#FuzzFace#自作エフェクター

FuzzFaceは何故鈴鳴りのクリーンサウンドを出すことが出来るのか(LTspiceシミュレーションで解ったこと)


通常、OverDriveが原音のニュアンスを残した歪み、Distortionが倍音がたっぷりで安定した歪み、というイメージなのに対し、Fuzzとなると、不安定で制御できないような深い歪み、というイメージだと思います。

しかしFuzzFaceの特徴として知られているのは、ストラトキャスターのようなFender系のシングルコイルでギター側のボリュームを絞るとクリーンな鈴鳴りサウンドになるということです。

前回の記事では、ギター回路をも考慮したLTspiceのFuzzFace回路にして、Fuzzノブを変化させたシミュレーションをおこなったところ実物と同じようにノブが9あたりが美味しいサウンドになるということが判りました。

理想FuzzFace回路にギター回路を追加してFuzzノブを0から10まで変化させてみた

そして今回はギター側のノブを変化させるというシミュレーションです。
その結果、良いFuzzFaceの特徴となっているギターのボリュームを絞った時に出る所謂鈴鳴りサウンドも再現できたと思いますので報告させて頂きます。

FuzzFaceはフラットな右肩上がりの周波数特性を持っている

まず参考サイトとしてリストアップさせて頂いたELECTROSMASHのFuzzFace分析の記事を引用させて頂きます。
下図はFuzzFaceのボリューム毎の出力特性を示したものですが、歪み系のペダルとは思えないリニアな特性を示しています。

ボリュームを絞った時はやや右肩上がりでちょっとややトレブリーにはなりますが、変なフィルタが掛かっていない素直な特性です。
そしてフルボリュームにするに従ってフラットな特性を示しています。

一方、下図がBigMuff Piのトーンコントロールの周波数特性です。
上のFuzzFaceのグラフと縦軸の内容が異なるので注意して頂きたのですが、このグラフで示されるのはBigMuffPiでは、トーンコントロールがどのような位置にあってもかなりクセのある周波数特性を示すということです。

下図もELECTROSMASHにアップされているTubeScremerの周波数特性ですが聴感上同様にベースとトレブルが大胆にカットされたカマボコな出力の周波数特性で設計されています。

以上のように、他の歪みペダルが大きく周波数特性を変化させています。よってボリュームを絞って歪を少なくしてももこれらのクセがそのまま現れてしまうようです。つまり籠っていたり、アタックが出て来ないという感じだと思います。

対しするFuzzFaceは常にフラット(若干ハイ上がり)の周波数特性ですのでボリュームを絞るだけで原音にリニアな音になるということが判りました。(私の予測ですが)

FuzzFaceはギターのボリュームコントロールで様々な歪みを作ることが出来るというシミュレーション結果

そして、私のLTspiceのシミュレーションに戻ります。

ギターからの出力は800hzのサイン波で、FuzzFaceのFuzzツマミは9にしています。

グラフ上段が、FuzzFaceペダルの入力部の電圧
2段目が、トランジスタ初段の出力電圧
3段目が後段のトランジスタの出力電圧
4段目がペダル出力部電圧
となります。

まずギター側のボリューム0から5まではこのようにクリップされておらず、ほぼサイン波になっています。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 5

ボリュームを6にすると、(黄色)初段のトランジスタが非対称クリップをはじめました。それと同時に(青色)後段のトランジスタも僅かにクリップを初めています。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 6

で、もう1つ注目なのは一番上の入力波形。つまりギターからペダルに入力している部分の波形ですが、これが大きく変形しているということです。
これで判るのは、後段の帰還回路からの信号がそのままギターにつながっているということです。
帰還回路の抵抗値は100kΩですので、ギターのトーンボリューム回路の250kΩとちょうどインピーダンス的にも干渉してしまう値だと思います。

そしてボリュームを7にすると、(黄色)初段がソフトクリップながら、波形の両側をクリップするようになり、(青色)後段が両側をハードクリップし始めます。
ボリューム6まで出力が非対称クリッピングだったのが、ゲインが上がるにつれて対象クリップになって行くのが判りますね。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 7

ボリューム8で、(青色)後段がほぼハードクリップになりました。しかし未だ完全は方形波にはなっておらず、聴感上は原音のニュアンスが残っていると思われます。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 8

ギターのボリューム9になるとほぼ方形波に近くなってきました。この時点で激しく歪んでいる状態ですね。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 9

ボリューム10になると(黄色)初段のトランジスタもほぼ飽和状態になっていますが、完全に方形波になっていないのは、帰還回路によって歪みが制御されている状態つまりソフトクリップが継続されています。しかし後段はもう9Vの電圧を超えている状態、つまりハードクリップ状態になっていると思われます。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 10

このようにFuzzFaceではギターのボリューム位置により2つのトランジスタの歪み動作が絶妙に同期してコントロールされているということになります。
ボリュームを5以下でクリーンサウンド、5〜8ではボリュームの位置に応じて微妙に異なるクランチモード、9以上ではより深く飽和したハードクリッピング音を楽しむことが出来ます。

FuzzFaceはクリーンでも多くの倍音を発生しているというシュミレーション結果

今度は周波数分解を示すFFTグラフも作ってみました。

横軸が周波数ですが、超感上は15kHz以外は聞こえ無いと思いますので、グラフの左半分の周波数分布に注目してください。
このシュミレーションではギターの出力音は400Hzで、FuzzFace側のFuzzツマミを9にしています。
そして上の波形シュミレーションはボリューム5以上でしたが今回はギターのボリュームを1から10に変化させています。

ギターのボリューム1ですが、すでに僅かに2次倍音の800hz、3次倍音の1200hzが発生しています。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 1

ギターのボリュームを2にすると倍音が発生してきました。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 2

ボリューム3ではかなり多くの倍音が発生しています。
ここでの出力電圧だけみると、ほぼ正弦波なのですがFFT処理してみると、歪み始めていることが判りますね。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 3

このようにボリューム3、4、5で更に倍音が発生しています。

前の電圧グラフではボリューム5までクリッピングされていない状態でしたので、このあたりで倍音がかなり乗った所謂鈴鳴りな音が出ていると思われます。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 4
FuzzFace Lspice - Guitar Vol 5

そしてボリューム6以上では電圧の方のグラフではクリッピングを始めていますので、更に豊かな倍音が構成されていくことになります。
この辺りはディストーションサウンドが出るということですね。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 6
FuzzFace Lspice - Guitar Vol 7
FuzzFace Lspice - Guitar Vol 8

そしてギターのボリューム9の時の倍音構成が劇的に変わるということです、回路的に共振しているということでしょうかね。
実際と同じように一番美味しいセッティングという感じです。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 9

そしてギターのボリューム全開では、再び倍音がフラットに出ます。
ほぼ完全なハードクリッピングとなり、倍音だらけになっていることがわかりました。
音が潰れまくった所謂Fuzzサウンドということですね。

FuzzFace Lspice - Guitar Vol 10

FuzzFace鈴鳴りサウンドの秘密まとめ

これらの結果から以下のようなことを理解しました。

  • FuzzFaceは基本的にフラットな周波数特性を持っており、ギター側のボリュームを絞ることで若干ハイ上がりの周波数特性になる。
  • FuzzFaceは波形がクリップしていないボリューム5以下の領域でも、豊かな倍音が付加されている。これが鈴鳴りサウンドと思われる。
  • FuzzFaceはボリュームをやや絞った辺りが美味しいFuzzサウンドになる。
  • FuzzFaceはボリュームのコントロールで、鈴鳴り、クランチ、ディストーション、Fuzzの音を作り出すことが出来る。

いかがでしょうか?
このようにLTspiceのシミュレーションでまずは理想のFuzzFaceについて少し理解できたような気がします。

Fuzz Faceはギター側のボリュームコントロール次第でクリーンから様々な歪みを作り出すことが出来るペダルなのが理解できましたが、ジミ・ヘンドリックスのような天才が凄いのはこんなシミュレーションや理屈では無くFuzz Faceを使いこなしてしまったということですね。

逆にFuzzFaceよりも、BigMuff、RAT、TubeScremerのような安定しシンプルな音で一貫性があるペダルの方がロックの歴史に登場した回数が多いのもうなづけることです。

しかし、近年FuzzFaceクローンペダルが数多く登場し、その価値はうなぎ上りだと思いますし、前回もご紹介させて頂きましたが、例えば村田善行さんの素晴らしいFuzzFace検証記事や動画がアップされたことで、更にFuzzFaceへの注目が集まっているのだと思います。

そんな一方で、あまりにも人気が出てきた為、ゲルマニウムトランジスタの資源問題が発生している現場ですので、今こそFuzzFaceを押さえておくべきだと思います。
ジミヘンはシリコンFuzzですが(^^





FuzzFaceは何故鈴鳴りのクリーンサウンドを出すことが出来るのか(LTspiceシミュレーションで解ったこと)」への7件のフィードバック

  • はじめまして。とても楽しくて有意義なブログですね!
    僕も少し自作をしています。
    ボリューム9がいいのは初めて知りました。グラフもボリューム9が一番アートですね!

    返信
    • 見ていただきありがとうございます。
      いきすぎたDIYさんのページも昔から見させておりました。またfuji ojisanの動画で登場された長いFuzzfaceも印象に残っています(^^
      私も経験少ないのですが、ギターもFuzzFaceもどちらもボリューム9が中心にセッティングすれば幅広いかと思います。
      シミュレータ上では、ギターの回路とFuzzFaceは1つの連動した回路として動いているようなのが解って面白いです。
      今後ともよろしくお願いいたします。

      返信
  • ピンバック: ギターのボリュームとトーンとコンデンサの特性をシミュレーションで勉強してみた | Project JAZZCASTER

  • ピンバック: エフェクターをいつか自分で設計できるようになりたい素人の勉強リソース備忘録(適宜更新) - monotachi

  • ピンバック: エフェクターをいつか自分で設計できるようになりたい素人の勉強リソース備忘録(適宜更新) – monotachi

  • はじめまして、とてもおもしろい分析でした。質問なのですが、回路の定数がストラト等と異なるギター、例えばジャズマスを繋ぐと、音の特性なども変わってくるのでしょうか。

    返信
    • みていただきありがとうございます。
      FuzzFaceには2種類の特性の変化ポイントがあるようです。
      1つはギターのボリュームを8以上にすると周波数特性が低域寄りにいきなり変化すること。
      もう1つはFuzzノブを8以上にすると同様に周波数特性が低域寄りになることだと思います。
      いずれにしても低域の特性がいきなり変化するので、ストラトのようにボトムがタイトではないピックアップと組み合わせると、低域がブーミーになりすぎて美しい倍音が感じられないことになるとも考えられます。
      また、PUの出力が高すぎるといきなり波形が潰れるように動作します。
      以上のことから、FuzzFaceはストラトのPUの出力と周波数特性の組み合わせが非常に塩梅が良い結果になるようです。
      でJazzMasterのPUの直流抵抗値だけみると8K-9Kのようで、ストラトの5K-7Kよりもよりパワフルで低域寄りの特性だと思いますが、一方でボディ側自体で倍音がよりたくさん出る個体も多いので、必ずしも相性が悪いとも言い切れないと思います。
      ギターとの相性を確認するにはこのFuzzの特性を把握した上で、Fuzzツマミが8、ギター側のVolを8にして、そこからボリュームを絞って行って使える音になるポイントがギタリストのプレイスタイルに合っているかということになると思います。
      もしストラトにしてもジャズマスにしてもギター側のVolを常にフルで使われるスタイルの場合はFuzzFaceは実戦では難しいかと思います。

      返信

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 が付いている欄は必須項目です