Monday, October 2 2017

DIY audio - Recto Feto

Pédale de disortion / overdrive, adaptée du circuit Dr. Boogey / Miss Woogey, qui est une adaptation de la topologie du préampli du Mesa Boogie Dual Rectifier. Du même genre que la P.I.G., mais pour un Mesa.

Je pense que j'aime bien le Dual Rectifier. Sur mon dernier album j'en ai mis sur quasiment toutes les guitares saturées, avec le plugin IK Amplitube. Il me semblait normal d'en faire une sorte de version physique. Donc un circuit du même genre que la P.I.G. : adaptation de la topoplogie du préamp en remplaçant les triodes par des JFETs.

Plutôt que de faire une bête adaptation du circuit Dr. Boogey existant - dont j'ai découvert l'existence après avoir commencé ce projet - je me suis mis quelques challenges, pour corser la chose:

  • True bypass à relais.
  • Archi mécanique à deux PCBs.
  • Deux canaux : le Dr. Boogey est simple canal, et adapte le canal lead. Ici je souhaitais faire une version double canal, qui adapte le canal crunch en plus.

True bypass à relai

Sur mes autres circuits, j'utilisais systématiquement un switch analogique, 4053 ou 4066. C'est pratique et pas cher, mais ça a certains défauts : il faut polariser la signal à Vcc/2 et l'impédance série n'est pas négligeable (quelques centaines d'ohms). Pour mes circuits suivants j'ai envie d'utiliser plutôt des relais. Surtout que là j'ai deux fuzz dans les tuyaux, et j'ai bien envie de ne pas avoir d'impédance série avec la guitare. La solution standard pour faire du true bypass c'est le footswitch DP3T, mais je refuse d'utiliser ce genre de composant, beaucoup trop cher, trop compliqué à approvisionner, et la fiabilité est désastreuse. La solution intelligente, pour moi, c'est le relai, avec un footswitch bouton poussoir, qui sera toujours infiniment plus fiable qu'un DP3T.

Pour le circuit en lui-même, rien de spécial, j'utilise toujours le 4013 en bascule T, et je commande la bobine du relai avec un NPN intégré (PDTA), avec une diode de roue-libre. Beaucoup de relais ont une roue-libre intégrée, mais je préfère en mettre une à tout hasard. Pour du petit relai de signal, une BAS21 / 4148 est suffisante. Je vais alimenter le relai sur l'alim directe - idéalementt avec un filtre entre le relai et l'audio, donc en 9V, et il me faudrait idéalement un relai 9V. Ce genre de composatns est méga-difficile à approvisionner, donc je préfère contourner le problème en utilisant un relai 5V (très facile à trouver). A priori, la caractéristique de tension est surtout utile pour savoir si la tension de commande sera suffisante pour activer le relai. Après il y a un aspect thermique, car il ne faut pas brûler le bobinage du relai, ce n'est donc pas une bonne idée d'alimenter un relai 5V directement en 9V. Par contre, la résistance série est de l'ordre de 170-200 Ohms, donc j'ajoute une résistance série 150 Ohms / 0805, ça permet de descendre la tension de la bobine à ~5V. Ou, si on regarde en courant, ça permet de limiter le courant dans la bobine, ce qui revient au même.

Il y a quelques projets de switches true bypass à base de relai, pour remplacer un DP3T - et améliorer la fiabilité et la duirée de vie, donc. Certains pointent du doigt le fait que les relais de signaux seraient bruyants à la commutation, et proposent donc un système de mute pour masquer la commutation. Personnellement je n'y crois pas trop, donc je ne vais pas ajouter ce genre de chose, je vais mettre le relai en direct. On verra bien si je me trompes.

Le vrai problème avec la commutation n'est pas spécifique au relai : les différences de tension de polatisation entre les signaux switchés. Il faut garantir que tous les signaux aient la même polarisation à toutes les bornes du switch, qu'il s'agisse d'un footswitch ou d'un relai la contrainte est la même. Sinon : plop

switch_pol.png

Archi mécanique

Un problème pénible que j'ai eu avec les autres pédales que j'ai faites, c'est l'alignement des hauteurs des connecteurs et des potars. Vu que j'utilise des potars et des jacks "standards", les jacks sont beaucoup plus hauts que les corps des potars, donc je ne peux pas les mettre sur la même face du PCB car alors les potars seraient enfoncés dans le boîtier et il serait impossible d eles faire affleurer sur la face avant du boîtier. Donc je mets les potars sur la face opposée, comme ça d'un côté le PCB est tenu par les potars, et de l'autre il est tenu par les jacks.

Pourquoi ne pas mettre des potars à montage sur panneau et tirer des fils ? Comme ça pas de problème d'adaptation des hauteurs. Surement, mais 1) les fils volants ça peut casser, se déssouder, ce n'est pas très fiable, surtout que ça n'empêche pas le potar de tourner "tout seul" s'il se dévisse - ce qui arrive toujours au bout d'un moment - et 2) on ne dirait pas comme ça, mais couper plein de fils à la bonne longueur, les dénuder, mettre des bouts de gaine thermique, souder, chauffer la gaine, se planter, recommencer ... ça a l'air facile, mais c'est méga-relou et ça bouffe une quantité de temps aberrante. J'ai dû le faire pour deux cartes qui avaient 5 potars et 3 connecteurs, ça m'a donné envie de mourir. A deux, avec un pote, on y a passé presque 8 heures, ce qui est absurde. Plus jamais çà.

Donc ! Mon ancienne solution : les potars montage PCB d'un côté, les jacks et l'alim de l'autre côté. Ca marche bien, par contre il y a un petit défaut, c'est que la hauteur totale de la carte montée est égale à la hauteur des potars + les jacks + le PCB. Et dans un boîtier Hammond 1590 c'est un peu juste. Donc je me retrouve avec les trous des jacks qui sont bien près du bord.

mec_1_pcb.png
mec_2_pcb.png

Pour éviter cela, je vais érer la hauteur en deux groupes de hauteur : les jacks / alim d'un côté, les contrôles (potars / interrupteurs) de l'autre, chacun sur une carte séparée. Pour cette pédale je vais regrouper le circuit audio et l'alim avec les jacks sur une même carte, et une autre carte avec les potars et les LEDs et leurs drivers (transistors de commande, résistances série). Mettre les drivers sur la carte avec les LEDs me permettra de limiter le nombre de signaux à passer entre les deux cartes, car oppur les LEDs je n'aurais que les isgnaux bypass et les signaux de canaux à passer, la répartition entre toutes les LEDs se fera sur la carte qui les porte.

Je gagne côté LEDs, par contre je perds côté potars, car il faut que je mette toutes les pattes des potars dans l'interconnection entre les deux cartes. Ce n'est pas optimal, mais bon, ça pass bien pour un boîter un peu grand (1590BB ici). Pour mes circuits suivants, que je veux faire rentrer dans des 1590A (tout petit) je vais regrouper les jacks, alims, switch true bypass sur la même carte, par contre le circuit audio et les potars et les LEDs sueront ensemble sur une carte séparée. Cette archi permet de n'avoir à passer que l'audio (GND, in, out), l'alim (GND, Vcc), et un flag de bypass. Ca limite l'interconnection à 6 signaux, ce qui est tout à fait raisonnable. Et c'est l'archi des pédales TC :)

Par contre, avec cette archi : attention aux hauteurs de composants ! Il ne faut pas qu'ils ramponnent dans la carte qui sera en face ...

Double canal

La conception des amplis Mesa Boogie est intéressante. Ces amplis sont très fortement basés sur l'utilisation de relais. Il y en a des quantités astronomiques, pour gérer le switching, les chemins de signal étant parfois assez complexes, et même au sein des circuits audio, comme c'est le cas sur le canal crunch / lead du Dual Rectifier. Ici il y a rien que 14 switches qui sont utilisés pour switcher entre les deux canaux.

mesa_dual_rectifier_solo_head_preamp_01.jpg

En fait la plupart du circuit est commune aux deux canaux. Ne sont supliqués que les contrôles (potars) et les filtres du tone stack. Ca se comprend, car il est préférable d'éviter de multiplier les lampes, ça coûte moins cher et c'est plus facile à gérer. Donc tous les morceaux du schéma qui gèrent les lampes sont communs, et ce sont les éléments passifs qui sont dupliqués, et switchés par des relais. Par ailleurs, pour avoir une différence de saturation entre les deux canaux, la polarisation des lampes est changée en switchant résistance AC de cathode sur plusieurs étages du préamp.

Le schéma Miss Woogey ne prend pas cela en compte, il adapte le schéma avec le canal lead activé (tous les switches fermés). Mon idée est de garder les deux canaux, avec un principe analogue, à savoir switcher les résitances AC de source des JFETs. Sur les contrôles, je vais dupliquer les potars de gain et de volume, mais je vais garder un équalo commun, pour éviter d'avoir des quantités astronomiques de potars. Déjà rien que comme ça j'en ai sept ...

Là j'ai eu envie de fair un truc un peu osé : plutôt que d'utiliser des relais comme sur le circuit original, je vais utiliser des 4066. Il y a plusieurs raisons pour ça:

  • Pas de hautes tensions dans le circuit - il serait difficile de mettre autre chose que des relais dans le circuit à lampes, polarisé en 200V ...
  • On est en plein milieu du circuit actif, donc les impédances série des 4066 ne sont pas vraiment un problème,
  • Ca prend quand-même moins de place,
  • Ca consomme quand-même moins de courant.

Tout bénèf ? Pas tant que ça, car il y a un problème majeur : les 4066 sont des composants actifs alimentés, et donc ne peuvent pas fonctionner en-dehors de leur plage d'alim. Or, ici on parle de switcher des signaux à la masse, donc ça risque de poser problème pour la polarisation des MOS internes des 4066. Pour contourner ce problème, j'ai décidé de sortir le bazooka : générer deux rails d'alim à 3V au-delà de l'alim du circuit audio, pour garantir que les 4066 puissent toujours switcher correctement. Pour générer ces deux alims il me faut une pompe de charge. Ca sera suffisant vu qu'il n'y aura quasiment pas courant consommé sur ces rails (il n'y aura que les 4066 qui seront alimentés dessus).

Par contre, attention:

  • Avec une seule pompe de charge on peut générer 2 x Vcc et -Vcc, donc +18V et -9V ici.
  • Les 4066 ne peuvent aps encaisser plus de 18V en tension d'alim, donc ils ne vont pas trop aimer les 18V + 9V = 27V.

Donc il va falloir abaisser les tensions à des valeurs acceptable, d'où mon idée de mettre 3V de marge de chaque côté, ça fait du +12V / -3V => 15V total, totalement ok pour un 4066. D'où : LDOs.

Pour de l'audio, il faut utiliser une pompe de charge qui découpe hors du spectre audio, donc LTC1144/LTC1154 et cie. Très chères pompes de charge. Vu que de toutes façons je vais devoir mettre des LDOs, j'ai voulu tester un truc : utiliser des ICL7660, beaucoup moins chers, mais qui découpent à 5kHz, et réguler les tensions de sortie.

Autre souci avec les 4066 : les tensions de seuil d'activation Vih / Vil. Dans la doc:

4066_vih_vil.png

Ces tensions sont définies par rapport à la tension d'alim négative, qui est ici -3V. Donc on a un Vih à 11-3 = 8V et un Vil à 2-3 = -1V. Donc, si j'utilise directement la sortie du 4013, qui est en 0-9V, je vais bien réussir à commander ON (je sors du 9V pour un Vih de 8V donc c'est bon), par contre je ne vais pas réussir à ouvrir le switch (0V pour un Vil de -1V). Donc il faut adapter les tensions pour commander les 4066 en -3V / 9V. Pour cela j'ai fait une simple adaptation avec deux transistors, un NPN et un PNP, ça me permet de générer du -3V / 12V à partir de 0 / 9V. Une autre solution pourrait être d'alimenter le 4013 en -3V / 12V. Ca pourrait marcher et ça ferait gagner quatre transistors numériques. Bon, ce n'est pas ce que j'ai choisi de faire ici. Sachant qu'un tel circuit aurait l'inconvénient de polariser les bases des transistors en inverse, ce qui ne doit pas être bien grave avec du -3V (les tensions de breakdown sont plutôt vers 5V, et il y a la résistance série dans les transistors numériques), mais c'est à noter. Et aussi ça chargerait encore plus le +12/-3, et vu le peu de courant que peut fournir une pompe de charge, je préfèrerait éviter.

Pour l'affichage, je vais utiliser, encore une fois, les potars transparents Alpha RV14 dont il n'y a pas de datasheet dédiée trouvable, ce qui est un comble. LEDs 3mm, et comme il y adeux canaux j'aurai deux couleurs. Pour rigoler, j'ai décidé d'utiliser des LEDs bicolores jaune / rouge. Pour la répartition des contrôles, j'aurai les gain / volume des deux canaux alignés sur une ligne du haut. Chaque paire de potar aura des LEDs monochrome jaune ou rouge en fonction du canal. En-dessous les potars pour l'équalo, qui eux auront des LEDs bicolores. Les LEDs monochomes (gain/volume, ligne du haut) seront allumées si le canal sélectionné est sélectionné, même si on est en bypass. Les bicolores seront éteintes en bypass, et auront la couleur du canal sélectionné quand l'effet est activé. Ca va être cool !

Schéma

Pour l'interconnection entre les deux cartes, vu que je mets les transistors drivers des LEDs sur la carte des potars / LEDs, je n'ai à passer que:

  • GND
  • 9V
  • Commande bypass
  • Commande canal 1
  • Commande canal 2

Je pourrais encore économiser un signal en ayant un seul signal pour les canaux - vu qu'il ne peut y avoir qu'un seul canal actif à la fois. C'est une amélioration possible.

Le schéma de la v1 (sans corrections):

recto_feto_v1_01.svg
recto_feto_v1_02.svg

Layout

En classe -3 comme d'habitude. A noter que c'est un beau spagetti à cause des signaux de contrôle des 4066 et des potars qui se retrouvent très éloignés de leur bouts de schéma respectif. Voilà pourquoi il faut éviter d'avoir trop de potars sur une pédale ! En dehors de ça rien de spécial.

A noter tout de même que les datasheet de relais traversants donnent le pinout VU DE DESSOUS ! Et je me suis fait avoir, bien entendu (corrigé en v2).

Layout v1 (sans corrections) :

layout_bottom_v1.PNG
layout_top_v1.PNG

Layout top v1
Layout bottom v1

Méca

Je fais donc tout rentrer dans une boîte Hammond 1590BB. Je la mets en longueur pour avoir les switches plus écartés.

Quelques photos. Remarquez les nombreuses modifications sur carte équipée, et la classe que ça a dans le noir !

recto_feto_02.jpg
recto_feto_01.jpg
recto_feto_07.jpg
recto_feto_13.jpg
recto_feto_15.jpg
recto_feto_16.jpg
recto_feto_17.jpg

Montage et test

Pompe de charge : perdu, le 5kHz des ICL7660 repisse à mort dan sle signal audio. J'ai remis un LTC1144 et plus aucun bruit. Damn' ! Il faudrait que je fasse la manip en ajoutant un filtrage supplémentaire avant et / ou après les régulateurs, au moins un RC qui coupe à 3kHz voire moins.

Régulateurs : j'ai du ajuster le pont diviseur des LM317/LM337 pour avoir la tension exacte, la dérive est vraiment élévée. Je comprends mieux pourquoi dans la datasheet ils mettent le courant ADJ dans le calcul de la tension de sortie. Enfin ... J'espère que ça vient de là !

Tone stack : Le comportement du tone stack des MESA est réputé particulier. Et si je ne me suis pas planté dans l'implémentation, et bien effectivement le comportement de ce tone stack est très bizarre. Pas du tout straightforward comme un baxandall. Le potar de basses n'a quasiment aucun effet, ou alors c'est à trop basse fréquence pour que je le remarque avec mon Cube RX (je re-testerai surun 4x12 plus tard). Le potar middle réagit à peu près comme on peut s'y attendre. Le potar d'aigus réagit "normalement" quand on booste, ya plein d'aigus bien stridents, par contre quand on cut ça booste le reste du spectre de façon démesurée, c'est très bizarre.

Gain / volume : je ne sais pas si c'est à cause du lot de JFET ou bien à cause de la tension d'alimentation qui est un peu basse pour du J201, en tous cas le son est vachement sage par rapport à ce que je m'attendais, surtout en écoutant les samples des Dr. Boogeyt DIY. Sur les deux canaux le son est vachement smooth, je trouve. Par ailleurs le volume est très très faible. Avec le potar de volume au max je suis aussi fort que le son bypas, ce qui est embêtant. Pour compenser ça, j'ai augmenté le gain de tous les étages en augmentant la résistance de drain. Les 10k je les passe en 18k et les 4.7k en 10k. Ca permet de compenser un peu. En fait il semble que ça soit le tone stack qui bouffe un max de niveau. Je ferais bien une version en remplaçant le tone stack passif par un baxandall actif à ampliops. Ca rajouterait pas mal de composants mais ça règlerait les problèmes de volume.

Par ailleurs encore, le fait que le gain soit un volume intermédiaire a le facheux inconénient de rendre une bonne partie de la course du potar de gain inutilisable, du fait que de toutes façons le volume est trop faible pour être exploitable.

Truc bizarre, quand on alimente la pédale, l'état par défaut c'est bypass et canal red. Ca aurtait été mieux que ça soit le canal orange qui soit sélectionné par défaut. Il faudrait inverser CMD et /CMD.

Au niveau mécanique, il faut se méfier des LEDs, car elles peuvent ne pas bien aller avec les potars Alpha RV14. Par exemple ici les LEDs bicolores (trois pattes) sont très différentes des LEDs monocromes, leurs pattes ont une sorte de décrochage qu ifait qu'on ne peut pas les coller au PCB, et donc elles 'poussent' le potar, ce qui empêche de le coller au PCB aussi. C'es très pénible. D'ailleurs, j'ai été obligé de couper la "colerette" de ces LEDs au cutter pour que les potars ne soient pas à 3mm du PCB. Il faudra que j'en trouve d'autres pour la suite, qui soient plus coopératives mécaniquement parlant.

Samples

Canal orange, gain à 50%. Dans tous les extraits qui suivent le volume est à 75%. Cette pédale n'a pas beaucoup de volume:


Canal orange, gain à fond:


Canal rouge, gain à 25%:


Canal rouge, gain à 50%:


Canal rouge, gain à fond:


Canal rouge, gain à 75%, je joue avec l'eq:


Canal rouge, gain à 100, je joue avec l'eq:


Ya quand-même beaucoup de basses, le réglage de basses de l'equalo ne sert à rien quasiment (il faudrait que je règle ça), et quand on coupe les aigus, avec le gain à fond ça fait presque fuzz. C'est assez différent du son que j'ai avec l'émulation IK, mais j'aime bien. Ce n'est pas du tout une grosse disto bien bourrine, c'est assez subtile.


Améliorations

En plus des corrections, j'envisage certaines évolutions :

  • Passer le tone stack en baxandall. J'hésite à le mettre au milieu du circuit plutôt qu'à la sortie.
  • J'ai viré le potar de présence pour mettre une valeur fixe, je me demande si je ne devrais pas plutôt mettre un switch 3 positions. Ou au moins un truc du genre du "treble roll off" du canal orange qui vient switcher une résistance de 100k en série avec la 22k.
  • Changer la gestion du gain pour faire un mix son clair / son saturé, en utilisant un potar double. Ou bien en faisant un circuit 'clean' parallèle pour lequel le bouton de gain serait un blend. Pour faire un fonctionnement plus proche d'une overdrive genre Klon Centaur, qui fonctionne sur ce principe.
  • Au moins mettre des résistances de 100k au pied des potars de gain et de volume, pour déplacer la plage utile des réglages.

Monday, September 25 2017

DIY audio - Satelyte

topology.png

Une pédale de distortion, avec un peu d'innovation par rapport à la P.I.G. EDIT Corrections schéma + PCB + nouveaux samples.

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C

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DSCN0001.JPG

"Le DFM c'est pour les minables, nous on en fait jamais."

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J'ai pas mal d'heures de recherches et de manips sur le sujet, donc je fait un CR. Pour l'instant je suis arrivé à compiler des programmes qui utilisent Mbed avec gcc. J'écris ce post en février 2017.

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Sunday, December 4 2016

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menatone_pig_schematic_TINA_01.png

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Saturday, November 5 2016

Export de layout sous KiCAD

Il m'a fallu 16 essais pour réussir à sortir un typon potable. Voici un process qui marche.
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J'ai réparé deux tables de mixage en semi-carafe. Les deux avaient le même défaut sur le même composant.

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Ca n'a pas été de tout repos, et il y a une méthode quasi-miracle, donc je la partage.

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Et dire que j'ai passé plusieurs jours sur ça ...

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J'ai encore participé à la GGJ cette année. C'était cool.

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Des perturbations dans la Force sont à prévoir ...

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Mon album en écoute et en téléchargement.

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Installer Debian sur un EEEPC Asus 900 - EDIT

J'ai trouvé mieux pour ne pas trop se faire chier avec l'install de Debian.

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J'ai trouvé un player MP3 avec playlist en HTML5 / JS. J'ai remplacé celui en Flash que j'avais jusque-là.

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Un collègue m'a embarqué dans la Global Game Jam. C'était cool.
[EDIT] J'ai mis les morceaux dans une playlist dans la barre de navigation.

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