Distortion

Ein Verzerrer ist ein Gerät oder eine Software zur Deformation eines Audiosignals mit einem Begrenzer oder anderen Formen der Kennliniendeformation, wobei letztlich harmonische Obertöne erzeugt werden.

Verzerrer werden in der Musikproduktion als Soundeffekte eingesetzt. Die Verzerrer sind oft im Rockmusik in diversen Guitareneffekten zu hören.
Verzerrer auf dem Schlagzeug, dem Bass oder auch Gesang hört man oft im Drum and Bass oder Industrial.

                      Figure 1: Schaltbild eines Verzerrers

Die Abbildung 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Verzerrers auf der Basis einer Begrenzerschaltung mit antiparallel geschalteten Dioden.
Die wichtigste Eigenschaften dieser Schaltung sind:

Die Abbildung 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Verzerrers auf der Basis einer Begrenzerschaltung mit antiparallel geschalteten Dioden. Die wichtigste Eigenschaften dieser Schaltung sind:

•  Der Verstärker V sorgt für eine Anpassung der Signalamplitude an die                            Schwellenspannung der Dioden und wirkt als Impedanzwandler.

•  Aufgrund der Kennlinie der Dioden wird die positive und negative                                    Signalhalbwelle in den Spitzen abgeflacht oder je nach Kennlinie der Diode                    und  Höhe der Eingangsspannung dynamisch begrenzt, wodurch es verzerrt                  klingt.

•  Mit dem Schalter S wird zwischen verzerrtem und unverzerrtem Signal                            umgeschaltet.

•  Als eine weitere Variante dienen Verstärkerstufen mit Feldeffekttransistoren,                  die  mit ihrer weichen Begrenzung harmonische Obertöne produzieren.

 

Figure 2: Verzerrer Schaltung 
Die Abbildung 2  zeigt eine einfache Verzerrer-Schaltung mit einem Potentiometer und
zwei Schaltern.
       • Das Potentiometer regelt the Stärke von Übersteuern des Signals
       • Oberer Schalter gibt ein Soft-Clipping zur Auswahl
       • Unterer Schalter gibt ein Hard-Clipping zur Auswahl
Die verzerrer Schaltung habe ich dann in LTspice nachgebaut und simuliert.
Figure 3: Schaltung in LTspice
Die Simulationen sind in die Abbildungen 4 und 5 zu sehen
Figure 4: LTspice Simulation Hard-Clipping
Figure 5: LTspice Simulation Soft-Clipping
Als die Simulation mit der Theorie einstimmt, habe ich die Schaltung auf einem Steckbrett gebaut, und die Ergbinsse der Simulation mit dem Oszilloskop überprüft
Figure 6 : Verzerrer-Schaltung auf dem Steckbrett
Ein Platinenlayout wurde im EAGLE durchgeführt und im nächsten Schritt werde ich meine meine Bauelemente auf der Platine bestücken.

EAGLE-Layout:

Ein Platinenlayout wurde mit Hilfe von frei verfügbaren Software EAGLE durchgeführt, indem die Schaltung in Schematic nachgebaut wurde und die Platine in Board konstruiert wurde.

 

Platine, Testen und Fehlersuche:

Zuletzt wurde die in EAGLE-Board konstruierte Platine geätzt und gebohrt. Einzelne Bauelemente wurden auf einer Seite der Platine bestückt. Eine Liste von Bauelemente ist in folgender Tabelle zu finden.

Die fertig bestückte Platine wurde zum letzten mal getestet. Sie wurde mit dem Oszilloskop verbunden und jeweils für beide Schalter simuliert. In folgende Abbildungen sind Soft- und Hard-Clipping zu erkennen aus Ausgangssignale des Oszilloskops zu erkennen.

Auswertung:
Im Laufe dieses Projekts haben verschiedene Gruppen Schaltungen ausgesucht um einen Synthesizer zu realisieren. Für den Synthesizer habe ich den Distortion-Effekt ausgewählt. Für diesen Effekt wurde eine Schaltungsidee entworfen und diese Schaltung erstmal in LTspice überprüft. Nachdem es sicher gestellt wurde, dass der Distortion-Effekt durch dieser Schaltung realisierbar ist, wurden die Bauelemente bestellt und angefangen eine Platine dafür zu erstellen. Die Platine sollte geätzt und gebohrt werden und die Bauelemente wurden auf die Platine bestückt. Die Platine wurde zum letzten mal überprüft und die Schaltung war erfolgreich realisierbar.