Overdrive Selbstbau

von Jay, 17.07.05.

  1. Jay

    Jay HCA Piano/Spieltechnik Ex-Moderator HCA

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    Erstellt: 17.07.05   #1
    In diesem Thread will ich euch mal mein Eigenbau-Overdrive vorstellen. Dabei gehe ich bei der verwendeten Schaltung besonders ins Detail, um einerseits Tipps für Bastler zu geben und andererseits den Weg freizumachen für Verbesserungen. Alle benötigten Teile gibts bei www.musikding.de sowie im Elektronikladen in deiner Stadt bzw. im einschlägigen Versandhandel.


    Motivation

    Auf der Suche nach einem Overdrive, um die Rhodes-Sounds leicht anzuzerren, musste ich leider feststellen, dass man entweder sehr viel Geld investieren muss oder als Notlösung auf Gitarreneffekte zurückgreift. Da eine Großinvestition nicht in Frage kam, habe ich mich bei den Gitarreneffekten umgesehen. Und obwohl einige schon gar nicht schlecht klangen, merkt man doch an allen Ecken und Enden, dass sie nicht für die Keys gemacht sind. Durch die Bank sind diese Effekte natürlich nicht für Line-Pegel ausgelegt, was die Einstellerei zur Sisyphus-Arbeit macht. Dazu kommt das je nach Gerät mehr oder weniger mittenlastige Frequenzverhalten. D.h. es fehlt entweder der Bassbereich, was im Klang einiges an Druck vermissen lässt, und/oder die Höhen, was die Keys schnell dumpf klingen lässt.

    Also habe ich mich dazu entschlossen, das Overdrive selbst zu bauen. Schaltungen zu Gitarren-Overdrives gibt es zuhauf im Netz, weshalb ich das Rad nicht neu erfinden musste. Die entsprechende Schaltung musste nur ein wenig gepimpt werden, um den Ansprüchen meiner Einsatzumgebung gerecht zu werden.


    Elektronische Details

    Als Ausgangsschaltung habe ich das DOD 250 von www.generalguitargadgets.com genommen. Die Schaltung hat den Vorteil, dass sich ein OPV recht einfach durch die äußere Beschaltung in seinem Verhalten beeinflussen lässt und da weniger kritisch ist als einzelne Transistoren. Wer in diesem Moment an Röhren denkt, dem sei gesagt, dass durch die hohen Spannungen wesentlich mehr Schaltungsaufwand und vor allem Vorsichtsmaßnahmen nötig sind!

    Kommen wir also zurück zur OPV-Schaltung, wie sie an meine Vorstellungen angepasst wurde (Schaltplan im Anhang). Das Signal durchläuft dabei drei Stufen, von denen jede einen Regler hat. Die erste Stufe dient dazu, das Signal zu verstärken, und zwar bei Bedarf so stark, dass der OPV übersteuert und das Signal einfach abgeschnitten wird. In der zweiten Stufe wird das Signal über der Diodenkennlinie "verbogen", um die Übersteuerung der ersten Stufe weicher zu gestalten und damit einen wärmeren Sound zu erreichen. Die dritte Stufe ist ein reiner Volumenregler. Der Schaltplan stellt das Overdrive exakt so dar, wie ich es zusammengebaut habe, wobei dem erfahrenen Bastler sicher klar sein wird, dass es an manchen Stellen je nach verfügbarem Platz und Bauteilen (Widerstandsgrößen, Diodenmodelle) ein paar Variationsmöglichkeiten gibt.

    Die Stromversorgung

    Angeschlossen werden natürlich die bei "Tretminen" üblichen 9 Volt. Danach kommt R1 mit 100 Ohm, der verhindert, dass die Betriebsspannung schlagartig an den OPVs anliegt, sondern gewissermaßen langsam ansteigt. Über R2 und R3 wird die Spannung halbiert, und dieser Gleichanteil wird über R4 dem Eingangssignal überlagert (dabei gilt R4 >> R2 bzw. R3). Der Kondensator C1, ein Elko, dient dazu, eventuelle Spannungsschwankungen abzufangen.

    Der Eingang

    Das Eingangssignal wird nach dem Koppelkondensator C2 mit dem schon angesprochenen Gleichspannungsanteil überlagert. Dieser Gleichanteil ist notwendig, weil der OPV nicht mit einer symmetrischen Betriebsspannung (z.B. +9V und -9V) betrieben wird, sondern mit +9V und Masse, also 0V. Das Signal wird also in die Mitte des Arbeitsbereichs gelegt, so dass negative und positive Halbwellen gleichmäßig verstärkt werden und auch gleichzeitig die Übersteuerung erreichen. Der Widerstand R5 dient dazu, den Kondensator während des Bypassbetriebs langsam zu entladen. Das verhindert ein Knacken beim Umschalten.

    Der Verstärker

    Der OPV ist als nichtinvertierender Verstärker geschaltet (Grundlagen dazu s. Google). Ich habe dabei einen LF351 verwendet, einen Low-Noise-OPV mit JFET-Eingang (bedeutet: sehr kleiner Eingangsstrom). An der Stelle kann man auch beliebige andere OPVs verwenden, nur rauscharm sollten sie sein, eine möglichst große Slewrate haben und logischerweise im angestrebten Spannungsbereich arbeiten. Die Verstärkung wird nun durch das Widerstandsverhältnis R7/(R8+R9) bestimmt. Üblicherweise wird dafür ein logarithmischer Poti verwendet, weil so die Verstärkung linear ansteigt. Ich habe einen linearen Poti (R9) verwendet, um im unteren Regelbereich genauer einstellen zu können. Die Stufe beginnt also erst ab etwa drei Viertel des Regelbereichs zu übersteuern. Außerdem muss der Poti verkehrtherum angeschlossen werden, da ja die Verstärkung größer wird, wenn der Widerstand kleiner wird. Dazu kommen noch C3 und C4 als Koppelkondensatoren für den Gleichanteil.

    Die Röhrensimulation

    Da der OPV sehr abrupt in die Übersteuerung fährt und dadurch sehr kalt und synthetisch klingt, muss man an der Stelle ein wenig nachhelfen, um das richtige Vintage-Feeling aufkommen zu lassen, auch wenn der Name "Röhrensimulation" vielleicht ein wenig übertrieben ist. Dazu wird das Signal über der nichtlinearen Diodenkennlinie "verbogen", D1 für die negativen, D2 für die postiven Signalanteile. Der Spannungsteiler R10 zu R11 stellt dabei ein, wie stark die "Verbiegung" ist. Ein ganz leichter Overdrive lässt sich erreichen, indem man den ersten OPV nicht übersteuert, sondern das cleane Signal nur über die Dioden laufen lässt.

    Der Volumenregler

    Der Volumenregler dient dem Anpassen des Sounds an das Bypasssignal, um beim Umschalten ein bestimmtes Lautstärkeverhältnis einstellen zu können. Die Schaltung um diesen OPV folgt dem selben Prinzip wie beim ersten, ist nur anders dimensioniert und nicht mehr auf Übersteuerung ausgelegt. Auch wenn ich es nicht gemacht habe, ist hier ein logarithmischer Poti vielleicht besser.

    Die Kondensatoren

    Auch wenn sie teilweise schon angesprochen wurden, will ich doch noch mal ein Wort zu den Kondensatoren verlieren, da es viele verschiedene Typen für unterschiedliche Zwecke gibt. C1 ist ein Elektrolytkondensator, kurz Elko. Elkos können sehr große Kapazitäten haben, sind aber nicht geeignet für hohe Frequenzen bzw. zur Signalverarbeitung überhaupt. Dafür werden sie für die Spannungsstabilisierung genommen, wie auch hier in der Schaltung. Alle anderen verwendeten Kondensatoren sind Folienkondensatoren, da diese ein neutrales Frequenzverhalten im hörbaren Bereich haben und so im Signalweg eingesetzt werden können. Die Größe beeinflusst dabei das Frequenzverhalten der gesamten Schaltung, da Kondensatoren zusammen mit einem Widerstand einen Hoch- oder Tiefpass bilden. C2, C3 und C4 sowie C6, C7 und C8 sind dabei sehr groß gewählt (1u ist für Folienkondensatoren recht viel), weil sie in der Schaltung jeweils einen Hochpass darstellen und ich ja eine niedrige untere Grenzfrequenz wollte. C5 und C9 sind als Tiefpass geschaltet und stellen die obere Grenzfrequenz der Schaltung dar. Liegt diese zu hoch, wird der Sound zu "dreckig", liegt sie zu tief, wird er zu dumpf.

    Verdrahtung

    Ich habe die Schaltung auf eine halbe Europlatine (8x10 cm) gelötet und von Hand verdrahtet, weshalb ich auch kein Layout dafür liefern kann. Wer zu diesem oder einem ähnlichen Zweck eine Platine ätzt, sollte darauf achten, dass die Signalbahnen nicht direkt nebeneinander liegen, um Übersprechen zu vermeiden. Dazu empfiehlt es sich auch, die zwei OPVs in getrennten Gehäusen zu verwenden, was beim LF351 aber ohnehin der Fall ist. Als Isolierung im Gehäuseboden eignet sich ein Stück Pappe, was man gut zurechtschneiden und -falten kann, dass die Platine stabil in einer Art Wanne liegt.


    Der Klang

    Das wichtigste bei aller Technikdiskussion ist natürlich der Klang. Und logischerweise wird ein Eigenbau-Overdrive mit Materialkosten von etwa 40 Euro (inkl. der teuren megapimpmäßigen Aludrehknöpfe) nicht an ein H&K Röhrengerät herankommen. Aber: Der Sound ist zu mindestens 90 Prozent da, wo ich ihn haben wollte. Satt im Bassbereich, mit unglaublichem Druck und trotz der fehlenden Röhre recht warm. Genauso ist es möglich, bequem einen ganz leicht angezerrten Sound einzustellen und es bleiben genügend Reserven, um mal mit einem richtigen Brett alle anderen von der Bühne zu fegen.

    Ebenfalls getestet wurde mit der Gitarre, auch wenn das Gerät dafür eigentlich nicht vorgesehen war. Und siehe da, mein Gitarrist war schwer begeistert, vor allem wegen dem druckvollen Sound. Im Vergleich zur Zerre von seinem Marshall-Amp klang es vielleicht etwas trocken, aber da kann man dann ja mit Hall oder Chorus etwas nachhelfen.


    Kritikpunkte

    Und weil nichts auf dieser Welt perfekt ist, gibt es auch hier trotz des vorher gebauten Prototyps Dinge, die ich beim nächsten Mal anders machen würde bzw. die eben noch nicht so hunderprozentig hinhauen:

    - Die Volumenreglerstufe ist, abgesehen vom linearen Poti, nicht ganz passend dimensioniert. Bei sehr starker Verzerrung ist das Signal im Vergleich zum Eingang/Bypass zu laut, auch wenn man ganz runter dreht.

    - Das Overdrive hat bei starker Verzerrung gepfiffen, wenn man an der Gitarre am Volumenregler gedreht hat. Woran das liegt, weiß ich nicht, bei sämtlichen Keys gab es keine Probleme.

    - Bei sehr starker Verzerrung rauscht das Overdrive ein wenig. Da es aber sonst überhaupt nicht rauscht, ist das eher nebensächlich.
     
  2. richy

    richy HCA Soundprogrammierung HCA

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    Erstellt: 18.07.05   #2
    Hi Jay
    Nur rein interessehalber. Warum eigenlich zwei Dioden, wenn die ganze Schaltung unipolar ist ? Bezugspunkt scheint doch 4.5V zu sein.
    Hast du mal gemessen ob durch den unipolaren Betrieb "positive" und "negative" Halbwelle unterschiedlich verbogen werden ?
    Eine aehnliche Schaltung verwendet auch der CX3 Overdrive, den ich sehr gelungen finde. Allerdings die Diode(n) :-) im aktiven Teil des OP.
    Aber auch Unipolar.
    Schaltung findet sich hier:
    http://home.arcor.de/richardon/richy2001/circuit/s3b.gif
    oben Mitte steht Overdrive drueber.
    Fuer bipolaren Betrieb mit 9 V Block gibts uebrigends auch nen Trick.
    Spannungsteiler mit OPA als Impedanzwandler:
    http://home.arcor.de/richardon/richy2001/opa/opa.gif
    Kann man immer wieder gebrauchen.

    Jedensfalls auch von der Optik ist deine Fuzz Box schon sehr gelungen.
    ciao
     
  3. Jay

    Jay Threadersteller HCA Piano/Spieltechnik Ex-Moderator HCA

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    Erstellt: 18.07.05   #3
    Danke für alle lobenden Worte. Dazu sei kurz gesagt, dass ich den "krassen Scheiss" :D studiere, was ein gewisses Grundwissen mit sich bringt. Allerdings so wichtige Dinge wie welche Kondesatoren wofür oder ähnlich praxisnahe Sachen erzählt einem an der Uni keiner. Da wird nur gerechnet. :rolleyes:

    Wie ich in einem anderen Thread gelernt habe, haben die "richtigen" Vintage-Instrumente sowieso nur einen Monoausgang. Das Rhodes bei mir aus dem Sampler klingt mono wie stereo genau gleich (anders als das Piano im P-90), also hat sich das erübrigt. Und im MultiFX wird dann sowieso ein Stereosignal draus.

    Bei einem Stereo-Overdrive sehe ich, ohne mir da jetzt näher Gedanken dazu gemacht zu haben, ein großes Problem, das viel gravierender ist als der Stromverbrauch: die Einstellung. Du kannst zwei Kanäle nicht über die selben Potis laufen lassen (oder gibts da spezielle?). Außerdem haben die Bauteile bis zu 20% Toleranz, was so nicht stört, sich aber in einem baugleichen zweiten Kanal bemerkbar macht.

    Nein. Im Mittelteil ist das Bezugspotenzial Masse. Man hätte durchaus auch 4,5 V dafür nehmen können, die aber bei weitem nicht so stabil sind wie Masse, da sie nur durch die 22k Widerstände eingestellt werden, abgesehen davon, dass es beim Prototypen (ohne Volumenstufe am Ende) hervorragend mit Masse funktioniert hat: Never change a running system ;). Außerdem hätte ich trotzdem zwei Dioden gebraucht, wenn ich das Signal symmetrisch verbiegen will. Dabei ist egal, ob das Signal noch einen Gleichanteil hat oder nicht, Bezugspunkt ist immer die Mitte des Signals und nicht Masse. Und die Diodenkennlinie ist an keiner Stelle punktsymmetrisch, so dass die zweite Diode nötig ist um diese Symmetrie am Bezugspotenzial herzustellen.

    Nein, ich habs nicht gemessen, weil ich es dafür erst hätte so bauen müssen. Aber ich habe es simuliert. Ich habe verschiedenste Variationen der Schaltung im Vorfeld mit PSPICE simuliert, um natürlich das Verhalten bis hin zu den Grenzfrequenzen genau zu planen.

    Abgesehen davon, dass ich diese Schaltung bei Handverdrahtung nie in ein 119x94 Gehäuse gekriegt hätte, ist es durchaus üblich, Signale ungleichmäßig zu verbiegen. Macht auch das in meinem Beitrag verlinkte DOD so (2 Dioden für die negative Halbwelle). Mir klang es mit einer gleichmäßigen Verbiegung schon dreckig genug. Und ja, hier habe ich richtig getestet, mit meinen eigenen Ohren. ;) Der Prototyp hatte extra zwei Dioden pro Richtung, so dass man die beliebig brücken konnte zum Probehören.

    Noch ein Wort zum Batteriebetrieb: Die Schaltung ist nicht besonders stromsparend konzipiert, da ich im Normalfall ein Netzteil verwende. Für den Batteriebetrieb sollte man auf jedenfall einen größeren Vorwiderstand bei der LED nehmen, bzw. besser gleich eine Stromspar-LED, die nur 3 mA braucht. Außerdem kann man die Spannungsteiler größer wählen, allen voran R2 und R3.
     
  4. Witchcraft

    Witchcraft Ex-Mod Ex-Moderator

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    Erstellt: 18.07.05   #4
    Ja, Stereopotis, quasi zwei Potis mit einer Achse, zu finden z. B. in jeder Stereoanlage (Volume, Treble, Bass) ;)
     
  5. Jay

    Jay Threadersteller HCA Piano/Spieltechnik Ex-Moderator HCA

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    Erstellt: 18.07.05   #5
    War eigentlich logisch. Hatte ich nur noch nie in der Hand, also so als einzelnes Teil zum Verbauen. :p
     
  6. .Jens

    .Jens Mod Emeritus Ex-Moderator HCA

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    Erstellt: 27.10.05   #6
    Auf dem Keyboardertreffen mit der alten CX3 und dem Selbstbau-Leslie gestete und für gut - äh - sagen wir: geil! befunden.

    Haben will. *lötkolbenanwerf* :D

    Jens
     
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