DIY audio - Satelyte

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

J'ai passé les trois derniers mois à m'acharner sur deux pédales plutôt complexes, un tremolo à commande numérique, et un phaser à commande numérique. Trois mois d'acharnement qui m'ont conduit à mettre au point un setup de travail pour développer sur Nucleo et STM32 - ce qui est bien. Par contre, bien que la partie numérique marche parfaitement bien sur les deux, la partie analogique ne fonctionne pas du tout. Je comptais en finir au moins une pour pouvoir m'en servir au concert de mon groupe début juin, mais là c'était mort. Donc j'ai lancé un autre projet que j'avais en carton : une pédale de disto full-analogique. Et celle-là a marché quasiment du premier coup ! Et je vais pouvoir m'en servir en concert :)

Présentation - Archi

Il s'agit d'un mélange d'une OCD, d'une Prunes & Custard, et d'un octaver lambda. L'idée est de cabler en parallèle du circuit de l'OCD - qui n'est rien d'autre qu'une MXR Distortion+ avec des MOSFET au lieu de diodes d'écrêtage - et de mixer le son des deux autres, de façon à pouvoir les mélanger. J'utilise l'étage de gain / préamp de l'OCD pour driver les deux autres circuits, et je les re-mélange. J'ai ajouté deux switches pour l'octaver, pour sélectionner redressement simple ou double-alternance, et pour réinjecter le signal avant ou après les MOSFETs de l'OCD. Le son de l'octave est toujours ajouté au son de l'OCD, le son du Prunes & Custard est séparé. Et j'ai mis en parallèle aussi le son dry, pour pouvoir réinjecter du son non-saturé Au final il y a quatre potars (gain, volume dry, volume prunes, volume OCD + octave) et deux switches (octave half-wave / full-wave, octave pre / post).
Comme d'habitude j'ai mis un 4013 pour gérer le footswitch, et un 4066 pour le multiplexage (à priori meilleur que le 4053 because résistance série plus faible).

Petit schéma pour résumer la topologie:

topology.png

Schematic

Pour la simulation avec TINA:
distortion_01.TSC

Une fois saisi sous KiCAD:
distortion_01_2.png

Ceux qui connaissent les topologies standard reconnaitrons la partie OCD. La Prunes & Custard est une pédale cheloue de la marque Crowther, dont je trouve le son rigolo, mais que je n'utiliserais pas seule, d'où l'ajout du reste.
Je me sers donc de l'étage de gain de l'OCD comme gain commun à tout le monde. J'ai utilisé le schéma standard, en MOSFET j'ai mis des BS170F, vu que je n'avais pas de 2N7000 sous la main. J'ai utilisé de bêtes TL072 comme AOP.
L'octaver est un simple redresseur simple / double alternance à base d'ampli-ops et de diodes standard. La partie des alternances négatives peut être coupée par le switch SW102. Sa sortie est ré-injectée dans le circuit de l'OCD. En fonction de la position de SW101, elle est ré-injectée soit au niveau des MOSFETs - et donc se fera écrêter - soit après - et ne se fera donc pas écrêter. Cela permet de rendre l'octaver prédominant - lorsqu'il n'est pas écrêté - sans ajouter un potar dédié. Et en plus, lorsqu'il est plus fort car non écrêté, il est beaucoup moins saturé, ce qui permet d'équilibrer le son.
La Prunes & Custard utilise un pont de diodes, et génère beaucoup d'harmoniques cheloues. Je l'ai mis completement en parallèle du reste du circuit.

Layout

Dans un premier temps je l'ai routé pour rentrer dans un 1590BB (120 x 90) avec les habituels - pour moi - potars Alpha avec LED 3mm à placer dessous. Et puis je me suis dit que ce n'étais pas un circuit qui nécessitait autant de surface, donc j'ai décidé de le faire rentrer dans un 1590B (120 x 60). Les potars me gênaient pas mal pour arriver à router correctement, j'ai donc décidé de changer de style, et de revenir à un circuit plus simple avec une seule LED, et des portars plus petits, sans LED. Plusieurs avantage : moins de surface requise, je peux trouver les potars sur Farnell / Mouser, un seul signal de commande pour la LED (plus besoin de tirer plusieurs commandes aux quatre coins de la carte). L'inconvénient principal étant qu'il est quasiment impossible de trouver une famille complète de potars en montage sur PCB. Au mieux on trouvera deux valeurs sur un même modèle mécanique, et souvent des valeurs à la con, genre 1k et 5k, ou 1k et 1M et rien au milieu ...
J'ai jeté mon dévolu sur des Bourns RK09 de 100k. J'ai mis du 100k partout, comme ça pas de jaloux. J'ai donc adapté le circuit de gain de l'OCD en conséquence.
Autre inconvénient de ces potars : ils n'ont pas de filetage de vis pour les fixer sur le boîtier, ils ne peuvent donc pas tenir le PCB. Pour résoudre ce problème j'ai décidé de tirer parti du fait que j'avais deux switches, qui eux seront des interrupteurs à levier classiques, donc avec filetage, et donc je me sers d'eux pour tenir le PCB. Les jacks en bas, les switches en haut.
Concernant les switches, vu qu'il est impossible de trouver des switches dont le corps ait la même hauteur que les potars - il y a peut-être des sub-miniatures mais je n'ai pas le courage de chercher - je gère le problème en faisant une carte séparée pour les switches. Elle sera reliée à la carte principale par deux connecteurs HE10 1 x 3, et j'ajusterai la hauteur quand je monterai le tout.

Mechanics

J'ai fait un montage mécanique très similaire à la PIG. Un boîtier Hammond 1590B, seul le connecteur d'alim n'est pas sur le PCB. Pour info, les LEDs 5mm blanches défoncent la rétine. Faire attention.
Quelques conneries quand-même:

  • Les composants entre les deux jacks, ce n'est pas une bonne idée. J'ai d$u faire de la sculpture et creuser le plastique des jacks pour qu'ils passent.
  • Le petit PCB avec les switches est un peu mal placé, et les switches appuient sur le PCB principal. Il faut déplacer les switches légèrement vers l'extérieur.


Pour le boîtier, j'ai encore galéré pour faire les trous en face des trous. Et ils ne sont pas en face des trous ... J'ai encore des progrès à faire à la perçeuse à colonne.
Les potars que j'ai choisi ont quand-même un inconvénient, c'est qu'ils sont faits pour être placés "pattes en bas", vu qu'il y a un repère sur l'axe, qui est fixe. Donc si on ne met pas de capuchon il faut orienter les potars pour que le repère soit correct. Là ça n'est aps le cas.
Oh ! Et au niveau du schéma j'ai mis les potars à l'envers ... C'est à corriger.

Au final ça donne ça:
C
C

What does it sound like ?

Quelques samples. D'abord les sorties de TINA en simulation, pour référence, pour pouvoir comparer. J'ai fait seulement 6 secondes, ça me prend déjà 10 minutes de processing à chaque fois donc bon.

Le son bypass d'origine, un extrait d'un solo sur An Evening To Remeber.


Le circuit du Prunes & Custard seul, avec des BAS21 (diodes standard).


Même chose avec des BAT54 (diodes Schottky).


A noter que, comme on pouvait s'en douter, le son est plus faible (Vf plus faible sur les Schottky) mais il y a plus d'harmoniques. Une variante à envisager ?

Le circuit OCD seul, sans octave.


L'octaver, en half-wave, post-MOS.


L'octaver, en full-wave, post-MOS.


L'octaver, en full-wave, pre-MOS.


Et en vrai ?

J'ai fait une série de samples avec la Cyclone #1, micros Lollar Imperial. Le son bypass d'abord. J'ai enregistré direct dans la carte son, avec Reaper, j'ai juste mis un "émulateur" d'ampli, un plugin gratuit qui s'appelle Rollamp (http://analogobsession.com/product/rollamp/).


Avec le dry à fond, rien d'autre.


A noter que j'ai mis un gain de 2 en sortie, et le niveau de sortie du dry à fond est le même que lme niveau de sortie en bypass. Donc j'ai de la perte en ligne, et il faut compenser.

Avec l'OCD/octave à fond, pre-MOS, full-wave, gain au minimum, rien d'autre.


Avec le Prunes à fond, gain au minimum, rien d'autre.


Avec le Prunes à fond, en faisant varier le gain du min au max, rien d'autre.


Avec l'OCD / octave à fond, pre-MOS, full-wave, en faisant varier le gain du min au max, rien d'autre.


Avec l'OCD / octave à fond, gain à peu près 50%, je joue avec les switches half-wave / full-wave d'abord, puis pre-post, rien d'autre.


L'on notera ici aussi que, comme attendu, le réglage pre-MOS a tendance à fortement compresser le son et perdre en niveau par rapport au post-MOS, ce qui est normal, vu que le signal est moins écrêté en post-MOS.


Et enfin un petit mélange des deux + du dry, full-wave, post-MOS.


EDIT

Avec une capa de filtrage pour stabiliser la tension de référence et une capa de 100nF pour arrondir les aigues en sortie d'octave.


Améliorations

En dehors des quelques corrections, je pense qu'il y a des choses envisageables pour faire évoluer ce circuit:

  • Séparer OCD et octave, et ajouter un volume dédié pour l'octave.
  • Tester autre chose que des diodes standard : Schottky, LEDs, Ge ... Monter des petits headers HE10 ne serait pas idiot. Perso je ne suis pas pour sur un modèle "de scène" pour de simples raisons de fiabilité mécanique, mais ça aurait du sens pour faire des manips, et une fois les bons composants trouvés, les souder en direct sur une carte standard.
  • True bypass / Relay bypass, évidemment.
  • Mettre un AOP différent pour la partir octave, genre LM1458 (compensé) voire LM7322 (compensé + RR).
  • Ajouter un contrôle de tonalité. Je n'en ai pas ressenti le besoin, mais d'aucuns pourraient en ressentir le besoin.
  • Ajouter un volume général. Idem point précédent.
  • D'une façon générale je pense que je vais changer l'archi méca de mes pédales car celle-ci m'a montré les limites de mon approche single-board : ça passe à peine en hauteur dans un 1590B ou 1590BB. Et je n'ai pas l'intention de passer sur des boîtiers plus gros. La solution serait de faire une archi dual ou triple-board, avec une - ou deux - carte(s) qui tien(en)t les potars / switches, et une carte principale qui tient les jacks et le rest du circuit. Au lieu d'être au fond du boîtier comme sur cette pédale, la carte principale sera côté couvercle, la liaison avec les contrôles de fera par des connecteurs HE10. Ca demanderait plus de préparation pour l'intégration mécanique, pour éviter que les composants ramponnent dans les cartes et pour aligner les HE10. Par contre ça permettrait de mieux répartir la hauteur des éléments, de façon que tout rentre dans la hauteur du 1590. D'ailleurs c'est ce que fait EHX dans ses pédales. Je pense qu'il faut que je passe sur cette archi. Ca me limitera le temps de mise au point de l'intégration mécanique. Et j'aurais plus de surface de PCB pour router, au final.

EDIT

Le bruit HF était vraiment insupportable. J'ai réussi à le supprimer. Pour trouver d'où ça vient, j'ai branché la pédale sur un ampli, et j'ai baladé une capa de 100nF sur la carte, jusqu'à trouver un endroit où ça réduit le bruit, ou bien la fréquence du bruit change. Ici, en mettant la capa aux bornes de la résistance de pied du pont de la référence de tension (R107) le bruit disparait complétement. Comme quoi il y a beau y avoir une capa de 10µF sur l'alim, ça ne suffit pas à stabiliser tout. Donc j'ai mis une capa de 10µF pour stabiliser la référence de tension.

Par ailleurs je trouvais le son vraiment trop aggressif et nasillard, donc j'ai calmé les aigus en mettant une capa de 100nF en sortie du circuit OCD / octave, en parallèle du potar de volume correspondant. De même à la sortie du prunes & custard, j'ai ajouté une résistance de 10k en série et une capa de 100nF, pour faire un petit passe-bas. Le résultat est bien moins violent, ce qui n'est pas plus mal.

Fichiers CAO

Attention, il y a plein de conneries dans ce dossier, entre autres, comme d'habitude, des empreintes pas bonnes (toutes les diodes en SOT23 en fait). Il faut que je fasse les corrections, mais bon, pas trop le temps et la motivation à court-terme ...
Les corrections impératives à faire:

  • Les potars sont à l'envers,
  • Si possible les orienter "pattes en bas",
  • Le pinout des empreintes des diodes ne sont pas corrects, c'est pour ça que je les ai montées dans le mauvais sens sur le PCB final.

Dossier KiCAD v1

EDIT

La version avec les corrections de pinout des diodes, des potars (à l'endroit ce coup-ci), et ajout des capas, celle de stabilisation de Vref, et celles de filtrage des sorties.

Dossier KiCAD v2

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