オペアンプ一個で作れるオーバードライブ【エフェクタ製作#17】

Overdrive ONE Modular Effector
Overdrive ONE Modular Effector

今回は、1つのオペアンプで作れるオーバードライブの自作回路を紹介する。

Overdrive ONE Schematic
Overdrive ONE Schematic

こちらがその回路図。片方のオペアンプは、安定したバイアス電位を作っているだけなので、バイアスを単純な分圧抵抗に置き換えれば1回路のオペアンプだけで作れてしまう。とてもシンプルな回路。まだ試作段階だが、オーバードライブと呼ばれる回路は大抵このような回路になっている。ギターでもベースでも使えるように設計してある。

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Overdrive One回路の解説

それでは、Overdrive One回路の解説を行なっていく。

最初の入力段のオペアンプでは、ピックアップのようなハイインピーダンス出力を受けれるように、入力インピーダンスの高い非反転増幅へ入力している。この場合、2つの1MΩの抵抗の並列合成の値500kΩがこの回路の入力インピーダンスとなる。

また、非反転増幅回路の構成により抵抗RsとRfで増幅率がきまる。その増幅率は\(A=\frac{Rf}{Rs}\)である。よって、100kBの可変抵抗は増幅率(Gain)を決めるもの。この場合、最大で100倍まで増幅が可能。

さて、信号が増幅され最大電圧がダイオードのVf(順方向電圧)約0.6Vを超えると、2つのダイオードがオンになる。オペアンプのイマジナルショートを考えれば、オペアンプの2番端子の非反転入力はバイアス電位(仮想GND)であるため、出力がダイオードによってクリップされるわけだ。よって、可変抵抗でクリーンな音から複雑な歪みまで作れるのがこのオーバードライブの特徴である。

回路図の「Scream」というスイッチは、さらに過激に歪ませるためのもの。

スイッチがオンの状態では、Rfは100kΩまでなので増幅率が100倍までに制限される。しかし、スイッチがオフの状態になるとRfが絶縁された状態になる。つまり、無限大の抵抗がRfになっていると言える。よって\(A=\frac{\inf}{Rs}={\inf}\)により、増幅率は無限大までに膨れ上がる。

もちろん、実際には無限大にはならない。しかし、このスイッチにより最大限の歪みが得られることは間違いない。音色の印象としては、ディストーションやファズに近い。

わざとオペアンプを発振させて、ギターアンプのフィードバックのような効果を出している。もはや、叫んでいるように聴こえるので「Scream」と名付けた。もちろん、Screamモードになってからは可変抵抗のGainは効かなくなる。

オペアンプを発振させたくない場合は、クリッピングダイオードと並列に10pFほどのコンデンサを入れれば随分大人しくなる。

最後に、10uのコンデンサCがかなり重要。このコンデンサを入れない場合、ダイオードが急にオフになり、音を伸ばした時に不自然な途切れ方をしてしまう。それを防止するために必要なコンデンサでもあるが、このCは、ハイパスフィルタの役割も持っている。そのため、あまりCの値を小さくすれば低音域が削られ過ぎてしまう。私はベース弾きなので、ベース音を聞きながら大きめの10uの値に決定した。

もし、ギターを鳴らして、重低音が出過ぎてると思ったらCの容量を小さくしてみよう。実際にコンデンサを色々と入れ替えながら、自分好みの音に調整していくのがベストだ。

ところで、Cのコンデンサはアースへ落とされている。もし、コンデンサがなければ、Rsは普通バイアスへ繋ぐはず。ところが何故かこの場合、アースへ落とさないとうまく動作しなかった。

実は、これにハマって原因探しに数時間も費やした。なぜ動作しないのか、今でも理由はよく分かっていない。

Overdrive ONの基板製作

Overdrive ONEの基板製作
Overdrive ONEの基板製作

Overdrive ONEの配線図
Overdrive ONEの配線図

Overdrive ONEモジュールの完成
Overdrive ONEモジュールの完成

銅基板でエッチングして、この回路を組み立てた。背の低い部品から半田付けするとスムーズに半田付けできる。

可変抵抗は基板実装のものではないが、ジャンパワイヤを使ってうまいこと固定した

手書きの配線図だが、参考になるかもしれないので一応載せておく。ピンをつけておくとブレッドボードで使いやすく便利だが、以前作った「Fuzz Face」同様、歪み系は回路内のインピーダンスが高くなるためか周りのノイズを拾いやすい。

だから、アルミシャーシに入れた方が無難そうだ。幸いそれも考えて、このままエフェクタケースに入れられるように可変抵抗とスイッチの配置を設計した。

オペアンプは取り替えられるようにソケットをつけて実装した。最初は4558で試したが、特にクリーントーンの時の抜けが悪く感じたのでTL072を使うことにした。

TL072 デュアルオペアンプ
TL072 デュアルオペアンプ
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各自で色々なオペアンプを試して、自分好みを見つけるのも楽しいだろう。

ただし、5532を付け替えることは推奨しない。できないわけではないが、5532の入力インピーダンスがそもそも低いため、1Mの抵抗を入れても100k程度になってしまう。

これだと、ギターやベースのPUを直で受けるにはインピーダンスが低すぎる。多分、音が小さくなり音質も劣化しまうだろう。

どうしても5532などの入力インピーダンスが低いオペアンプを使いたい場合は、前段にバッファ回路を挟もう。FETやトランジスタを使って簡単に作ることができるので、よかったらこちらの記事を参考に。

さて、なかなか実用的で楽しいオーバードライブが出来上がった。

ゲインが小の時はクリーントーンになり、バッファアンプやブースターとして使う事ができる。ゲインが中のときは、以前作った「Bass Brass Fuzz」のような金管楽器の音を作ることさえできる。

そして、ゲインを大にすればいわゆるオーバードライブらしい歪みが得られる。

さらに、Screamモードに切り替えた瞬間「過激な叫び」が得られる。すでにそこには、オーバードライブといった雰囲気は存在しない。それでも、その叫びに「喜び!?」や楽しを感じるのであれば、是非Screamスイッチをつけよう。「うるさいだけじゃん」と思うのなら、Screamスイッチは外して短絡してしまおう。

Overdrive ONE Modular Effector
Overdrive ONE Modular Effector

今回のOverdrive ONEは、かなり使えるのでモジュラーエフェクタとしてラックにマウントできるようにした。モジュラーエフェクタの詳細はこちらの記事へ。

これ一台あれば、幅広い用途に役立ちそうだ。オールインワンなオーバードライブという意味も込めて「Overdrive ONE」と名付けた。名機と呼ばれるエフェクタとサウンドを比較しても面白いと思う。

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BOSS Super OverDrive SD-1
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エフェクター製作にオススメの書籍

エフェクターの電子工作でオススメな書籍を紹介します。どちらの書籍も大塚明先生が書いたもので大変良書だと思います。残念ながら現在廃盤になってしまい品切れまたは高価格になっている可能性が高いですが、もし安く手に入るようなら買っておいて損はないです!

  • 専門的知識がない方でも、文章が読みやすくおもしろい
  • エレキギターとエフェクターの歴史に詳しくなれる
  • 疑問だった電子部品の役割がわかってスッキリする
サウンド・クリエーターのためのエフェクタ製作講座
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サウンド・クリエイターのための電気実用講座
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こちらは別の方が書いた本ですが、写真や図が多く初心者の方でも安心して自作エフェクターが作れる内容となってます。実際に製作する時の、ちょっとした工夫もたくさん詰まっているので大変参考になりました。

ド素人のためのオリジナル・エフェクター製作【増補改訂版】 (シンコー・ミュージックMOOK)
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真空管ギターアンプの工作・原理・設計
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エフェクター製作にオススメな商品

エフェクター製作にオススメな商品をご紹介します。

まずはハンダゴテ。電子部品のハンダ付けは20Wくらいのものがやりやすいです。ワット数が高すぎると熱くなりすぎて電子部品を壊してしまう恐れがあるからです。ただし、フォーン端子などの金属にハンダする場合は30W以上ないとなかなか温まりませんので注意が必要です。▼こちらのハンダゴテは温度調節できるようになってますので、どちらの場合でも対応できそうですね。

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▼自作エフェクタには定番のアルミダイキャストのケースです。加工しやすく頑丈で安心です。色々なサイズが選べます。

エフェクターケース HAMMOND (ハモンド) 1590A タイプ エフェクター自作用 アルミケース 筐体 エンクロージャー 1個 90Ax1
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▼穴の数が決まっていれば、すでに穴あけされているものもオススメです。素人ではなかなか上手にできない塗装もされていて、完成した時の見栄えが良いです。カラーバリエーションも豊富にそろってます。

Bサイズ 3ノブ穴あけ加工済み 焼付塗装ケース各種
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▼ジャック端子はある程度しっかりしたものを買いましょう。安ものはすぐヘタります。

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▼フットスイッチは一番負荷がかかる部品です。少し高いですが、長く使いたいならしっかりしと頑丈なものを選びましょう。

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▼私は秋葉原のトモカ電気かオヤイデ電気でケーブルを買うことが多いですが、CANAREのケーブルを一番オススメします。耐久性も良く長持ちしますし値段的にもリーズナブルです。

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