Оптично Wah - опит за проектиране

[Evtim Djerekarov]

Е, то предвид "сложността" на схемата на Crybaby-то, едва ли може да се очакват кой-знае какви разлики в звука. Гледам из нета, че някои китаристи се вманиячосват и си сменят бобината с FASEL  или Halo, сменят кондензатори и правят други модификации, само и само, да постигнат по-особено или по-винтидж звучене. В някои случаи ползват и бобини с неестествено високо съпротивление, или пък с много малко сечение на сърцевината, за да постигнах характерни изкривявания.

 

Като изключим този род фенщина, моето мнение е, че уа-то не е точно педалът за създаване на изкривявания, и поради тази причина съм навил бобина с невисоко съпротивление върху относително голяма магнитна сърцевина, а също съм ползвал повече полиестерни кондензатори - за да може звукът да си остане възможно по-неизкривен (до колкото може тези неща да имат голямо значение).

 

Колкото до плавността на регулация - горе долу същата е - само пластмасовото ми педалче се движи много по-лесно, поради което го движа по-бързо с ръка, и на записите изглежда, че има по-разък преход може би. Иначе, контролната схема позволява известна регулация на горна/долна точка и стръмност.

Редактирано Януари 29, 2018 от Evtim Djerekarov

[Heartman]

Значи твоето се е получило, оптично крайбейби.При дънлоп ще се наложи да сменят потенциометъра, а твоя ще е вечен.

[Evtim Djerekarov]

Не знам, дали ще е вечно, но дори нещо да се наложи, да се смени, едва ли ще е скъпо колкото потенциометър за уа-уа.

 

Известна сложност представлява това, че в средно положение (50+50К) токът през всеки от светодиодите трябва да е около 1 uA, но той плава доста с температурата. Ако стане 3 uA, то около средно положение, потенциометърът ще изглежда като 33К, не 100К. Сега мисля достатъчно надеждна схема с температурна компенсация, за да могат параметрите да са ОК в широк температурен диапазон.

Редактирано Януари 29, 2018 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Снех характеристиките на двата оптоизолатора, които представляват оптичния "потенциометър":

 

 

Вижда се, че съпротивлението на елементите има нещо-като-логаритмична зависимост от тока през светодиода.

За да получим (относително) линейна зависимост, трябва токът да се променя логаритмично спрямо входната величина

(позицията на педала). Освен това, двете характеристики (едната - увеличаваща се, другата - намаляваща) трябва да се пресичат,

на около 1 микроампер, и това не трябва да се променя с повече от 10-25% за приемлив температурен диапазон (например 10-50 градуса по Целзий). Поне за мен разработката на такава схема с компенсация представлява известно предизвикателство. Имам няколко по-успешни варианта (на симулации) но все още не съм сигурен в тях. Вие имате ли опит с такива схеми?

[Evtim Djerekarov]

За да могат що-годе надеждно да се измерят характеристиките на фоторезистор, трябва да имаме:

-Надежден (постоянен) светлинен източник.

-Осветяване силно и затъмняване (може би неколкократно) преди измерването.

-Известно изчакване, преди да се стабилизира стойността.

 

За да е по-лесен процеса, си направих едно ето такова приспособление:

 

 

Вътре, нещото което свети е светодиод, чийто ток (съответно, яркост) се наглася с потенциометъра. Чрез ЦК ключето може да избираме между максимална яркост, пълна тъмнина или зададената с потенциометъра сила на светлината (погрижих се, токът през светодиода да е доста постоянен, с много малко температурно отклонение). Нещото, което стърчи на двете жици е това, в което се слага фоторезистора - вътре има клеми, в които можем докрай да вкараме елемент дори с доста дълги крачета.

 

Процесът е следния - взимаме нашия фоторезистор, слагаме го в "стърчащото нещо", и го притискаме на равна повърхност (За да дойде повърхността на фоторезистора на равно с челото на приспособлението. След това взимаме нещото, и го опираме в кутийката така, че светодиода в нея, да свети точно срещу него. След това няколко пъти, да кажем за по секунда, прещракваме много светло/тъмно с ЦК ключето, и накрая го поставяме на позицията за измерване, чакаме няколко секунди да се стабилизира стойността и измерваме.

 

В клеми на кутийката, които не се виждат на снимката, се свързват микро/милиамперметър и омметър, настроен на диапазон, да кажем 200 килоома.

 

Така би трябвало, да могат да се снемат параметрите доста по-бързо и надеждно.

Редактирано Януари 31, 2018 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

С помощта на новата машинка за измерване, направих тези 4 оптоизолатора, които два по два имат доста близки параметри:

 

 

Тук съм измерил параметрите на 20-ина оптрона, от които съм избрал тези (липсващите), които са били достатъчно близки.

 

 

Ето и един поглед вътре в "гърлото" на машинката за измерване. Стените на тръбичката са така хамалски надрани неслучайно - когато бяха гладки, отразяваха светлината и я фокусираха повече е центъра на отвора, поради което измерванията бяха по-ненадеждни. С местене на фоторезистора по повърхността на отвора се менеше измерваната величина. Сега ефектът е в рамките на около 1% - пренебрежимо малък.

 

 

Възможно е дори да се направи оптрон, който има един източник на светлина и два приемника, но засега не успях да измисля достатъчно надеждна миниатюрна кутийка за целта. Сега обаче чрез тример на два от четирите светодиода, може идеално схемата да се балансира, така че в средна точка, да имаме точно 50К съпротивления и на двете половини.

 

Въоръжен с инструментчето за измервания, вече мисля, че мога да направя схема с ООВ, която гарантира линейна промяна на съпротивленията на фотоелементите, така че да се държат съвсем като линеен потенциометър. Това би било много полезно, понеже във веригата, създаваща управляващото напрежение, комбинирано с тримерите за нагласяне на горна и долна точка на педала, сега могат да се добавят в подходящ делител диод с малък (Si, Ge) пад на напрежение и "късо" коляно, и такъв (LED) с голямо коляно, така че точно да се моделира изменението на съпротивлението, както е при специализираните Уа-Уа потенциометри (бързо първоначално нарастване на напрежението, и последващо намаляване на нарастването при линейна промяна на входния параметър).

Редактирано Февруари 2, 2018 от Evtim Djerekarov

[Gregg]

Преди години бях правил едни експерименти с "оптронен потенциометър" с два фоторезистора в един корпус и ползвах термосвиваем шлаух, но нямах нужда от голяма точност и не съм пасвал фоторезисторите, които все пак не бяха случайни.
За целта ти препоръчвам да видиш схемата, която Меса ползват в Triaxis. Там има един операционен с обратна връзка към фоторезисторите, за по-голяма стабилност). Оригиналният оптрон с два фоторезистора е P873-13 на Hamamatsu (HTV), обаче него забрави да го намериш или ако ти попадне някоя бройка цената ще бъде най-малкото скандална.

Патентът за "оптронен потенциометър" на Меса го има в нета - номер 5208548. В MEF има доста дълга тема по въпроса. Ако ти е интересно мога да изровя и платката със стойностите от архива си.

Минусите на такъв потенциометър са:

1/ фотоклетките деградират с времето
2/ термозависими са
3/ внасят оцветяване, което е на вкус - може да ти хареса, а може би не.

Затова впоследствие минах на "потенциометър с релета", но това вече е друга тема.

За такова приложение обаче това едва ли ще се отрази много.

Редактирано Февруари 2, 2018 от Gregg

[Evtim Djerekarov]

Благодаря за споделеното. Имаш ли информация за ефектите от стареене на фоторезисторите?

Моето разбиране, което ползвам като отправна точка за схемата, е следното:

 

- Стареенето на два фоторезистора с близки параметри, осветявани по един и същи начин, би трябвало да ни доведе отново до два фоторезистора с близки параметри. Освен това, в това приложение, не ги осветявам силно, а достатъчно, че да си менят съпротивлението в рамките на 2-100kOhm.

 

- ООВ е задължителна, за да имаме относително линейна промяна на характеристиките, освен това температурните зависимости би трябвало да са подобни при близки параметри, което би трябвало да означава, че ООВ ще компенсира и тях.

 

- В схемата има тримери, които позволяват, ако е необходимо, добалансиране (в рамките на около 50% на характеристиките на двата тримера). За приложение като Уа-Уа, не е необходимо съвършенство в тази насока, просто трябва общото съпротивление да не се изменя извън някакви допустими рамки (би било лошо, изходното съпротивление, или изходното ниво на уа-то да се мени от позицията на педала).

 

- Има немалко LDR компресори, което би трябвало да означава, че оцветяването е приемливо малко, особено за приложения като Уа-Уа.

 

Не знам дали съм прав, но горните съждения ми се струват що-годе логични. Ако имаш по-подробна информация и опит, ще се радвам, да споделиш.

Редактирано Февруари 3, 2018 от Evtim Djerekarov

[Gregg]

Практически 1/ и 2/ са повече в областта на теорията, особено ще се отнася до приложения като един уа педал. Ако обаче се цели някаква по-голяма точност за дълъг период от време може би трябва да се вземат предвид. По детайлна информация предполагам може да се намери в нета. Относно 3/ там е въпрос на експерименти на слух, но също не мисля, че е нещо фатално.

[Evtim Djerekarov]

След известен размисъл, стигнах до схема, която може разумно добре да имитира характеристиките на специализираните потенциометри и има прилична температурна стабилност:

 

 

Идеята е следната.

R3 е нашият фоторезистор, до който приближаваме или отдалечаваме светлинния източник, когато работим с педала. Стига да води до горе-долу линейна промяна на напрежението в желаните граници, вместо делителят може да е всякаква схема (светлинна, индуктивна, датчици на хол и т.н.).

 

R3 в моя случай се променя в границите 3-11 килоома, но както и да се променя, винаги делителят R1/R2/R3 може да се преоразмери (и да се остави вариант за донастройка чрез тример/и).

 

Другият делител R5/R6/R7 създава две референтни напрежения, които условно могат да се нарекат VrefHigh и VrefLow, между които искаме да бъде ограничено изходното напрежение (за да не излезем от диапазона на допустимите съпротивления на оптроните, които ще управляваме). В моя случай, това са напрежения ~4.15 до ~4.85 волта, но за всяка реализация могат да бъдат различни. Хубаво е, когато те не са твърде далече от половината захранващо напрежение, за да не се принуждаваме да ползваме Rail-to-Rail операционни усилватели, а и за да имаме известен аванс от напрежение в двете посоки. Добре е и да не са твърде близо, защото тогава ще имаме температурни / offset / drift проблеми. Моите са малко близичко, но така съм изчислил делителите за "потенциометрично-оптронната" схема.

 

U3 ограничава изходното напрежение до не по-ниско от VrefLow, а U1 го ограничава, до не по-високо от VrefHigh.

 

Особеност на схемата, е че между двете звена (след като напрежението е ограничено "отдолу"), има плавноограничаващо звено, реализирано чрез повторителя Q1, който на емитера си има VrefLow - ~0.65V и червеният светодиод. Може би ще е дори по-добро решение, да се вземе напрежение някъде от "средата" на R6 (да се раздели на два резистора), и вместо светодиода, да имаме още един транзистор, свързан като диод, и последователно на него, някакво опитно установено съпротивление.

Ролята на тази ограничаваща верига е, да имитира характеристиката на специализираните потенциометри, преди напрежението да бъде ограничено отгоре от U1.

 

При по-слабо светещ "педален" светодиод и употреба на ОУ с JFET входове, двата делителя биха могли да имат още по-голямо съпротивление, за да може схемата да има още по-ниска консумация (показаната схема черпи около 1-2 mA, но с малко мислене и подходящи ОУ, мисля, че може да се стигне до 400-800 uA).

 

Характеристиката на изходното напрежение спрямо входната величина, за три различни температури (10, 30 и 50 градуса по Целзий) е показана тук:

 

 

Обърнете внимание на приликата й с показаните по-рано характеристики на уа-уа потенциометри:

 

Редактирано Февруари 4, 2018 от Evtim Djerekarov

[travelcaster2]

Евтим, ще ми е любопитно да прегледаш този Wah.

https://www.youtube.com/watch?v=olv1Z2aIzUM

[synchu]

И друга идея в подобен ред на мисли, включително с твърдение за превъзходство над стандартните потенциометри и нестандартните optical

 

http://lehle.com/EN/Lehle-Mono-Volume

[Baby Thomas]

То и други "немехнични" има, например Electro-Harmonix Crying Tone.

[Evtim Djerekarov]

Идеите са интересни, може и да се комбинират (датчик на Хал за педала, оптична или цифрова реализация на потенциометъра и т.н.). Засега направих оптичното уа, остава да го сглобя както трябва, но това ще стане някой по-свободен ден, а и да посвиря малко с него, че да има какво да покажа - досега никога не съм свирил с Уа. Но главната идея беше, да може да бъде Drop-In replacement за съществуващи уа педали с потенциометър - а това засега май може само с оптрони/цифрови потенциометри да се постигне.

[d.alex]

Един по-прост метод, който мисля да пробвам, когато ми остане време е неподвижни диод и фоторезистор, с движеща се лента с градиентна прозрачност. Лентата е прозрачно фолио, от тези върху които може да се печати с лазерен принтер. Промяната на градиента би променила характеристиките на педала, което е лесен начин за модване.