Der WILDCAT Overdrive

Transcrição

Abschlußbericht Mixed Signal Baugruppen 2006/7 Gitarrenverstärker WILDCAT
Overdrive
Der WILDCAT Overdrive
Von Vera Erbes, Kai Löbbicke und Henry Westphal
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Overdrive
Der Hintergrund.
In den Mitte der 1960-er Jahre fand der Übergang vom Rock'n'Roll zum Rock statt. Das ging mit einer
deutlichen Steigerung der Lautstärke bei Live-Konzerten einher. Die dafür heute verwendete PATechnik war jedoch damals noch nicht vorhanden. Beim legendären Woodstock-Festival 1969
wurden die 500.000 Besucher noch direkt von den Instrumentalverstärkern beschallt. Die
Gitarrenverstärker wurden "voll aufgedreht" und damit übersteuert. Es entstand ein neues, typisches
Klangbild mit sehr vielen Obertönen und langem Sustain. Dieses Klangbild wurde schnell stilbildend.
Sehr oft trifft man bei den führenden Gitarristen dieser Zeit Marshall-Verstärker an. Als Beispiel seien
Pete Townshend (The Who), Jimi Hendrix und Jimmy Page (Led Zeppelin) genannt.
Jimi Hendrix mit 2 x 100 W "Marshall-Türmen"
Der erste Marshall-Verstärker, der JTM45, war von seiner Schaltung her eine exakte Kopie des FENDER
Bassman 5F6-A. Er hatte jedoch ein anderes Klangbild durch seine, im Gegensatz zum Bassman,
geschlossene Box . Später fügte Marshall seinen Verstärkern eine "High-Gain"-Vorstufe hinzu, um den
Overdrive-Sound unterstützen.
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Overdrive
Einige Vorüberlegungen zum WILDCAT Overdrive.
Um den Anforderungen eines modernen Gitarrenverstärkers gerecht zu werden, wird von vielen
Musikern aus verschiedenen Genres neben dem Clean-Kanal zusätzlich ein Overdrive-Kanal
gefordert. Die theoretischen Anforderungen hierbei weichen in vielen Bereichen von denen der
Clean-Kanäle, insbesondere jedoch von denen linearer Verstärkerstufen ab. Der Overdrive-Sound
entsteht, wenn die Verstärkerstufen, insbesondere die verstärkenden Elemente (Röhre) nicht mehr
vollständig im linearen Bereich arbeiten. Unterschiedlich starke Signalamplituden werden also
unterschiedlich stark verstärkt.
Grundsätzlich gibt es zwei Arten der Verzerrung. Zum einen die symmetrische Verzerrung, welche
positive wie negative Signalamplituden gleichermaßen verzerrt und hauptsächlich in GegentaktEndstufen entsteht. Sie wird deshalb auch als Pentoden-Verzerrung bezeichnet. Bei ihr werden
hauptsächlich ungeradzahlige Harmonische der Grundtonschwingung produziert, was zum
letztendlich symmetrisch verzerrten Signal führt.
Die zweite Art der Verzerrung ist die unsymmetrische Verzerrung, welche sich nur auf die positiven
Signalamplituden auswirkt und hauptsächlich in Class-A-Triodenverstärkerstufen entsteht. Sie wird
deshalb auch Triodenverzerrung genannt und produziert zusätzlich zur Grundtonschwingung
hauptsächlich geradzahlige Harmonische.
Verschiedene Verzerrungsarten, Quelle: www.sengpielaudio.com
Ein Ziel des Wildcat-Overdrive soll es sein, dem Nutzer sowohl Trioden-, als auch
Pentodenverzerrungen zu bieten. Die symmetrischen Pentodenverzerrungen sollen dabei jedoch
nicht wie üblich durch eine übersteuerte Endstufe entstehen, sondern bereits im Overdrive-Signalpfad
durch Trioden erzeugt werden. War es dem Nutzer bisher nur möglich die symmetrische Verzerrung
durch eine Minimierung der Vorstufen-(Trioden-)Verzerrung durch Aussteuern der Endstufe zu
erreichen, soll es ihm im Wildcat-Overdrive möglich sein, beide Verzerrungsarten unabhängig von der
Gesamtlautstärke, also der Endstufenauslastung, zu steuern und mischen.
Im ersten Schritt wurden zum theoretischen Verständnis von Overdrive-Schaltungen verschiedene,
bereits existierende Schaltungen analysiert.
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Overdrive
Die Analyse des Hughes & Kettner Triamp
Der Hughes & Kettner Triamp vereinigt das Prinzip von drei unabhängigen Amps in einem. Jeder
dieser drei Amps verfügt zusätzlich noch einmal über je zwei Soundmodifikationen, welche im
Schaltplan durch die Relais geschaltet werden. Amp2, der Crunch-Kanal, ist in der unteren Hälfte des
Schaltplans dargestellt. Das Signal wurde vorher von einer Eingangsröhre (Tube1) verstärkt und über
einen Filter mit Gain-Regler (R27,C17,C18,P3 bzw. R26,R28,C15,C16,P4) dem Crunch-Kanal
zugeführt.
Auf der folgenden Seite ist ein Auszug aus der, 1994 entstandenen, Originalschaltung dargestellt.
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Overdrive
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Overdrive
Der Crunch-Kanal
Um die beiden unterschiedlichen Möglichkeiten der Gestaltung des Signalpfades im Crunch-Kanal
übersichtlicher darstellen zu können, wurden zwei getrennte Schaltungen gezeichnet, die jeweils dem
wirksamen Signalpfad in der entsprechenden Stellung der Relais entsprechen.
Signalpfad des Crunch-Kanals in der Variante 1
Signalpfad des Crunch-Kanals in der Variante 2
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Overdrive
Die zwei Varianten des Crunch-Kanals verfügen über einen unterschiedlichen Eingangsfilter mit GainPotentiometer. Um die Signalpfade besser zu verstehen und sich Aufschluss über die klanggebenden
Elemente zu verschaffen, werden die zwei Eingangsfilter nun simuliert und analysiert.
Die Eingangsfilter des Crunch-Kanals 1 (rechts) ist im groben als Hochpass zweiter Ordnung zu
deuten. Die erste Grenzfrequenz liegt bei rund 720Hz. Die zweite Grenzfrequenz je nach Potistellung
bei mindestens 340Hz. In der Simulation zeigt sich der Frequenzverlauf bei unterschiedlichen
Potistellungen und einem Eingangssignal von 1V. Die hohen Frequenzen dringen fast unabhängig
vom Gain-Poti nahezu vollständig an den Eingang der Crunch-Stufe.
Das Eingangsfilter des Crunch-Kanals 1
Der durch Simulation ermittelte Frequenzgang des Eingangsfilters des Crunch-Kanals 1
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Overdrive
In der Schaltungsvariante 2 des Triamp-Crunch-Kanals ergibt sich der nachfolgend abgebildete
Klangfilter. Die Signale werden deutlich schwächer als in Variante 1 an den Eingang der Crunch-Stufe
geleitet. Auch gibt es hierbei keine überproportional markanten Höhen mehr. Die Signale bei einer
Eingangsfrequenz von 1 kHz erreichen Amplituden bis ca. 0.5 V bei einer Eingangsamplitude von 1 V.
In der Variante 1 erreichen die Signale Amplituden von bis zu 0.8V bei 1kHz.
Das Eingangsfilter des Crunch-Kanals 2
Der durch Simulation ermittelte Frequenzgang des Eingangsfilters des Crunch-Kanals 2
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Overdrive
Ein weiteres markantes Merkmal der Triamp-Crunchschaltung ist die Stromgegenkopplung an der
Kathode der ersten Röhre. Diese besteht aus einem Filter höherer Ordnung. Es sollen also im
Folgenden die Frequenzeigenschaften dieses Gegenkopplungsfilters und der Einfluss des durch ein
Relais überbrückbaren Widerstandes R37 in diesem Netzwerk untersucht werden.
Dazu wurde mit PSpice folgende Schaltungen simuliert:
In der ersten Version der Schaltung zur Stromgegenkopplung im Crunchkanal befindet sich ein
Widerstand mit dem Wert 100kOhm in Serie mit C16:
Die Simulationsschaltung
Der ermittelte Frequenzgang
In der zweiten Version der Schaltung zur Stromgegenkopplung im Crunchkanal wird der in Serie mit
C16 befindliche Widerstand kurzgeschlossen:
Die Simulationsschaltung
Der ermittelte Frequenzgang
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Overdrive
Es ist eindeutig zu erkennen, dass der 100k Ohm-Widerstand die Gegenkopplung deutlich erhöht. Bei
einem angenommenen Kathodenstrom von 10 mA hebt er das Kathodenpotential bei Frequenzen
von über 1 kHz auf 90 V an. Ohne den Widerstand sinkt das Kathodenpotential bei Frequenzen über
1 kHz auf 0 V ab. Die Gegenkopplung wirkt dann also nur noch für Frequenzen unterhalb von 1 kHz.
Die stark zunehmende Gegenkopplung in beiden Varianten unterhalb von 300 Hz ist im
Frequenzbereich der Gitarre, welche ihre tiefste Frequenz bei ca. 82 Hz hat, in beiden Varianten
nahezu identisch und dürfte somit wenig unterschiedliche Klangeindrücke verschaffen. Die extreme
Gegenkopplung unterhalb des Gitarrenspektrums könnte jedoch bei der Vermeidung von
Brummstörungen von Bedeutung sein, da diese so gut wie nicht mitverstärkt werden.
Eine weniger stark wirkende Gegenkopplung erlaubt größere Verstärkungen der Röhrenstufe, was zum
Erreichen einer starken Verzerrung des Signals erwünscht ist. Dies wird u.a. erreicht, indem ein
Kondensator parallel zum Kathodenwiderstand diesen wechselspannungsmäßig kurzschließt und
somit das Signal keinen Einfluss auf den Arbeitspunkt der Röhre hat. Der Arbeitspunkt ist stabilisiert.
Normalerweise wählt man den Kondensator dazu so groß, dass die Grenzfrequenz höchstens 5 Hz
beträgt. So werden nahezu alle Wechselgrößen gegen Masse entkoppelt.
Bei einer starken Verzerrung des Signals bildet sich jedoch ein Gleichspannungsanteil im Signal, da
dieses seine Symmetrie verliert. Dieser Gleichspannungsanteil würde bei zu starker
Arbeitspunktstabilisierung, also einem großen Kondensator parallel zum Gegenkopplungswiderstand,
den Arbeitspunkt negativ beeinflussen. Dies passiert, da eben diese Gleichspannung über dem
Kondensator abfallen würde und somit die Kathode auf ein anderes Potential zwingt, als es der
Kathodenwiderstand für sich tun würde. Die Verstärkung bricht für die Zeitkonstante der RCGegenkopplung zusammen und es ergibt sich der unter Gitarristen bekannte Effekt des „toten Lochs“.
Die Grenzfrequenz einer Stromgegenkopplung an der Kathode in einer verzerrenden Stufe sollte also
nur knapp unterhalb der tiefsten Gitarrenfrequenz liegen, um lange Zeitkonstanten zu vermeiden.
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Overdrive
Die dritte, klangbildende, variable Eigenschaft des Triamp-Crunch-Kanals ist das Koppelnetzwerk
zwischen der ersten und zweiten Röhre. Je nach Relaisstellung ergeben sich folgende Filter mit ihrem
entsprechenden Frequenzverhalten:
Simulation des Verhaltens des Koppelnetzwerks zwischen der ersten und der zweiten Röhre bei
verschiedenen Relaisstellungen
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Der Lead-Kanal
Auf der Folgeseite ist das Schaltbild des Lead-Kanals als Auszug aus der Originalschaltung von
Hughes & Kettner gezeigt
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Overdrive
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Overdrive
Je nach Relaisstellung ergeben sich hier auch wieder zwei unterschiedliche Signalpfade. Die
Eingangsfilter unterscheiden sich in ihrem Frequenzgang stark von denen des Crunch-Kanals.
Eingang 1 des Lead-Kanals:
Ermittlung des Frequenzgangs des Eingangs1 des Lead-Kanals per Simulation
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Eingang 2 des Lead-Kanals:
Ermittlung des Frequenzgangs des Eingangs2 des Lead-Kanals per Simulation
Der Eingang 2 des Lead-Kanals ähnelt im Aufbau mit seinem Hochpassfilter 2. Ordnung zunächst an
den des Eingangs 1 des Crunch-Kanals. Jedoch ist hier noch ein Tiefpassfilter hinterher geschaltet,
was insgesamt einen Bandpass ergibt. Im Simulationsergebnis kann man dies sehr gut erkennen.
Im Gitarrenspektrum werden dabei die Tiefen stark gedämpft. Diese Dämpfung vermindert sich stetig
zu den hohen Frequenzen der Gitarre. Der Abfall der Kennlinie oberhalb von 3 kHz fällt kaum noch in
dieses Spektrum. Auf diese Weise möchte man evtl. Störsignale oder Oberschwingungen dämpfen.
Oberschwingungen durch Verzerrungen sind am Eingang jedoch noch nicht zu erwarten.
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Overdrive
Das Klangstellernetzwerk
Ein nicht zu vernachlässigender Faktor für den Klang ist der Klangsteller. Mit ihm wird der Klang des
Verstärkers in Bezug auf die Höhen, Mitten und Tiefen den Wünschen des Benutzers angepasst.
Zwischen den Gitarrenverstärkerherstellern haben sich auch hier eine Vielzahl von individuellen
Klangstellernetzwerken entwickelt, welche jedoch in ihrer Grundstruktur nahezu alle vom
„Urklangsteller“ abstammen. Diese Grundschaltung des 3-Wege-Klangstellers fand u.a. im Fender wie
auch in Marshallamps Anwendung.
Klangsteller-Grundschaltung
Fender verwendete im Bassman 5F6A z.B. folgende Werte für die Bestückung des Klangstellers:
C1
C2
C3
R1
R2 (Höhen)
R3 (Tiefen)
R4 (Mitten)
250 pF
20 nF
20 nF
56 k
250 k
1M
25 k
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Overdrive
Andere Amphersteller haben diesen Klangsteller nach ihren Bedürfnissen modifiziert. Es wurden
beispielsweise zuschaltbare Parallelkapazitäten hinzugefügt um per Knopfdruck ein anderes
Frequenzverhalten und somit einen anderen Sound zu erhalten. Eine kleine Auswahl an Varianten ist
im Folgenden zu sehen:
Klangsteller von MesaBoogie
Klangsteller von Engl
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Overdrive
Klangsteller des Hughes&Kettner Triamp
Für den Overdrive-Klangsteller des Wildcat sollte der Klangsteller eine möglichst große Vielfalt an
Klang beeinflussenden Möglichkeiten beinhalten. Als ein solcher Mix erweist sich die folgende
Variante:
Klangsteller des WILDCAT Overdrive
Mittels verschiedener Schalter wurde hier erreicht, möglichst viele der Werte- und
Schaltungsvariationen der bekannten Klangsteller abzudecken.
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Overdrive
Grundlegende Gedanken zur Erzeugung der Verzerrung
Unser Ziel bei Schaltung für den Overdrive-Kanal war es, zwei unterschiedliche Arten von Verzerrung zu
erzeugen. Zum einen den typischen Trioden-Sound wenn nur eine Halbwelle verzerrt wird zum
anderen symmetrische Verzerrung beider Signalhalbwellen wie sie auch in einer Endstufe entsteht
Beide Schaltungsvarianten sollen einen weiten Stellbereich haben, von nur leicht verzerrt bis relativ
scharf abgekappt, und sollen in einer Schaltung realisiert werden. Dazu wird der Widerstand in der
Kathode als Potentiometer ausgeführt, das ausreichend groß ist um auch extreme Werte, die wir in
anderen Verstärkerschaltungen gefunden haben, abzudecken. Mit einem über ein Relais betätigten
Schalter soll zwischen den beiden Verzerrungsarten gewechselt werden können.
Unsymmetrische Verzerrung
Symmetrische Verzerrung
Zum Einsatz kommt dabei v.a. die Doppeltrioden ECC83. Die ECC83 ist als Vorverstärkerröhre weit
verbreitet in Gitarrenverstärkern, um Verzerrungen zu erzeugen.
Die Einkopplung in den WILDCAT Bassman Plus
Eine weitere zu klärende Frage war, an welcher Stelle das Signal für den neuen Kanal aus der
ursprünglichen Bassman-Schaltung heraus- bzw. zurückgeführt werden soll.
Ursprünglich wurde geplant, nach der Eingangsstufe des Bassman, mit ihren beiden Lautstärkereglern
den ursprünglichen Signalweg zu verlassen und das verzerrte Signal dann direkt auf die Endstufe zu
leiten.
Es zeigte sich jedoch im Verlauf der praktischen Tests, daß der Brummpegel innerhalb des Bassman
dazu viel zu hoch ist, das Brummen wird bei einer Overdrive-Schaltung ja ebenfalls mitverstärkt. Aus
diesem Grund wurde nachträglich eine „eigene“ Eingangsstufe vorgesehen, die wie die „eigentliche“
Overdrive-Schaltung aus einer transistorstabilisierten und damit absolut brummfreien
Anodenversorgung gespeist wird.
In beiden Fällen wird auch die Klangregelung des Bassman übersprungen. Der Overdrive-Kanal soll
eine eigene Klangregelung erhalten, da unterschiedliche Filterungen für cleanen und verzerrten
Sound wünschenswert sind. Da die Position der Klangregelung (vor oder nach der Verzerrung)
erheblichen Einfluss auf den Sound hat, werden auf den Platinen mehrere Einschleifmöglichkeiten
vorgesehen, um die unterschiedlichen Auswirkungen untersuchen zu können.
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Overdrive
Das Schaltungskonzept
Nachdem wir verschiedene Schaltungsvarianten von anderen Gitarrenverstärkern verglichen hatten,
haben wir folgende Schaltung entwickelt, die unseren Anforderungen gerecht werden soll.
Symmetrisch/
Asymetrisch
Abschwächung
8
Frequenzgang
Abschwächung
8
Frequenzgang
Abschwächung
6
6
Einstellung
7
+UA
Einstellung
7
7
Frequenzgang
Abschwächung
8
Einstellung
7
8
Einstellung
+UA
6
+UA
6
+UA
Einstellung
Einstellung
Arbeitspunkt
Arbeitspunkt
Das Blockschaltbild des WILDCAT Overdrive
Die erste und dritte Röhre im Schaltplan sollen relativ linear arbeiten, Röhre zwei und vier sollen die
Verzerrungen erzeugen. Dazu haben wir an Hand der Kennlinien die Arbeitsgeraden und
Arbeitspunkte bestimmt, die für die jeweiligen Anforderungen passend sind.
Die erste und dritte Röhre haben eine ziemlich flache Arbeitsgerade und einen Arbeitspunkt im
linearen Bereich der Übertragungskennlinie.
Die Arbeitspunkte der Röhren 1 und 3
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Overdrive
Für die Röhren, die für die Verzerrung sorgen sollen, haben wir steilere Arbeitsgeraden gewählt und
variable Arbeitspunkte, die über die Potentiometer an der Kathode einstellbar sind. So lässt sich der
Arbeitspunkt vom relativ linearen Bereich der Übertragungskennlinie bis in die starke Krümmung
verschieben. Außerdem ist ein Mindestwiderstand vorgesehen.
Der Arbeitspunkt A1 in den nachfolgenden Bildern stellt sich für den Mindestwiderstand ein. Der Punkt
A2 ergibt sich bei einem Gesamtwiderstand an der Kathode von 15k. Um aber auch Extremwerte
von 39k, wie wir sie in Schaltungen anderer Verstärker gefunden haben, ausprobieren zu können, wird
für den Aufbau ein relativ großes Potentiometer von 50k gewählt.
Die Arbeitspunkte der Röhren 2 und 4
Ist der Schalter geöffnet, entsteht eine Verzerrung mit nur einer abgeschnittenen Halbwelle, da die
dritte Röhre das Signal nur invertiert. Bei geschlossenem Schalter wird diese Röhre überbrückt und es
werden folglich beide Halbwellen verzerrt.
Die Signalamplituden werden nach den Röhren wieder heruntergeteilt. Mit Potentiometern sind die
Signalstärken an den Eingängen der Röhren zwei und vier und damit auch der Grad der Verzerrung
einstellbar.
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Overdrive
Zusammenfassung der aus den bisherigen Überlegungen
resultierenden Erkenntnisse
-
Die verzerrenden Triodenstufen müssen auf Grund der Anforderungen an hohe Verstärkung und
geringe lineare Gegenkopplung einen Kondensator parallel zum Kathodenwiderstand besitzen.
Die Kapazität darf hierbei jedoch nicht so groß wie möglich sein um den Effekt des „toten Lochs“
zu vermeiden. Grenzfrequenzen knapp unterhalb der tiefsten Gitarrensaitenfrequenz wären
angebracht.
-
Klangsteller bzw. feste Klangregelnetzwerke werden sowohl vor den verzerrenden Triodenstufen,
als auch danach eingesetzt. Diese unterschiedlich entstehenden klanglichen Effekte gilt es im
Wildcat-Overdrive zu untersuchen.
-
In den zu Grunde liegenden Schaltungen wurde sehr oft ein Kathodenfolger an den Ausgang
des Vorverstärkers vorgefunden. Diese Impedanzwandlung vor der Endstufe sollte auch im
Wildcat-Overdrive Anwendung finden.
-
Eine grundlegende bzw. mehrheitliche anzutreffende Struktur bezüglich der Signalpfade mit stark
verzerrender Wirkung der untersuchten Originalgeräte konnte nicht ausgemacht werden. Es
besteht eine große Vielfalt an nebeneinander existierenden Lösungsansätzen.
-
Kathodengegenkopplungnetzwerke scheinen die individuelle Klangcharakteristik maßgebend zu
beeinflussen. Hier bieten sich oft die Möglichkeiten der Klangvarianz durch Parallelschalten eines
zusätzlichen Kondensators bzw. eines kleineren Netzwerkes.
-
Die Arbeitspunkte der fasst ausschließlich verwendeten ECC83 stimmen in den meisten Fällen
miteinander überein und entsprechen im Groben den spezifischen typischen
Arbeitspunktangaben der Röhrenhersteller. Besondere vorgefundene Arbeitspunkte, wie z.B.
durch Verwendung von einem 39k Ohm -Kathodenwiderstand, gilt es im Wildcat-Overdrive zu
untersuchen.
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Overdrive
Die Realisierung
Der Wildcat-Overdrive wurde modular aufgebaut. Ein Modul beinhaltet die Verstärkerplatine, das
andere besteht aus verschieden bestückten Filtern, die an den Einschleifpunkten eingesetzt werden
können.
Der Prototypenaufbau des WILDCAT Overdrive
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Overdrive
Die Filterbaugruppe
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Overdrive
Die Modifikationen im Zuge der klanglichen Tests
Eingangsstufe und Röhrenwahl
Für den Eingang des Overdrive war zunächst geplant, die Eingangsstufe des Wildcat Bassman zu
benutzen, also nach der Eingangsstufe den Signalweg zu verlassen, um dann wieder direkt vor der
Endstufe einzukoppeln. Da es während der ersten Inbetriebnahme zu deutlich wahrnehmbaren
Störungen durch Brummen kam, wurde die Eingangsstufe des Bassman auf dem, mit einer
transistorstabilisierten und damit brummfreien Anodenversorgung ausgestatteten, Overdrive-Board
noch einmal nachgebaut. Für die Eingangsstufe wurde außerdem eine besonders rauscharme
Doppeltriode (7025) verwendet.
Mit diesen Maßnahmen wurde der Störpegel sehr stark abgesenkt.
Der WILDCAT Overdrive war mit ECC83-Bestückung geplant. Im Laufe der Tests zum Erzeugen der
gewünschten Verzerrung wurde eine der ECC83-Röhren durch eine ECC82 ersetzt und die
Widerstände an dieser Stelle entsprechend anders dimensioniert. In diesem Zustand ist der Wildcat
Overdrive belassen worden, da die klanglichen Ergebnisse hervorragend waren.
Die Auswahl und Dimensionierung der Filter
Für den Wildcat-Overdrive haben wir verschiedene Filter an verschiedenen Stellen eingesetzt und
getestet. Die Filter selbst sind in sich auch über Jumper in ihren Eigenschaften veränderbar.
Grundsätzlich fanden drei verschiedene Filterplatinen in unterschiedlicher Bestückung Verwendung:
Das Eingangsfilter:
Der Eingangsfilter wurde in zwei verschiedenen Versionen bestückt. Die geringe Änderung brachte
allerdings keinen hörbaren Unterschied. Der Einschleifpunkt des Eingangsfilters befindet sich zwischen
der Eingangsstufe und der ersten Röhre der „eigentlichen“ Overdrive-Schaltung
C? + C5009
11nF
C5010
470pF
R5016
470K
C5011
470p
C5013
22pF
VOLUME
1M log
R5017
470K
R5018
470K
R5019
100K
R?
33K
C5014
470pF
C5012
22pF
Das Eingangsfilter
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Overdrive
Der Klangsteller:
Der Klangsteller kann an allen vorgesehenen Einschleifpunkten eingesetzt werden. Weiter hinten im
Signalweg hat er einen deutlich größeren Einfluss als an vorderen Stellen. Den besten Höreindruck
lieferte er vor der zweiten Röhre.
C5015 + C5016
500pF
HÖHEN
250K log
R5039
56K
R5038
22K
C5017 + C5018
122nF
TIEFEN
1M log
C5019
22nF
C5020
22nF
MITTEN
25K lin
C5021
3nF
Der Klangsteller
Das Koppelfilter:
Der Koppelfilter kann im Prinzip ebenfalls an allen Einschleifpunkten verwendet werden. Mit
Koppelfilter wurde der Klang sauberer und klarer. Am besten ist das klangliche Ergebnis, wenn der
Koppelfilter vor der vierten Röhre eingesetzt wird.
C5023
0.022uF 400V
R5025
C5024
0.022uF 400V
470K
C5026
0.022uF 400V
R5026
470K
R5027
1M
C5027
4n7
R5028
470K
R5024
470K
R5021
470K
R5023
100K
C5025
R5022
470K
470pF
Das Koppelfilter
Die genaue Bestückung der Filterplatinen und ihre Position im Signalweg können im Schaltplan
nachgesehen werden.
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Overdrive
Symmetrische und unsymmetrische Verzerrung
Die umschaltbaren Verzerrungsarten symmetrisch / unsymmetrisch lieferten wie erwartet ein
unterschiedliches Klangbild. Bei der unsymmetrischen Verzerrung dominieren geradzahlige
Harmonische: Diese Oktaven ergeben einen harmonischen Sound. Bei der symmetrischen Verzerrung
stehen die ungeradzahligen Klirrprodukte im Vordergrund, was einen eher disharmonischen, kratzigen
Klang ergibt.
Die voneinander unabhängige Realisierung der Verzerrungsarten symmetrisch und unsymmetrisch ist
allerdings nur begrenzt möglich. Da eine für das Ohr als ausreichend stark und angenehm klingend
wahrgenommene Verzerrung der Gitarre nur über das Ausnutzen des gesamten Aussteuerbereichs
der Röhre umsetzbar ist, ist es nicht möglich, ein Ausgangssignal zu erzeugen, dass ausschließlich
gerade bzw. ungeradzahlige Harmonische enthält. Der oben beschriebene Klangunterschied war nur
bei sehr kleinen Signalamplituden hörbar und am Oszilloskop messbar. Dann war allerdings das
Ergebnis ein schon fast ganz cleaner Sound, was ja nicht das Ergebnis des Overdrive sein sollte.
Sobald man die Signalamplituden erhöht, verschwimmen die Unterschiede zwischen den beiden
umschaltbaren Betriebsarten des Wildcat-Overdrive. Wenn über die starke Aussteuerung der Röhre
die gewünschte Verzerrungsintensität erreicht ist, ist kein Unterschied zwischen den beiden
Schalterstellungen mehr hörbar.
Die Lage der Arbeitspunkte
Es war ursprünglich geplant, die Verzerrung zu erzeugen, indem der Arbeitspunkt der Röhren weit
nach unten bis fast an den Abschnürbereich gelegt wird. Dazu waren die Kathodenwiderstände über
Potentiometer einstellbar. Für diese Potis wurden sehr große Werte gewählt, um auch extreme
Einstellungen vornehmen zu können.
Im Test hat sich auch gezeigt, dass auf diese Art und Weise sehr starke Verzerrungen möglich werden.
Allerdings bieten diese Ergebnisse nicht den erwünschten Klang. Eine so erzeugte Verzerrung
entspricht nicht der Erwartung, die man von einer verzerrten Gitarre hat, und ist klanglich für einen
Gitarrenverstärker nicht verwertbar. Die Klang erinnerte eher an experimentelle Synthesizer/
Oszillatoren.
Nutzt man hingegen den gesamten Aussteuerbereich der Röhre, um Verzerrungen zu erzeugen,
ergibt sich das gewünschte Klangbild. Die Arbeitspunkte im Wildcat-Overdrive liegen jetzt also im
konventionellen Bereich und die Verzerrung wird durch die hohen Eingangsamplituden erzeugt, wie
es auch sonst in Gitarrenverstärkern üblich ist.
Die aufgenommenen Werte für die Arbeitspunkte der Röhren sind hier aufgeführt in der Reihenfolge,
wie sie im Signalweg angeordnet sind:
Betriebsspannung
12AY7 – 1
12AY7 – 2
7025 – 1
7025 – 2
ECC82 – 1
ECC82 – 2
ECC83 (Kathodenfolger)
365 V
365 V
380 V
268 V
380 V
275 V
275 V
Anodenspannung
180 V
144 V
192 V
204 V
224 V
186 V bis 254 V
52 V
Gittervorspannung
3V
1,9 V
1,5 V
0,7 V
8.7 V
4,4 V – 13 V
51 V
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Overdrive
Die Reduktion der Bedienelemente
Das Konzept des Wildcat-Overdrive hatte umfangreiche Einstellmöglichkeiten zum Testen
vorgesehen. Derart viele Bedienmöglichkeiten sind bei einer praktischen Nutzung der Einheit eher
hinderlich. Aus diesem Grund wurden die Bedienelemente des Overdrive auf die wichtigsten
Bestandteile reduziert, die übrigen wurden auf einen sinnvollen Wert fest eingestellt.
Die Filter wurden entsprechend der vorangegengenen Beschreibung positioniert, d.h. es gibt einen
Klangsteller zur Regelung von Bässen, Mitten und Höhen und ein Mastervolume am Ende des
Signalweges.
Alle Potis, die einen Einfluss auf den Verzerrungsgrad haben, wurden fest eingestellt, bis auf zwei (vor
Röhre 1 und Röhre 4 im Blockschaltbild aus Abb. 10). Diese wurden zu einem Stereopotentiometer
zusammengefasst. Mit diesem Potentiometer ist damit der "Gain" des gesamten Wildcat Overdrive
regelbar.
Eines der Potis, die als Kathodenwiderstände fungierten, ist geblieben, da es damit möglich ist, einen
etwas weicheren Klang zu erzeugen.
Es wurde jedoch festgestellt, dass sich dabei auch ein Zustand der gesamten Schaltung einstellen
kann, welcher den Klang stark negativ beeinträchtigt. In welchen Fällen das geschieht und das
gewünschte Ergebnis damit verhindert und welche Ursachen dem zugrundeliegen konnte jedoch
noch nicht geklärt werden.
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Overdrive
Die Zusammenfassung der Testergebnisse
Der bis Juli 2007 erprobte und getestete Stand des WILDCAT Overdrive ist auf dem im Anhang zu
dieser Dokumentation zu findenden Schaltbild dargestellt. In diesem Plan wurde die Reduktion der
Bedienelemente berücksichtigt und für einen technisch einheitlichen und verständlichen Schaltplan
auch auf die Kennzeichnung der Modularität zwischen Overdrive und Filtergruppe verzichtet.
Mit diesem Overdrive konnten die gesetzten Projektziele zur vollen Zufriedenheit erfüllt werden. Der
WILDCAT Overdrive liefert ein breites Spektrum an Verzerrungen, wobei die minimal angezerrte
Gainstellung und der maximale Gain besonders positiv hervorzuhebende Klangeindrücke liefern.
Die maximale Verzerrung würde unter Musikern im als im Distortion-Bereiche liegend bezeichnet
werden. Für Heavy Metal o.ä. wären noch stärkere Verzerrungen nötig, was zu realisieren ein Ziel der
weiterführenden Arbeiten am WILDCAT Overdrive sein könnte.
Wie vorhergehend schon erwähnt konnten wir zwar annähernd getrennte gerade und ungerade
Verzerrungen erzeugen, nur erzeugte dies nicht den gewünschten Klang. So haben wir die Erkenntnis
gewonnen, dass nicht der extreme Arbeitspunkt die gewünscht starken Verzerrungen liefert, sondern
die "sanftere" Verzerrung durch Nutzen des gesamten Aussteuerbereiches der Röhre.
Von entscheidender Bedeutung für den Klang waren auch die externen Parameter, wie z.B. die
benutzte Gitarre und vor allem die Lautsprecherbox. Mit offenen Vintage-Boxen ließ sich kein
druckvoller Rock-Sound erzeugen. Erst mit einer großen geschlossenen Box konnte der WILDCAT
Overdrive seine Qualitäten entfalten.
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Overdrive
Der WILDCAT Overdrive live in Concert
Bei der Präsentation des WILDCAT am 18.07.2007 in der TU-Berlin konnte der WILDCAT Overdrive
klanglich absolut überzeugen: Kai Löbbicke (er hat gemeinsam mit Vera Erbes den WILDCAT
Overdrive entwickelt) spielte eine Blues-Instrumental im Stil von Stevie Ray Vaughan und wurde dabei
von „Ike and The Capers“ begleitet. Diese beeindruckende Darbietung wird wohl jedem Zuhörenden
noch lange im Gedächtnis bleiben.
Auf der beiliegenden CD findet sich ein Mitschnitt dieses Auftritts (Track 1, 10:40 bis 12:55)
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Overdrive
Der WILDCAT Overdrive im Live-Konzert (Kai Löbbicke: Lead Guitar, Axel Praefcke, Ike Stoye: Rhythm
Guitar, Michael Kirscht: Kontrabass {nicht sichtbar})
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Overdrive
Die geplanten Schritte zur Weiterentwicklung des WILDCAT
Overdrive
-
Zur detaillierteren Filtererforschung sollte ein identischer Wildcat Overdrive aufgebaut werden,
welcher sich jeweils nur in einem Filterparameter vom bisherigen Stand unterscheidet um somit
einen direkten A/B- Vergleich zu ermöglichen und differenziertere Erkenntnisse zu gewinnen und
evtl. Verbesserungen vorzunehmen.
-
Auch Röhren verschiedener Hersteller können so auf ihre Eignung getestet werden
-
In der bisherigen Version wurden ursprünglich gedachte ECC83 Röhren durch ECC82 ersetzt. Es
müsste noch geklärt werden, ob dies mit dem heutigen Stand der Erkenntnisse weiterhin nötig ist,
oder ob auch dasselbe Klangbild mit ausschließlich ECC83 zu erreichen ist. Andererseits gilt es
die Klangunterschiede zwischen beiden Varianten herauszuarbeiten. Gleiches gilt für eine
Bestückung mit der ECC99.
-
Der Overdrive könnte noch dahingehend verbessert werden, noch stärkere Verzerrungen zu
erzeugen als die bisher erreichten.
-
Leider hat der Gain-Steller noch einen Einfluss auf die Klangfarbe; Bei geringer Verzerrung ist der
Ton eher tief/mittig und bei hohem Gain enthält er verstärkt Höhen. Diese Filterwirkung sollte
möglichst verringert werden.
-
Eine große Bedeutung in der Entwicklung hätte eine eingebrachte Schaltung, welche es
ermöglicht die Lautstärke unabhängig von der Gain-Einstellung zu gestalten. Bisher ist beides
direkt miteinander verbunden, was meist ein Nachregeln des Master-Volumens nötig macht,
sobald man den Verzerrungsgrad mittels des Gain-Potis variiert.
-
Ein unabhängiges Netzteil sollte integriert werden.
-
Die Möglichkeit zum Einschleifen in einen Vollverstärker und die separate Preamp-Nutzung sollte
ermöglicht werden.
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Der WILDCAT Overdrive

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