DIY audio - Smallsound/Bigsound Mini Overdrive

Une overdrive à JFET avec un bouton de bias. Forcément ça allait me plaire !

C'est une pote qui m'en a parlé et qui m'a demandé si je pouvais en fabriquer une. Ce qui est notable c'est que je ne suis jamais tombé dessus dans mes recherches diverses. Comme quoi, on ne peut pas tout couvrir.

C'est quoi ?

Cette pédale a été couverte par la chaîne YT Knobs:

C'est une overdrive assez sage, mais le bouton de bias permet de jouer sur le gate et d'avoir des sons ... un peu moins sages, on va dire. C'est beaucoup plus subtil que les autres pédales que j'ai fait récemment, à tout le moins.

Smallsound/Bigsound est une petite marque de pédale, que je ne connaissais pas du tout avant que ma pote me parle de celle-là. A priori c'est tenu par plus ou moins une seule personne qui tient un blog ici: http://smallsoundbigsound.blogspot.com/

Circuit

L'on trouve assez facilement le schéma, par exempl ici : http://guitar-fx-layouts.42897.x6.nabble.com/Smallsound-Bigsound-Mini-td31947.html

Le schéma est le suivant:

smallsound_bigsound_mini.PNG

Il est relativement simple, on a 3 étages quasiment identiques, 3 JFET et un bipolaire.

En haut à gauche les protections anti-inversion, la LED et le filtrage de l'alim.

Les trois étages sont de simple étages de gain, chacun avec son petit trimmer pour régler le bias. Si on prend le premier étage en exemple autour de Q2, c'est un simple gain, avec le JFET monté en source commune, avec découplage de la source, du grand classique. Il y a un petit circuit de filtrage passif et un potar de réglage de basses, puis un potar de volume qui permet de doser le niveau de signal qu'on envoie à l'étage suivant. Ce réglage fait office de gain, il y a une résistance de pied pour ne pas couper complétement le signal quand on met le potar au minimum (ce qui n'est pas le cas, par exemple, sur la P.I.G.).

Le deuxième étage autour de Q3 est quasiment identique, même JFET en source commune découplée avec les mêmes valeurs de composants, par contre la résistance de drain est le potar de BIAS. La aussi cet étage est suivi d'un potar de volume pour doser le signal envoyé à l'étage suivant, avec une résistance de pied. C'est la deuxième moitié du potar de gain, qui est donc un potar double.

Le troisième étage est ... encore la même chose, JFET en source commune découplée, mêmes valeurs de composants, mais avec un 5089 (NPN) en collecteur commun en sortie, pour diminuer l'impédance de sortie. Puis un tonestack avec un réglage d'aigus passif et un volume général.

On a donc vraiment trois fois le même étage de suite, avec des variations mineures. Sur tous les JFET, la résistance de drain est réglable. Sur celui du milieu c'est monté sur un potar en façade, sur les deux autres ce sont des trimmers. L'idée c'est que pour ne pas avoir à sélectionner les JFET, régler ces trimmers permet d'ajuster la polarisation pour compenser les éventuelles dérives de fabrication, d'une part, mais cela permet surtout de choisir sur chaque étage quelle sera la déformation du signal. Je trouve l'approche intéressante, cela permet à la fois d'avoir trois "opérations" indépendantes qui peuvent être appliquées sur le signal, sans avoir besoin d'utiliser des diodes, et aussi d'avoir trois étages de buffer, de façon à pouvoir insérer les fonctions "utilitaires" (réglage de gain, tonalité) entre les étages. Plutôt ingénieux et efficient.

Avec trois étages indépendants, on peut donc avoir par exemple un étage de gain et deux étages de saturation, un pour saturé en positif, l'autre en négatif. Ou alors deux saturations du même côté pour avoir une saturation bien asymétrique. Ou alors deux étages de gain et une saturation asymétrique, ou alors trois saturations bien symétriques pour avoir un max de gating ... Très versatile, j'aime bien !

Simulation

En simulation ça donne ça:

smallsound_od_schem_01.PNG

Avec un réglage "basique" des trimmers (10% sur chaque) et le reste à 50% on obtient ceci:

smallsound_od_curve_01_01.PNG

Ici l'on a donc un signal d'entrée sinusoïdal qui monte à 100mV, et tous les signaux de drain des JFET, jusqu'à la sortie. Ici on obtient une saturation pas trop violente. On voit aussi que le signal est moins saturé en sortie par rapport au signal qu'on a sur le drain du dernier étage, ce qui signifie juste que le tonestack de sortie filtre massivement les aigus. Petit zoom:

smallsound_od_curve_01_02.PNG

Si on joue sur le réglage d'aigus en sortie, on voit l'effet que ça a sur le signal, de 10% à 90%:

smallsound_od_curve_01_02.PNG

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L'on constate bien que le signal de sortie est plus carré quand on mets plus d'aigus. Logique. Si on revient à 50% sur les aigus et qu'on joue sur le gain (de 10% à 90%):

smallsound_od_curve_01_05.PNG

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Regardons maintenant l'effet des trims de bias. Genre, regardons le premier trim. On remet tous le reste à 50%, et on joue sur le premier bias, de 10% à 90%:

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Quand on augmente le trimmer on diminue le gain et on diminue la tension de polarisation de sortie, ce qui est normal. Donc cela revient à un pre-gain, rien de plus. Tant que le signal d'entrée reste faible cet étage ne fait que de la pré-amplification. La tension continue varie de 200mV (trim au max, gain < 1) à 3.6V (trim au min, gain ~6), donc ça ne risque pas de saturer à ce niveau, ni en positif (il faudrait avoir plus de gain et/ou une tension continue plus élevée), ni en négatif (quand on diminue la tension continue, on diminue aussi drastiquement le gain). Étant donné qu'il y a des capas de liaison qui coupent le DC vers l'étage suivant, la polarisation de cet étage n'a pas beaucoup d'effet sur la suite. Par ailleurs, il est à noter que l'effet de ce trim est plus sensible en-dessous de 20%. Au-dessus, l'effet est difficilement mesurable.

Par contre, on peut regarder l'effet de ce trim sur la réponse en fréquence (pareil, trim à 10% puis 90%, drain de J1 en vert, gate de J2 en bleu):

smallsound_od_curve_01_09.PNG

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L'effet est intéressant, plus on augmente le gain, plus on perd en basses en-dessous de 100Hz, mais c'est légèrement compensé par le circuit de réglage de basses, qui rajoute un plateau vers 300Hz. Mais ce n'est pas révolutionnaire. Profitons-en pour regarder l'effet du réglage des basses - toujours plus visible sur l'analyse AC que sur des courbes transient. Avec le trim au minimum, basses à 10% puis 90%:

smallsound_od_curve_01_11.PNG

smallsound_od_curve_01_12.PNG

Et même chose avec le trim au maximum:

smallsound_od_curve_01_13.PNG

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L'on remarque déjà que le réglage de basses est inversé (...), et que l'effet est sensible autour de 100Hz-200Hz, avec un "knee" - fréquence limite de variation - vers 1kHz, ce qui est assez haut. Dans un sens on a une atténuation de 12dB d'atténuation, mais globalement, l'effet du réglage de basses a l'air beaucoup plus prononcé quand le trim est élevé, donc quand il y a peu de gain. Il y a donc un compromis à trouver entre le gain et l'efficacité du réglage des basses.

A partir de là, vu que l'on entre dans un autre étage actif, le réglage de basses n'aura pas d'interaction avec la suite du circuit, donc je n'y toucherai plus pour la suite. Je remets les basses à 50%, et le premier trim à 10% aussi. Regardons ce qu'il se passe en sortie du deuxième étage. Je joue sur le deuxième trimmer ET sur le réglage de BIAS (les deux sont en série, ils ont donc le même effet) histoire de voir les extrêmes. 10% sur les deux, puis 90% sur les deux, en bleu lae drain de J1 (sortie du premier étage), en rouge le drain de J2 (sortie du deuxième étage):

smallsound_od_curve_01_15.PNG

smallsound_od_curve_01_16.PNG

L'amplitude du signal est plus faible (normal), et l'on remarque que le signal est légèrement déformé. Si l'on suit le même raisonnement que s'ur l'étage précédent, diminuer la résistance de drain va augmenter le gain, et cela devrait nous permettre de mieux voir la tête du signal. Faisons donc cela et mettons le trim du deuxième étage ainsi que le réglage de BIAS à 50%:

smallsound_od_curve_01_17.PNG

AhA ! Là on commence à voir des choses intéressantes :) Par ailleurs, un petit de-zoom permet de voir un autre phénomène intéressant:

smallsound_od_curve_01_16b.PNG

Malgré l'augmentation strictement linéaire de l'amplitude du signal d'entrée (en vert), on remarque que l'amplitude du signal de sortie s'accentue quand l'amplitude absolue du signal augmente. L'on est en train de faire un expandeur :P L'on peut s'attendre à un effet de gate en choisissant judicieusement le réglage de trim / BIAS de cet étage.

L'on remarque aussi que la tension continue de polarisation baisse quand on augmente le trim, ce qui là encore est normal, comme sur le premier étage, lorsque l'on augmente la résistance de drain on diminue le point de polarisation, vu que ça forme un pont diviseur avec la jonction D-S du JFET et la résistance de source. Donc si on augmente la résistance du haut, la tension de sortie du pont diviseur diminue. CQFD.

Poussons un peu le gain, genre à 90%:

smallsound_od_curve_01_16c.PNG

L'on remarque encore plus l'effet d'expandeur / gate :P

Passons maintenant au troisième et dernier étage. Je remets tous les réglages à 50%, 10% sur les trims et sur le bias. Voyons l'effet du troisième trim sur la sortie du troisième étage (en violet, je laisse la sortie du deuxième étage en rouge), et je rajoute le signal de l’émetteur du NPN, en bleu. 10% puis 90% sur le troisième trimmer:

smallsound_od_curve_01_18.PNG

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Rien de spécial, si on augmente le trimmer on diminue le gain et la tension continue, tout est normal. Si on dé-zoome un peu et que l'on met le trimmer à 10% pour avoir un peu plus de gain:

smallsound_od_curve_01_20.PNG

L'on voit bien que là ça sature vraiment sérieusement. En fait c'est clairement cet étage qui va faire l'écrêtage. Donc si on veut un son tranquille, genre clean / crunch léger, il vaut mieux augmenter le trimmer du troisième étage. Ici comme avec le premier étage, l'effet du trimmer est très sensible en-dessous de 20%, au-dessus il ne joue quasiment plus. A la sortie de cet étage, il y a le réglage d'aigus. Voyon l'effet du troisième trimmer sur la réponse en fréquence. Avec le trimmer à 10%, aigus à 10% puis à 90% (le signal de sortie est en bleu):

smallsound_od_curve_01_21.PNG

smallsound_od_curve_01_22.PNG

Même chose avec le trimmer à 90%:

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L'on remarque que le réglage d'aigus agit à partir de 2kHz. 15dB d'atténuation quel que soit le réglage de trim. Par contre, la courbe générale est moins accidentée avec le trim à 90%, à 10% il y a une bosse autour de 200Hz.

Bien, maintenant que l'on a tous les trimmers à 10% et tout le reste à 50%, pour rappel ça donne ça (entrée, sortie de l'étage 2, sortie de l'étage 3, sortie du circuit):

smallsound_od_curve_01_25.PNG

Maintenant jouons un peu. L'on a vu que le fait de pousser le trimmer du deuxième étage a tendance à provoquer un effet d'expander / gate, qui est amplifié par le gain. Voyons l'effet global si on pousse le trimmer du deuxième étage et le BIAS à 50%, et qu'on met le gain à 10%, puis à 90%:

smallsound_od_curve_01_26.PNG

smallsound_od_curve_01_27.PNG

L'on voit bien arriver l'effet de gate, mais il est atténué. Si on pousse un peu le trim du troisième étage, on devrait pouvoir marquer un peu plus l'effet. Testons avec le trim à 20%:

smallsound_od_curve_01_28.PNG

Hmmm ... Yummy :P Si on fait varier le bias de 10% à 90%:

smallsound_od_curve_01_29.PNG

smallsound_od_curve_01_30.PNG

Avec ce réglage des trimmers, on eut aller d'un son vraiment gentil à un son vraiment gated, à un son vraiment compressé, donc ça me semble pas mal.

Extraits sonores - simulation

Pour rappel, mon sample de test est le suivant:

Avec tout à 50%, trims à 10%, BIAS à 50%, VOLUME à 10% (ce circuit a énormément de gain ...):

Idem, gain à 95%:

Treble à 95%, BASS à 5%:

Treble à 5%, BASS à 95%:

Treble et Bass à 50%, trim du dernier étage à 20%, BIAS à 90%:

BIAS à 50%:

BIAS à 10%:

Plus ça va, plus je suis déçu par les simulations avec mon sample de guitare. Avec le sinus modulé on voit bien l'effet du circuit, par contre sur la guitare, ça devient trop subtil, je n'entend plus les différences. Bon, j'ai fabriqué la pédale, on va voir ce que ça donne avec une vraie guitare.

Fabrication

J'ai donc appliqué ma nouvelle architecture bi-PCB, avec un PCB qui tient les connecteurs et le bypass, et un PCB avec le circuit et les potars. PCB fabriqué à l'Electrolab, comme d'habitude.

Pour les trimmers, j'ai pris des trimmers CMS miniature, mais sincèrement je ne vais pas réitérer, ils sont vraiment trop petits et difficiles à manipuler, il faut que j'en trouve des plus raisonnables. Je les ai mis sur le bottom de la carte du circuit, ce qui fait qu'ils sont accessibles sans avoir besoin de démonter entièrement la carte et les potars (j'aurais bien été assez con pour faire l'erreur mais là bizarrement non). Mais il y a la carte du dessous. Coup de bol, j'avais uniquement un plan de masse en face des trimmers, donc j'ai fait une tranchée à la Dremel pour qu'on puisse accéder aux potars sans enlever la carte du dessous.

A noter que j'ai monté des J201 en lieu et place des 2N5457, ce qui doit surement jouer sur la polarisation.

Bien entendu, je me suis foiré sur le pinout des potars, et j'ai donc dû corriger "à la main", et mettre des fils sur le PCB. Par ailleurs, autre connerie : les 1590B sont aussi basses que les 1590A, donc il faut des jacks slim, les jacks standards ne passent pas. Or, bien entendu, j'avais routé avec des empreintes de jacks standards ... Donc j'ai encore joué de la Dremel pour refaire les trous pour des jacks slim.

smallsound_od_pcb.jpg

Le routage, une fois corrigé avec les bons jacks et le bon pinout, donne ça:

smallsound_bigsound_mini-F_Cu.svg

smallsound_bigsound_mini-B_Cu.svg

Pour percer le boîtier - qui est un classique 1590B - j'ai décidé d'arrêter de me faire chier et d'utiliser la perceuse-fraiseuse du Lab, qui dispose d'un étau de l'enfer et d'une DRO. Et bien, croyez-moi, plus jamais je ne percerai à nouveau sous contraintes sur une perceuse à colonne classique !

smallsound_od_pf.jpg

Le boîtier percé donne ça:

smallsound_od_enclosure_01.jpg

J'ai pris un boîtié pré-peint, pour me gagner du temps, et je trouvais que c'était assez classe en blanc. L'on voit que les trous sont nickel, sauf celui de la LED, car j'ai commis l'erreur de ne pas utiliser un foret à pointer.

Sujet à propos des forets à pointer sur Usinages

Sur tous les autres perçages j'ai utilisé un foret à pointer, et le perçage est nickel. CQFD.

Les potars n'ont pas tous la même longueur, il y en a même un qui a un cran central, c'est la joie des potars chez Mouser : impossible d'avoir plusieurs valeurs différente dans la même série, forcément il y en aura avec des longueurs de shafts différentes et un cran au milieu :( D'où : il faut au maximum avoir la même valeur de potar partout. Autre problème : les boutons de potars que j'ai sous la main pour du D-shaft sont prévu pour des potars montés pattes vers le haut. Or, bien entendu, j'ai routé les pattes vers le bas ... Donc, pour que ça soit moins dégueu, j'ai décidé d'arrêter de me prendre la tête avec des appros aléatoires et mal documentées, et j'ai fabriqué les boutons moi-même à l'imprimante 3D ! Ça a été un peu compliqué, j'ai trouvé un modèle 3D "basique" sur Thingverse, que j'ai dû modifier les dimensions pour ajuster de façon qu'il tienne sur le shaft. Bien entendu, d'un jour sur l'autre la rétractation de l'ABS est différente, et les tolérances changent, donc ça ne va plus. A force j'ai réussi à avoir exactement ce qu'il faut pour que ça tienne sur le shaft sans pour autant rendre les boutons indémontables. Les boutons restent assez longs malgré tout, mais ça va, quand-même, faut pas déconner, c'est gérable.

smallsound_od_enclosure_02.jpg

La pédale rouge, c'est un autre circuit, vraiment marrant, dont je parlerai plus tard dans un autre article :)

smallsound_od_enclosure_03.jpg

smallsound_od_enclosure_04.jpg

smallsound_od_enclosure_05.jpg

Comment ça sonne en vrai

Avec la Cyclone #1, micros Lollar Imperial standard. J'ai mis une émulation de Rectifier de chez LePou, canal clair, et une petite réverbe.

Conclusion

Cette pédale est assez décevante, les simulations donnent l'impression que le résultat va être vraiment cool et radical, et en fait c'est une pédale assez calme. J'ai quand-même réussi à obtenir un réglage intéressant, et il faut vraiment tweaker pour obtenir un son intéressant. Et ce circuit est très sensible au bruit d'alim, comme on peut l'entendre sur les enregistrements.

J'ai quand-même envie de m'en faire une pour moi, ou je filerai la version corrigée à ma pote et je récupérerai l'originale pour la bricoler. La topologie est intéressante, et je peux peut-être trouve un moyen de la rendre plus facile à régler. Baisser la valeur des trimmers et utiliser des trimmers plus gros et faciles à tourner serait déjà une amélioration non négligeable. Et mettre la tranchée pour l'accès aux trimmers.

Ca sera pour une V3 :) Mais plus tard, là je suis fatigué je vais me coucher.

Le dossier du projet (simu LTSpice, KiCAD) est en PJ de ce post.

Annexes

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