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Aug 31, 2023

Gitarrenverzerrung mit Dioden im Code, nicht in der Hardware

Gitarristen tun nahezu alles, um aus ihrem Setup genau den richtigen Klang herauszuholen, einschließlich der absichtlichen Einführung aller Arten von Verzerrungen in das Signal. Es scheint kontraintuitiv, aber es

Gitarristen tun nahezu alles, um aus ihrem Setup genau den richtigen Klang herauszuholen, einschließlich der absichtlichen Einführung aller Arten von Verzerrungen in das Signal. Es scheint kontraintuitiv zu sein, aber es funktioniert, zumindest wenn es richtig gemacht wird. Aber was genau ist mit dem Signal los? Und gibt es eine Möglichkeit, es zu simulieren? Natürlich gibt es das, und alles, was Sie dazu brauchen, ist ein wenig Mathematik und etwas Arduino-Code.

Mittlerweile gibt es viele verschiedene Techniken, um das Signal einer E-Gitarre zu modifizieren, aber die vielleicht einfachste ist die bescheidene Dioden-Clipping-Schaltung. Es wird lediglich ein Operationsverstärker mit antiparallelen Dioden verwendet, die entweder in der Rückkopplungsschleife in Reihe geschaltet sind oder den Ausgang auf Masse schalten. Die Dioden schneiden die Höhen und Tiefen der Sinuswellen ab und verwandeln sie in etwas, das eher einer Rechteckwelle ähnelt, und fügen diese zusätzlichen Obertöne hinzu, die den Klang wirklich fetter machen. Es handelt sich um einen einfachen Hack, der sich leicht in Hardware implementieren lässt, so dass Verzerrungspedale in Hülle und Fülle im Handel erhältlich sind.

Im Video unten erklärt [Sebastian], dass diese Verzerrung auch ziemlich einfach algorithmisch zu reproduzieren ist. Er erklärt die Mathematik dahinter, die eigentlich ziemlich anschaulich ist – eine Schrittfunktion mit einem linearen Teil, einem quadratischen Abschnitt und einer Hard-Clipping-Funktion. Er leitet außerdem eine zweite, natürliche Exponentenschrittfunktion aus der Schockley-Diodengleichung ab, die weniger rechenintensiv ist. Um diese Modelle zu implementieren, wählte [Sebastian] einen Arduino GIGA R1 WiFi, nutzte einen ADC zur Digitalisierung des Gitarrensignals und ordnete jedem der beiden Algorithmen einen DAC zu. Jeder Verzerrungseffekt hat seinen eigenen Reiz; Wir bevorzugen die härtere Schrittfunktion gegenüber dem Exponentialalgorithmus, aber andere Striche.

Ein großes Lob an [Sebastian] für diese leicht verständliche Behandlung eines ansonsten möglicherweise schwer verdaulichen Themas. Wir hatten nicht wirklich damit gerechnet, dass ein Gitarren-Verzerrungspedal den Einstieg in die Diodentheorie und die digitale Signalverarbeitung ermöglichen würde, aber wir sind froh, dass es so war.