciem nieco niższym od nominalnego (zwykle jest to przełącznik dodający pewną ilość zwojów do uzwojenia pierwotnego transformatora sieciowego).
- podstawowe znaczenie dla całokształtu brzmienia przesterowanego, szczególnie typu High Gain, ma właściwa, amplitudowo-częstotliwościowa korekcja sygnału - Tone Shaping - na wejściu i wyjściu przedwzmacniacza. Pamiętać należy również o tym, że "zewnętrznymi" elementami takiej właśnie korekcji jest wybór modelu/typu gitary, dobór odpowiednich przetworników, zastosowanie różnych "przeszkadzajek" pomiędzy gitarą a wzmacniaczem.
- znane powiedzonko Keitha Richardsa - ''właściwa gitara do właściwego wzmacniacza'' - uzupełnić należy ''i właściwej kolumny''. Może się bowiem zdarzyć, że źle dobrana kolumna zniweczy cały wysiłek konstruktora (rodzaj obudowy, typ, ilość i moc głośników).
- w przypadku samodzielnego wykonywania przedwzmacniacza posiadającego wejście o bardzo dużej czułości (High Gain) niezwykle istotną rolę odgrywa umiejętne prowadzenie przewodów masy, najlepiej metodą gwiazdy - zobacz Star Grounding 1, Star Grounding 2, tzw. czyste prowadzenie wszelkich ekranów, przewodów zasilających i sygnałowych - zobacz Lead Dress, żarzenie lamp przedwzmacniacza stabilizowanym prądem stałym, elastyczne zawieszenie i ekranowanie lampy wejściowej. Poprawnie wykonany wzmacniacz nie "brumi'' a jedynie sygnalizuje swoje działanie łagodnym szumem !
- WAŻNE ! bywa, że niezbyt przychylnie oceniany przez nas konkretny wzmacniacz jest jak najbardziej OK, ale "coś, gdzieś nam tu nie gra". A dzieje się tak, ponieważ to właśnie dobry wzmacniacz "dosłownie i bezlitośnie" ujawnia mankamenty naszej gitary, przetworników, kabla, etc. , czy wreszcie naszych umiejętności i kłopotów z artykulacją (baaardzo częste zjawisko wśród amatorów). Bez właściwej poszczególnym rodzajom muzyki artykulacji, bez opanowania minimum warsztatu, nie uda się uzyskać właściwego brzmienia, mimo posiadania "najlepszego na świecie pieca" i rack'a wielkości lodówki Snaige ;-). Często, wieloletnie granie na półprzewodnikowych, nawet markowych, podłogowych kostkach np. Bossa, mających - co tu ukrywać - działanie "maskujące" naszą nieudolność, powoduje, że po przesiadce na lampowca gitarnik-amator staje się bezradny. A więc disce puer, disce...
- ze względu na złożoność omawianych zagadnień (elektronika+akustyka+muzyka), biegłość w tworzeniu poprawnie działających urządzeń tego typu, przychodzi po naprawdę wielu godzinach eksperymentowania z całą masą elementów i zjawisk, co wiąże się z koniecznością pokonywania często zaskakujących niespodzianek. Równie niezbędna wydaje się być praktyczna znajomość technik gitarowych i umiejętność wydobywania z instrumentu specyficznych sygnałów podlegających jakże subiektywnej ocenie, stanowiących jednak niewyczerpane źródło inspiracji w kreowaniu "dźwięku przesterowanego''.
Tablica 1
| Typ | Ua | -Us | Ia | S | Ri | Gain | P | Odpowiedniki | |||||
| cokół | V | V | mA | mA/V | kohm | K | W | U.S. | przem. | Ros. | inne | ||
| ECC 81 | a | 250 | -2,0 | 10,0 | 5,5 | 11,0 | 60 | 2,5 | 12AT7 | 6201 | ECC801 A2900 B309 CV455 6679 | ||
| ECC 82 | a | 250 | -8,5 | 10,5 | 2,2 | 7,7 | 17 | 2,75 | 12AU7 | 5841A | ECC802 B329 CV491 CV2007 | ||
| ECC 83 | a | 250 | -2,0 | 1,2 | 1,6 | 62,5 | 100 | 1,0 | 12AX7 | 7025 | 6N2P | b | ECC803 CV492 M8137 5751 6681 7721 |
| ECC 84 | c | 90 | -1,5 | 12,0 | 6,0 | 4,0 | 24 | 2,0 | |||||
| ECC 85 | b | 250 | -2,3 | 10,0 | 6,0 | 9,7 | 58 | 2,5 | |||||
| a | 250 | -4,0 | 3,0 | 1,7 | 23,0 | 44 | 1,5 | 12AY7 | 6072 | ||||
| a | 250 | -1,0 | 10,0 | 6,7 | 10,4 | 60 | 2,5 | 12AZ7 | |||||
| ECC 88 | b | 90 | -1,3 | 15,0 | 12,5 | 2,6 | 33 | 1,8 | Ua max=120V PCC88 | ||||
| E88CC | b | 100 | -6,5 | 15 | 12,5 | 7,0 | 33 | 1,5 | Ua max=250V | ||||
| 6N1P | b | 250 | -4,5 | 8,0 | 4,3 | 11 | 35 | 2,0 | |||||
| ECC808 | d | 250 | -1,9 | 1,2 | 1,6 | 62,5 | 100 | 0,5 | ECC83 | ||||
| ECC 40 | d | 250 | -5,6 | 6,0 | 2,9 | 11 | 32 | 1,5 | |||||
| E80CC | a | 250 | -5,5 | 6,0 | 2,7 | 10 | 27 | 2,0 | |||||
| E180CC | a | 150 | -1,9 | 8,0 | 8,2 | 7,2 | 46 | 2,0 | |||||
| 6SL7 | e | 200 | -2,0 | 2,3 | 1,6 | 44 | 70 | 1,0 | 6N9S | 6N4P | |||
| 6SN7 | e | 250 | -8,0 | 9,0 | 2,6 | 7,7 | 20 | 2,5 | 6N8S | ||||
| Rys.15 |  |
Tablica 2
ECC 81
|
ECC82
|
ECC 83
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
