Главная Ноты, литература, mp3 Галерея Мастерская Биографии Обратная связь                         ©
 
  Главная Ноты, литература, mp3 Галерея Мастерская Биографии Обратная связь
http://guitar.melodia.org.ua

«Вокруг тебя всегда будут крутиться как негативно настроенные, так и позитивные люди. Просто будь собой и делай всё, что в твоих силах. И плевать на мнение окружающих!»

                  Joey De Maio,
                  Manowar

Новости

Мастерская* >

Звукосниматели (часть 1)


Звукосниматели (часть 1)
4 января 2012 г.

Звукосниматели и их основные свойства (часть 1)

Звукосниматели

Звучание электрогитары зависит от многих факторов, при этом звукосниматели играют в звукообразовании одну из основных ролей. Между музыкантами ведутся бесконечные дискуссии по поводу достоинств и недостатков разных моделей звукоснимателей.

В этой статье рассмотрены основные электрические характеристики звукоснимателей, показана их связь со звучанием и даны некоторые советы, как изменить звучание инструмента, учитывая конструктивные особенности звукоснимателей.


Статья взята с сайта guitar.ru. Автор статьи: Владимир Колпаков.

 

Звукосниматели и их основные свойства

(часть 1)

(Начало)

Предисловие

Звучание электрогитары зависит от многих факторов, при этом звукосниматели играют в звукообразовании одну из основных ролей. Между музыкантами ведутся бесконечные дискуссии по поводу достоинств и недостатков разных моделей звукоснимателей, суть которых является, к сожалению, непонимание основных физических принципов преобразования колебаний струны в электрический сигнал. Эти дискуссии подогреваются производителями звукоснимателей, которые зачастую пользуются отсутствием знаний у музыкантов и приводят о своей продукции заведомо неверную информацию, чтобы заработать побольше денег и доставить неприятности конкурентам. Однако с точки зрения физики устройство звукоснимателя вполне доступно для понимания. В этой статье будут вкратце рассмотрены основные электрические характеристики звукоснимателей, их связь со звучанием, и даны некоторые советы, как изменить звучание инструмента, учитывая конструктивные особенности звукоснимателей.


Существуют два основных вида звукоснимателей: магнитные и пьезоэлектрические.

Пьезоэлектрические звукосниматели

Для начала мы рассмотрим пьезоэлектрические звукосниматели, поскольку это проще и быстрее.


При более сложной физике преобразования механической энергии непосредственно в электрическую, пьезозвукосниматель является простым и прогнозируемым устройством. Пьезозвукосниматель - это пьезокристал с обкладками из проводника, поэтому его свойства полностью заранее определены физическими свойствами этого кристалла. Будем считать, что манипулировать этими свойствами практически невозможно, место его установки в инструменте точно предопределено, поэтому нет и многообразия моделей от производителей – спекулировать не на чем.


Пьезозвукосниматель (далее для простоты «пьезик») имеет ровно одну характеристику - емкость. Его эквивалентная схема - это источник напряжения с последовательно включенной ёмкостью. Причем эта емкость имеет достаточно малую величину 100-500 пФ. Поэтому, чтобы получить от пъезика какой-либо звук вообще, его необходимо "не отходя от кассы" нагрузить на повторитель напряжения с очень большим (3-10 МОм) входным сопротивлением, чтобы уменьшить влияние емкости на передачу низких частот. Поэтому вместе с пьезиком, как правило, всегда устанавливается активная электроника: эквалайзер или буферный каскад. Это его единственный, но вполне решаемый недостаток, в остальном он имеет много преимуществ по сравнению с индуктивными датчиками.


"Пьезик" не образует никаких фильтров НЧ второго порядка, он не подвержен шумам и наводкам, поскольку полностью отсутствует индуктивность, его емкость очень мала, а сам датчик является электромеханическим. Это означает, что колебания струны преобразуются в электрические не посредством изменения каких-либо электромагнитных параметров системы: струна-датчик (емкость, магнитный поток и т.п.), а непосредственно пьезокристал обладает свойством при приложении к нему механических сил генерировать напряжение, появляющееся на обкладках этого кристалла. Это хорошо так же и тем, что колебания струны снимаются максимально в полной мере, а именно и продольные и поперечные колебания (по двум направлениям в пространстве), а также колебания деревянного корпуса гитары, в отличие от индуктивного датчика, который снимает только поперечные колебания струн перпендикулярные магнитной оси катушки! При этом такая проекция общего пространственного колебания может иметь минимумы вплоть до нуля. Именно по вышеназванным причинам звук электрогитары, в общем-то, обеднен и имеет характерные амплитудные провалы (особенно заметные при затухании колебаний). Именно поэтому пьезодатчики используют для озвучивания акустических гитар, поскольку они, как и микрофон, преобразуют в той или иной степени в электрический сигнал все колебания системы корпус-струны. Кроме того, по вышеназванным причинам пьезодатчики работают со струнами абсолютно любого типа.


"Пьезики" бывают в основном двух типов:

  • в виде стержня, который кладется под порожек и снимает в первую очередь колебания струн;
  • в виде кружочков разного размера (площади), которые прикрепляются к корпусу гитары и снимают в первую очередь колебания деки.

Разумное сочетание правильно установленных пьезиков даст очень правдоподобный акустический звук с минимумом шумов.


Ну и, наконец, "пьезик" – это настолько простое устройство, что его трудно испоганить при производстве даже в далеком китайском государстве (хотя нет ничего невозможного, конечно). Поэтому сами датчики, сделаны они в Корее, Китае, США или Германии, будут звучать более или менее похоже, лишь бы количество кристалла там было достаточное. Звук будет зависеть в основном от качества дальнейшего электрического буферного каскада и реализации эквалайзера.


Магнитные звукосниматели

Теперь рассмотрим более актуальную для гитаристов тему магнитных звукоснимателей.


Звукосниматель как преобразователь энергии


Магнитные звукосниматели работают только со струнами из ферромагнитных материалов (стальная жила + оплетка из никеля, стали и т.п.) и состоят из магнитов и катушек. Первая и очень важная мысль состоит в том, что магнитный звукосниматель - это электромагнитное устройство. Это означает, что параметры звукоснимателя можно разделить условно на две группы:

  • магнитные параметры, которые являются параметрами вещества магнита и не могут быть изменены в дальнейшем, т.е. являются жесткими параметрами системы;
  • электрические параметры катушки, которые можно или изменить (что достаточно сложно, и не рекомендуется) или согласовать с другими элементами последующей цепи, таким образом, изменив частотную характеристику системы звукосниматель-нагрузка и, как следствие, звучание гитары.

Вклад катушки.


Для начала давайте условно уберем из датчика магнит и сердечники и рассмотрим характеристику преобразования. В соответствии с законом Фарадея (был такой физик, открывший явление электромагнитной индукции!) наведенное в датчике напряжение прямо пропорционально СКОРОСТИ изменения магнитного потока. Скорость изменения магнитного потока в катушке прямо пропорциональна СКОРОСТИ движения струны.

где U – это выходное напряжение, Ф – магнитный поток, t – время, К – некоторый коэффициент (его структуру не даю для уменьшения "мозгоклюйства"), А – отклонение струны от своего положения покоя и соответственно dA/dt = v – скорость движения струны.


В свою очередь, из закона сохранения энергии

(m – масса струны, k – коэффициент натяжения, v - скорость) следует, что

а, используя закон Гука (еще одного физика), и решив дифференциальное уравнение , получим, что

т.е. частоте колебаний. Итого имеем, что   , т.е., говоря русским языком, амплитуда выходного напряжения пропорционально произведению амплитуды колебания струны на частоту.


Отсюда следует несколько важных выводов, которые нужно воспринимать как неизменный факт и уметь этим пользоваться.

  1. Соотношение гармоник колебания в выходном напряжении существенно отличается от реального, как будто мы пропустили сигнал через фильтр высоких частот (ФВЧ) 1-го порядка со спадом 6dB на октаву.
  2. Амплитуда выходного сигнала при щипке или ударе медиатора одинаковой силы возрастает пропорционально частоте. Если бы все струны были бы одинаковой толщины, но натянуты по-разному, то чем выше была бы натянута струна, тем громче бы она звучала (при одинаковом щипке естественно). Однако ж тогда на высоких струнах играть было бы невозможно, а гриф свинчивало бы дугой. Поэтому струны уменьшаются по толщине так, чтобы иметь близкое друг к другу натяжение. Однако при этом количество линий магнитного поля, проходящих через более тонкие струны (т.е. их намагниченность магнитом датчика), тоже пропорционально уменьшается, компенсируя, таким образом, увеличение скорости колебаний. В результате в идеале при правильно подобранных струнах и одинаковой силе удара медиатором громкость звучания всех струн будет одинаковой. При этом спектр каждой струны изменен в соответствии с выводом 1. Так что не парьтесь особенно, гоняя сердечники под струнами туда-сюда.

Вклад магнита и сердечников

Возвращаясь к теме датчиков, вспомним про магнит и сердечники. Эти компоненты датчика, как мы понимаем, в готовом датчике являются элементом не изменяемым, однако именно от них зависят динамические свойства датчика: громкость, уровень компрессии сигнала, соответственно с компрессией некоторая зависимость в передаче высоких частот и, наконец, уровень нелинейных искажений.


Магниты по химическому составу делают, как правило, четырёх типов: АЛНИКО-2, АЛНИКО-3, АЛНИКО-5 (это сплавы АЛюминия, НИкеля и КОбальта в разных соотношениях) и металлокерамика. С сердечниками не мудрят особо (достаточно магнитов), и они делаются из мягкого железа.


Напомню еще раз, что происходит в датчике во время колебания струны. Датчик «пытается» сохранить свой магнитный поток неизменным в соответствии с законом сохранения магнитного потока. Поэтому при колебаниях намагниченной струны в катушке возникает ток, приводящий к появлению напряжения на её концах, и появлению собственных изменений магнитного потока катушки, многократно усиленные ферромагнитным материалом магнита и сердечников, которые компенсируют изменения этого потока, наводимые струной. Для героев, дочитавших предыдущее предложение до конца, хочу сообщить главное! Магниты и сердечники под действием катушки изменяют свою намагниченность, т.е., условно говоря, перемагничиваются. Так вот скорость намагничивания и перемагничвания материала очень даже конечна и существенно сказывается на динамике возникающего в катушке напряжения. Т.е. возникают динамические и частотные искажения. График перехода намагниченности из одного состояния насыщения в другое называют в физике петлей гистерезиса. Чем шире эта петля, тем «медленнее» материал реагирует на изменение внешнего поля.


Материалы магнитов я перечислил в порядке уменьшения ширины петли гистерезиса. А из ферромагнитных металлов самую узкую петлю имеет мягкое железо. Поэтому датчики с АЛНИКО 2 будут иметь мягкую атаку, насыщенные средние частоты, большую компрессию сигнала, а с металлокерамикой наиболее яркий, динамичный звук.


По форме магниты бывают либо в виде бруска, к которому приклеены сердечники из мягкого железа, проходящие сквозь катушку и подводящие магнитный поток к струнам, либо сами магниты в виде цилиндрических сердечников под каждую струну (типичный пример последнего, стандартный стратовский сингл). По уровню создания неравномерности магнитного поля системы магнит+сердечники можно выстроить в следующую последовательность от меньшего к большему: полосовой магнит (нет сердечников), полосовой магнит + рельсовые сердечники, полосовой магнит + цилиндрические сердечники, собственно цилиндрические сердечники-магниты. Соответственно, чем более неравномерное поле создается магнитом, тем больше уровень нелинейных и динамических искажений, тем более индивидуальный звук будет давать датчик, отличный от истинного звучания струны.


Исходя из вышесказанного, напрашивается простой вывод, что датчик, который максимально правдоподобно передает колебания струны, сохраняя их динамику и частотный баланс, будет датчиком с полосовым металлокерамическим магнитом без сердечников. Вы будете долго смеяться, если я скажу вам, что таким датчиком является доисторический «совковый» датчик за 9 рублей! Он был спроектирован для акустической гитары, что есть правильно.


Звукосниматель как электрическая цепь


Рассмотрим теперь, какие дальнейшие преобразования происходят с полученным электрическим (и без того «страшно изуродованным») сигналом, как на эти преобразования мы можем повлиять, и на чем же остановить свой выбор при покупке датчиков.


Далее предоставлена информация из статьи немецкого эксперта в области гитарной электроники Гельмута Лемме © Helmuth E. W. Lemme, который написал книгу о гитарной электронике (эта статья опубликована на сайте www.guitar.ru ). Итак:


С точки зрения схемотехники, магнитный звукосниматель соответствует цепи, показанной на рис.1.

 

Рис.1.

Катушку звукоснимателя можно описать как идеальную катушку с индуктивностью L в последовательном подключении к сопротивлению R и в параллельном подключении к конденсатору C. Самым важным качеством является индуктивность, которая зависит от количества витков, от магнитного материала катушки и её геометрии. Сопротивление и емкость не оказывают особого влияния и ими можно пренебречь (Здесь я бы не стал все так сильно упрощать, поскольку сопротивление R достаточно велико, составляет, как правило, от 4 до16 кОм, должно учитываться при выборе сопротивления нагрузки и играет немалую роль в высоте и ширине резонансного пика, речь о котором идет ниже). Когда струны колеблются, в катушке возникает напряжение переменного тока. Поэтому датчик действует как источник переменного тока с электрическими компонентами (рис.2)


рис.2

Внешняя нагрузка состоит из сопротивления (потенциометры громкости и тембра и любое сопротивление заземления на входе усилителя) и конденсатора (из-за ёмкости между проводником и экранирующей оплеткой в гитарном кабеле). Емкость кабеля играет немалую роль, и ею нельзя пренебрегать. Эти пассивные компоненты образуют так называемый фильтр низких частот второго порядка (рис.3)


рис.4.

Таким образом, как любой другой подобный фильтр, этот обладает частотой среза fg; на этой частоте амплитуда сигнала падает на 3дБ (то есть, в √2 раз). После fg происходит спад 12 дБ на октаву, а до fg сигнал не меняется никак. Спада на низких частотах не наблюдается, однако, немного ниже fg существует электрический резонанс между индуктивностью катушки и ёмкостью нагрузки. На этой частоте, называемой fmax, наблюдается пик амплитуды. Пассивный фильтр НЧ выступает здесь в роли усилителя напряжения (но не усилителя мощности, так как выходное сопротивление соответственно повышается). На рис.4 указан типичный контур частотной характеристики звукоснимателя.

Рис.4

Если мы знаем резонансную частоту и высоту резонансного пика, можно сказать, что нам известно 90% информации о передающих характеристиках датчика. Эти два параметра являются своего рода ключом к "секрету" звука датчика (в рамках данной модели нельзя описать некоторые другие свойства, но их значение гораздо меньше). 



Всё это означает, что обертоны в области резонансной частоты усиливаются, за этой частотой уменьшаются, а основная вибрация и обертоны до резонансной частоты воспроизводятся без изменений.


Влияние резонанса на звук

Резонансная частота большинства существующих звукоснимателей при нормальном гитарном кабеле находится в пределах от 2000 до 5000 Гц. В этой области человеческое ухо имеет наибольшую чувствительность. Вкратце субъективное соотношение частоты и звука таково, что при резонансной частоте 2000 Гц звук тёплый и мягкий, при 3000 Гц - звонкий, на 4000 Гц - пронзительный, на 5000 Гц и выше - хрупкий и тонкий. Звук, конечно же, зависит и от высоты пика. Высокий пик даёт мощный, характерный звук; низкий пик даёт более слабый звук, особенно на цельнокорпусных гитарах, которые не имеют выраженного акустического резонанса. Высота пика на большинстве существующих датчиков находится в пределах от 1 до 4 (от 0 до 12 дБ), в зависимости от магнитного материала звукоснимателя, от сопротивления внешней нагрузки и от наличия металлической крышки (без крышки пик выше, что многим гитаристам нравится больше), а также от внутреннего сопротивления звукоснимателя.


Резонансная частота зависит как от индуктивности L (в большинстве звукоснимателей - от 1 до 10 Генри), так и от ёмкости С. С - это сумма ёмкостей катушки (обычно около 80 - 200 пФ) и кабеля (около 500 - 1000 пФ). Поскольку разные кабели имеют разную ёмкость, понятно, что резонансная частота будет меняться также в зависимости от кабеля, а вместе с ней и общий звук.



Начало: Звукосниматели и их основные свойства (часть 1)

Окончание:  Звукосниматели и их основные свойства (часть 2).


 


* Некоторые статьи, представленные в разделе "Мастерская", позаимствованы с других сайтов. Эти статьи на нашем сайте опубликованы с разрешения авторов, или владельцев ресурсов, на которых они опубликованы ранее.
При публикации таких статей на нашем сайте, обязательно укзазн первоисточник (ссылка на сайт), и автор статьи.
Если автор против публикации его статьи на нашем сайте, то, во избежание недоразумений, напишите возражение на e-mail: info_guitar@melodia.org.ua, и мы уберем вашу публикацию с нашего сайта.


       


Search
(Поиск по сайту)

- Проводить поиск по фразе целиком
- Проводить поиск по каждому слову (условие ИЛИ)

На сайте наконец-то заработал поиск по сайту.
6 июня 2012 г.

Т.к. тем уже много, то пора бы мне уже подумать и о механизме поиска по сайту.

И вот, наконец-то, сегодня закончил работу над поиском на сайте.

Теперь искать нужную информацию на сайте станет намного легче !

 


Подробнее >>

Немноно нотной теории. Тетрахорды.
9 марта 2012 г.

На сайте добавлено немного музыкальной теории - Тетрахорды.

Статья расположена в разделе "Ноты, литература. mp3 -> Литература, самоучители". 

Тетрахорды. Теория. (Это почти как нелюбимое в детствве "сольфеджио").


Подробнее >>

На сайте добавился раздел с биографиями музыкальных групп и исполнителей.
9 февраля 2012 г.

В разделе появился раздел "Биографии", где можно почерпнуть информацию об исполнителях и группах. Раздел пока наполняется контентом. Ну, собственно, сабж...


Подробнее >>

Ноты для гитары и аккорды

Ноты и аранжировки для гитары : Ноты, табы, литература → Ноты и аранжировки для гитары ;

Аккорды с текстами : Ноты, литература, mp3 → Табы, песни с аккордами .


Подробнее >>

Теперь на сайте можно добавлять к записям комментарии.
19 октября 2011

Теперь на сайте можно добавлять к записям комментарии.

В разделах "Ноты, литература, mp3", "Галерея", "Мастерская" и "Новости" к постам можно добавлять свои комментарии  посетителям сайта. 


Подробнее >>

ПЕРЕВОДЧИК ОНЛАЙН