Turn a BOSS DS-1 into a nice overdrive

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The fence that separates distortion and overdrive pedals is very thin. Usually pedals based on hard clipping, high amount of distortion and mid scooped response curve are called distortion and those ones based on soft clipping and mid boosted are called overdrive. But some of the more famous overdrive pedals, known for being “transparent”, “clean” or “dynamic” are based on hard clipping (clipping diodes at the output of an operational amplifier or transistor). Think of Klon Centaur, for example (mid boosted, by the way).

Hard clipping seems to have usually a more dynamic overall response to the guitar touch than soft clipping, although it depends on the circuit design. Some soft clipping pedals are very dynamic while others are too compressed, but most of them seem to be compressing and distorting all the time.

Hard clipping, theoretically limits drastically the signal when it reaches a certain level, so it creates those high harmonics that give it its character. Soft clipping limits the signal more gradually, giving that “soft”, characteristic valve-like distortion sound.

Having taken all these considerations into account, let’s review my last pedal modification. I wanted to experiment those concepts with a BOSS DS-1 pedal I purchased broken and then fixed. I liked as it was, but that kind of distortion is not for me, frankly.

BOSS DS-1 is based on classical symmetrical hard clipping, two diodes at the output of an operational, and the tone stack tends to mid scoop the response curve, so it should be considered a distortion pedal. It is orange and is called “Distortion”, so in this case it was easy.

My experiment had these objectives:

• Reducing distortion (amount of clipping)
• Give it an asymmetrical clipping character, more pleasant to my ears and more valve-like distortion
• Mid boost the response curve

For reducing distortion, I have made these two changes:

• R9 at the emmiter of Q2 controls the gain of the first stage, previous to the opamp stage. With a value of 22 Ohms, the output is so high that the signal at the output of the operational is almost always clipped. I tried with different values and for me 100 Ohms gave the sweet spot for having the right amount of distortion with the gain control at 12 o’clock, for both single coil and humbucker pickups.
• LED diodes have a Vf higher than common bipolar diodes. Bipolar diodes have Vf=0.7V and LED have Vf > 1.5V, depending on the color. Vf is what causes the clipping, and the higher Vf is, the higher the signal can be before it starts to clip. Replacing only one of the clipping diodes (D5 for instance) by a red LED yields more headroom and at the same time serves my second purpose of having asymmetrical clipping. By the way, this is one of the changes that the famous Keeley Ultra Mod makes to the DS-1.

For the mid boost thing, I changed several components of the tone stack. DS-1 tone stack is based on the Big Muff tone stack. It is passive and tends to mid scoop the tone. By simulating the circuit with LTSpice, I found the spot where the signal is mid boosted without loosing the ability to control the tone (although it is somewhat reduced compared to the original DS-1 design).

The bump happens at 800Hz, which for me is the best point to get a nice tone that is capable of cutting through the mix in a band context. It is a simplification because the response curve of the pedal depends on the rest of the circuit as well, but I can tell you that the result is quite acceptable.

The components replaced in the tone stack are C11, C12, R15 and R16. As you can se, only six components have been replaced. I have prefered to keep it as simple as posible, but the change in tone and behavior is drastical. Now the pedal is a very dynamic, mid boosted overdrive, with a wide range of distortion. With gain at max level, it reveals it true distortion spirit. Put a compressor before and an equalizer that boosts the 100Hz frequency after it, and you’ll get the real sound of rock and roll.

As a summary, these are the replacements:

component	original	mod
R9	22 Ohms	100 Ohms
D5	1N4148	Red LED
C11	22nF	33nF
C12	100nF	82nF
R15	2.2K	3.3K
R16	6.8K	1K

For C12, 82nF is not a very common value, but you can put 47nF and 33nF in parallel to get 80nF, enough given the usual tolerances of capacitors. Use a capacitor tester if possible to get a close value. The board has plenty of space to put the two capacitors in that position. For C11 and C12, any kind of capacitor will do, but the values are very important (test if possible).

I hope you enjoy this mod, please let me know of any improvements or mistakes you may find. If you are a good guitar player, please record a demo and upload it to youtube. If you are rich, please send me a Klon Centaur to compare with my DS-1 modified pedal.

PD: if you make this mod, please comment below, I would like to keep track of people enjoying (or not) my mods.

PPD: JAVIER from Argentina made some changes to this mod, he used a 47nF for C12 and a 15K for R15, getting very similar results. Simulating his circuit, we get a very similar curve but smoother, less prominent at 800Hz, and also seems to attenuate high frequencies more:

Try this if you find the mod too nasal sounding or get some hiss through your amp.

Convierte el BOSS DS-1 en un buen overdrive

La frontera entre pedales de overdrive y de distorsión es más bien fina. Normalmente los pedales basados en hard clipping, mucha distorsión y una curva de frecuencias “mid-scooped” (frecuencias medias rebajadas) son denominados “distorsión”, y aquellos basados en soft clipping y con resalte de medios son llamados “overdrive”. Pero algunos de los overdrives más famosos, conocidos por ser “transparentes”, “limpios” o dinámicos” están basados en hard clipping (cortar la señal en los extremos mediante diodos puestos a tierra a la salida de un operacional). Pensad en el Klon Centaur, por ejemplo (con los medios resaltados, por cierto).

El hard clipping parece tener una respuesta general más dinámica al toque de la guitarra que el soft clipping, aunque depende mucho del diseño del circuito. Algunos pedales con soft clipping son muy dinámicos mientras que otros comprimen demasiado, y la mayoría parecen comprimir a la vez que distorsionan.

El hard clipping, teóricamente limita la señal cuando alcanza cierto nivel, de manera que crea los armónicos en altas frecuencias que le dan ese carácter. El soft clipping limita la señal más gradualmente aportando ese sonido más suave que generalmente asociamos con la distorsión de válvulas.

Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, veamos mi última modificación de pedal. Quería experimentar estos conceptos con un BOSS DS-1 que compré averiado y que arreglé. No me disgustaba tal cual, pero ese tipo de distorsión no es para mí, francamente.El BOSS DS-1 está basado en el clásico hard clipping simétrico, dos diodos a la salida de un operacional, y la sección de tono tiende a dar una respuesta “mid scooped”, así que debe ser considerado como un pedal de distorsión. Es naranja y se llama “distortion”, así que en este caso es fácil de clasificar.

Mi experimento tenía estos objetivos:

• Reducir la distorsión (cantidad de “clipping”)
• Darle un carácter asimétrico, más agradable a mis oídos y más parecido a la distorsión de válvulas
• Resaltar los medios en la curva de respuesta de frecuencias

Para reducir la distorsión, he hecho estos cambios:

• R9 en el emisor de Q2 controla la ganancia de la primera etapa, previa al operacional. Con un valor de 22 Ohms, la salida es tan alta que la señal a la salida del operacional es limitada por los diodos prácticamente siempre. Probé con diferentes valores y el de 100 Ohms parecía ser el punto justo para tener la cantidad de distorsión requerida con el control de ganancia a las 12 en punto, tanto para single coils como para humbuckers.
• Los diodos LED tienen una Vf (corriente directa) más alta que los diodos bipolares comunes. Los diodos bipolares tienen Vf=0.7V y los LED tienen Vf > 1.5V, dependiendo del color. Vf es lo que provoca el clipping, y cuanto más alto es Vf, más alta puede ser la señal antes de que empiece a limitar. Reemplazar solo uno de los diodos (D5 por ejemplo) por un LED rojo deja más espacio para la señal, y al mismo tiempo cumple con el otro propósito de tener clipping asimétrico. Éste es, por cierto, uno de los cambios del famoso Keeley Ultra Mod.

Para el resalte de medios, cambié varios componentes de la sección de tono. La sección de tono está basada en el control de tono del Big Muff. Es pasiva, y tiende a atenuar los medios. Simulando el circuito en LTSpice, encontré el punto en el que se resaltan los medios de la señal sin perder la capacidad de controlar el tono (aunque esta capacidad se ve algo reducida respecto al DS-1 original).

El resalte se produce a los 800Hz, que para mí es el mejor punto para conseguir un tono agradable y capaz de ser oído en una mezcla en el contexto de una banda. Es una simplificación, ya que la curva de respuesta del pedal depende del conjunto del circuito, pero os aseguro que el resultado es bastante aceptable.

Los componentes reemplazados en la sección de tono son C11, C12, R15 and R16. Como podéis ver, sólo se han reemplazado seis componentes. He preferido mantenerlo lo más simple posible, pero los cambios en el tono y el comportamiento son drásticos. Ahora el pedal es un overdrive dinámico muy rico en medios, con un rango amplio de distorsión. Con la ganancia al máximo, revela su verdadero espíritu de distorsión. Coloca un compresor delante y un ecualizador después que resalte los 100Hz y conseguirás el verdadero sonido del rock and roll.

Como resumen, éstos son los componentes reemplazados:

componentes	original	mod
R9	22 Ohms	100 Ohms
D5	1N4148	Red LED
C11	22nF	33nF
C12	100nF	82nF
R15	2.2K	3.3K
R16	6.8K	1K

Para C12, 82nF no es un valor muy común, pero puedes poner 47nF y 33nF en paralelo para tener 80nF, suficiente dada la tolerances habitual de los condensadores. Usad un medidor de capacidad si es posible para obtener un valor lo más cercano posible. La placa tiene sitio de sobra para poner dos condensadores en esa posición. Para C11 y C12, cualquier tipo vale, pero los valores son muy importantes (comprobadlos si es posible).

Espero que disfrutéis esta modificación, por favor hacedme llegar cualquier mejora o error que podáis encontrar. Si sois buenos guitarristas, grabad una demo y subidla a youtube. Si sois ricos, enviadme un Klon Centaur para compararlo con mi DS-1 modificado.

PD: si hacéis ese mod, ponedlo en los comentarios abajo. Me gustaría saber si la gente disfruta (o no) de mis mods.

PPD: JAVIER desde Argentina hizo el mod con algunos cambios, usó 47nF en C12 y 15K en R15, consiguiendo un resultado parecido. Al simular su circuito conseguimos una curva muy similar pero más suave, menos pronunciada en los 800Hz, y también aparentemente más atenuada en las altas frecuencias:

Probad esto si la modificación suena muy nasal, o si obtenéis algo de “fritanga” en el amplificador.