M-120 Envelope Filter

MXR M-120 ENVELOPE FILTER

Разработанная еще в 1976 году фирмой MXR, педаль M-120 Envelope Filter относится к классу эффектов «авто-вау». Эта педаль представляет собой контролируемый уровнем входного сигнала фильтр. Оригинальная педаль имеет две ручки управления – Threshold, отвечающая за чувствительность срабатывания эффекта и его глубину в зависимости от уровня входного сигнала и Attack, которая управляет временем атаки фильтра. Эта педаль довольно интересна с точки зрения схемотехники, позволяет получить очень хороший по качеству, интересный по звучанию эффект «авто-вау» и, что немаловажно, уже не производится на сегодняшний день фирмой MXR. Цена на экземпляры этой педали колеблется на вторичном рынке в пределах 150-200$. Кроме того, оригинальная педаль не имеет индикации включения. Схема педали не содержит каких-либо дефицитных деталей. Также при самостоятельной постройке этого устройства в него можно внести ряд несложных, но эффективных изменений, что позволит получить еще больший спектр интересных эффектов и звуков.

Семплы построенного нами экземпляра педали.

Технические характеристики педали (приведены согласно описанию MXR):
• входное сопротивление 150k;
• выходное сопротивление 5k;
• динамический диапазон 95dB;
• эквивалентный уровень шума -95dBV;
• частота перестройки фильтра 150Гц 3кГц;
• питание 9В, 1.3 mA.

Фотография оригинальной педали MXR M-120 Envelope Filter 1976 года.



В отличие от большинства педалей, построенных с использованием обычных операционных усилителей, в данной конструкции разработчиками фирмы MXR было применено оригинальное решение – использование микросхем-инверторов CMOS CD4069. Каждая такая микросхема содержит в себе 6 инверторов. Также в схеме использован счетверенный CMOS коммутатор CD4066.



Оригинальная принципиальная схема прибора от фирмы MXR.

Конструктивно прибор состоит из трех взаимосвязанных блоков: блока детектора огибающей, ультразвукового генератора и блока фильтрации сигнала.


Сигнал, попадая на вход прибора, поступает в блок фильтрации сигнала (основной путь аудиосигнала в данном устройстве), где подвергается действию фильтров с изменяемыми параметрами. Параметры фильтров чрезвычайно своеобразно регулируются при помощи CMOS коммутатора, переключаемого с ультразвуковой скоростью. С входа прибора сигнал также попадает на детектор огибающей сигнала, который модулирует частоту переключения коммутатора, изменяя при этом параметры фильтров.

Для удобства дальнейшей работы принципиальная схема перерисована нами в общепринятый вид, изменена относительно оригинала нумерация выводов микросхем для полного соответствия с разработанными для устройства печатными платами, описанными ниже; а также коммутация байпаса эффекта.


IC1E выполняет роль усилителя сигнала для детектора огибающей; перед ним находится ручка Threshold, регулирующая уровень сигнала на входе детектора огибающей. Детектор огибающей сигнала выполнен на диоде D2 и конденсаторе C9. Через R17 в детекторе огибающей разряжается конденсатор С9, таким образом задается время затухания огибающей. На IC2E собран интегратор, на его выходе огибающая сглаживается в зависимости от положения потенциометра Attack. Обычно детектор огибающей сигнала управляет работой какого-либо контролирующего элемента, например полевого или биполярного транзистора, однако в этой схеме он управляет работой высокочастотного тактового генератора, собранного на IC2A/B/C/D. Делитель напряжения на R14 и R16 задает смещение для работы генератора на IC2. Этот генератор включает и выключает коммутатор CD4066 (IC3) на постоянной частоте 37 кГц. В зависимости от уровня входного сигнала (и динамики игры) детектор огибающей изменяет соотношение времени, когда коммутатор находится в открытом состоянии, ко времени, когда он закрыт.
IC1B усиливает сигнал для компенсации его потерь при последующем прохождении через фильтр. На IC1C/A собраны две последовательные секции фильтра. Фильтр собран по схеме так называемого State Variable фильтра (фильтра с изменяемыми параметрами). При этом обе секции фильтра охвачены обратной связью через резистор R12. Каждая из секций коммутатора IC3A/B работает в нем в качестве переменного резистора, при этом величина его сопротивления напрямую зависит от частоты нахождения его в открытом и закрытом состоянии. Диапазон перестройки фильтра задается конденсаторами С6 и С7 в обратной связи инверторов.
Питание для микросхем формируется оригинальным делителем R4-C1, с выхода которого Vs получается около 4.37В.
Коммутация сигнала в оригинале осуществляется кнопкой с одной контактной группой, (SPDT) то есть переключается лишь выход – либо с эффекта, либо байпас; вход же схемы всегда находится на сигнальном проводе. О минусах такого решения хорошо известно – входной импеданс самой схемы в байпасе складывается с входным импедансом следующего устройства, уменьшая общий импеданс, что начинает отрицательно сказываться на передаче высоких частот. Подобная коммутация в настоящее время не используется, так как широко доступны кнопки DPDT и 3PDT. Вариант с DPDT показан на нашей принципиальной схеме, 3PDT можно использовать для введения в схему индикации включения педали, также отсутствующего в оригинале от MXR.

В оригинальной конструкции остается один неиспользованный инвертор (по нашей схеме это IC1D), это дало возможность Steve Giles предложить оригинальный вариант модификации схемы – путем инвертировании сигнала с генератора (для чего инвертор IC1D просто включается последовательно IC2D) получается перестройка частоты резонанса фильтра в обратном порядке (Reverse Sweep). Эта модификация дает возможность получения от прибора принципиально новых интересных звучаний.

Поскольку диапазон перестройки фильтров задается конденсаторами С6 и С7, то изменяя их номиналы (одновременно), можно перестроить фильтр в другой частотный диапазон. Francisco Pena с tonepad.com предложил уменьшить номинал С6 и С7 до 560пФ и при помощи DPDT переключателя включать им параллельно конденсаторы емкостью по 470пФ. Этот мод позволяет получить два диапазона перестройки фильтра: более низкочастотный, либо сдвинутый в сторону средних и высоких частот.

Также возможно установить вместо постоянного резистора R19, имеющего номинал 200к и играющего роль обратной связи в фильтре, потенциометр на 500к с постоянным резистором 47к, включенным последовательно. Эта модификация вводит в конструкцию педали еще одну ручку управления Emphasis, позволяющую регулировать выраженность эффекта.

Описанные модификации не только не ухудшают аутентичного звучания педали, но и значительно расширяют ее возможности, так что весьма рекомендуется выполнять их при постройке.

С введением всех модификаций и индикации включения педали, принципиальная схема окончательно приобретает следующий вид.



Для прибора разработано несколько вариантов печатных плат. Например, один вариант можно найти на www.tonepad.com, для нашей статьи эта плата перерисована в формате Sprint Layout.



Нами также разработан собственный вариант печатной платы для монтажа в корпус Gainta 0124, при этом все элементы устройства монтируются непосредственно на плате, включая входное и выходное гнездо, гнездо питания, кнопку 3PDT, индикаторный светодиод и переменные резисторы. Про подобный вариант монтажа, используемый нами, можно прочитать в статье, посвященной педали G2D MORPHEUS. Также в нашем варианте предусмотрено выполнение всех описанных в статье модификаций устройства. Для этого нами используется еще и вторая вспомогательная печатная плата, на которой установлен потенциометр Emphasis, а также две кнопки Reverse Sweep и Filter Range. �спользованы миниатюрные кнопки с фиксацией типа PS700L (на сайте «Ч�П и Д�П» http://chipdip.ru/product0/11903.aspx), предназначенные для установки на печатную плату.
Дополнительная печатная плата монтируется на основной при помощи ножек из луженой проволоки на такой высоте, чтобы кнопки с надетыми на них колпачками толкателей выходили в отверстия, сделанные под них на корпусе Gainta 0124. Соединение сигнальных контактов дополнительной платы с основной производится проводами, согласно отмеченным на платах латинскими буквами точкам.

Оба варианта печатных плат к устройству находятся в этом файле, формат Sprint Layout 5.

Кнопка PS700L, используемая в нашей конструкции на дополнительной плате.


Список деталей
В части схемы, относящейся к генератору и блоку выделения огибающей, стоит применить керамические низковольтные конденсаторы для компактности монтажа. Конденсаторы С2, С3, С4 должны быть пленочными.


Постоянные резисторы
1 – 3k
1 – 3k6
2 – 10k
6 – 47k
1 – 62k
3 – 100k
3 – 200k
1 – 240k
1 – 470k
2 – 1M
1 – 5M1
2 – 10M
2 – 22M (номинал сложно найти в продаже, легко заменить 2 х 10М последовательно)

Конденсаторы
1 – 10 пф
1 – 100 пф
2 – 470 пф
2 – 560 пф
4 – 50 нф (47нф более распространенный близкий номинал)
2 – 100 нф
1 – 47 мф

Переменные резисторы
3 – В500k

Диоды
2 – 1N914

Микросхемы
2 – CD4069
1 – CD4066

Фото собранной платы:


Фото готовой педали:

Автор проекта el Doctor

Мне хотелось поблагодарить за участие в подготовке проекта участников форумов guitar-gear. GTlab и diyfactory.ru - vitek, Mikel, Faust_Dark, Ден2. Отдельное большое спасибо модератору diyfactory.ru, камараду Medved за наставления по теории и конструктивную критику.

Это сообщение отредактировал el Doc - 2.08.2010 - 18:52

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 124 )
 blckschm.jpg

семплы педали



Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 620 )
 buddha_manul_samples.zip

печатные платы педали М-120 и BUDDHA MANUL

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 172 )
 mxr_envelope0124_2.lay

Очень интересный проект! Отличное оформление и сэмплы!
Отдельное спасибо за подробное описание педали и принципа ее работы.

Добрый день! HELP!!!!!
Собрал MXR EF с модом. Запустилась сразу, но:
1. квакает только в одном положении Threshold (примерно на 14 часов).
2. питание на микросхемах 3.5 вольт (без микросхем 4069 напряжение в норме около 8.5 вольт).
3. Reverse Sweep почти не влияет кваканье.
Пробовал менять микрухи 4066 на 561кт3 и 4069 на 561лн2 и заметил, что с разными микрухами квака ведёт себя по разному, но напряжение всё равно 3,5.
Переключатель реверса почти не срабатывает. Генератор работает, я проверил осциллографом. Квакает всё равно только в одном положении регулятора Threshold. Маркировка на микр-мах HCF4069UBE CHINA. Резистор R16 я менял на переменный, как я понимаю, он влияет на запуск генератора. В чём дело?

melon прозванивай дорожки, у тебя где-то ошибка в монтаже.

Все проверено и перепроверено. Просто беда какая-то.

melon

ну значит надо проверить еще. Чудес то не бывает.

Добрый день. Всё ещё раз перепроверил, но ошибок нет. Читал на других форумах, что есть проблема с микросхемами 4066, 4069. Подскажи, пожалуйста, какие микрухи ты использовал (к сожалению, я CD мирк-мы не нашёл, ставил и наши к561 один хрен квакает только одном положении Threshold ).

�меется в виду микрофарады? В таком случае обозначение "мкф". Все таки 47 миллифарад слишком много.

Также в списке деталей не хватает резистра 2k2.

Это сообщение отредактировал Deceptive - 1.09.2010 - 19:32

наджо будет добавить. а вообще смотрите схему

CD4066, CD4069, все работает абсолютно точно и очень хорошо. собственно на семплах это слышно. Проверяй монтаж и целостность дорожек.

elВ Doc
Молодчина, как всегда, отличный проект. Отдельный респект за подробное описание работы.

Большой косяк в плате: во входном гнезде все 6 контактов замкнуты получаются, исправьте пожалуйста.

Подсажите пожалуйста в чем может быть проблема помимо "ошибки в монтаже". Нет звука ни эффекта, ни на байпасе. Диоды использовал КД521А, вместо резисторов 22М - 2 по 10М последовательно, остальное по иснтрукции.

Edit:
На байпасе звук появился - убрал еще один косяк в исходной плате. При нажатии кнопки - тишина.

Edit2:
Теперь звук есть но без эффекта, либо чистый, либо громкий треск.

Это сообщение отредактировал Deceptive - 3.09.2010 - 21:49

да, почему то на плате в проекте какой то косяк.

ну это поправимо - давайте вот этот вариант выложим

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 347 )
 mxr_envelope0124_2.lay

подскажите можно ли данную примочь модифицировать под басс икак? просто пробовал ее с басом на более низких тонах не ощущается еффекта....

готовлю маленький апдейт статьи, платы и тп

Кстати.
Если кому нужно 22, 5,1, 9,1 мегаОма резисторы - поделюсь безвозмездно. К 9,1 мегОма ещё и 910 кОм.
Приобрёл вчера, по случаю... Сортировать было не к месту, поэтому покупал сколько было.
22 мегОма - 30 штук,
5,1 мегОм - 12 шт,
9,1 мегОм - 19 шт.

Это сообщение отредактировал KMA - 9.10.2010 - 23:11

el Doc ждём с нетерпением.