Изготовление электрогитары (стр. 3 )

На принципиальных электрических схемах символ Ом зачастую не пишется, так например 22к означает 22 килоОма. Часто точки – делители разрядов тоже не пишутся, например вместо 4.7M или 2.2к пишут 4M7 или 2к2.

В идеале гармоника должна быть кратна основной частоте. Если это не так, то причина может крыться в плохом качестве струны или струн (старые или грязные). Такие струны плохо звучат, потому что их гармоника или ниже или выше основного тона.

Звук струны в районе бриджа тише, и следовательно выход бриджевого датчика ниже. По этой причине, и чтобы уровень сигнала был таким же как и от нэкового датчика, бриджевые датчики обычно имеют больше витков.

Различия в звуке между синглами и хамбакерами проявляются не только в результате разных импедансов, но также в способе съема звука струн. Электрический ток возникающий в сингле пропорционален колебаниям струн: чем дальше струны от датчика, тем тише звук и наоборот. Продольные вибрации струн синглом не воспроизводятся. Выход сингла - яркий звук, звучат все гармоники.

На хамбакере, расстояние между сердечниками катушек ведет к гашению гармоники, чей максимум на одной катушке, а минимум на другой – противоположности уничтожаются. Поскольку эта специфическая гармоника больше не присутствует в звуковом спектре и потому что другая гармоника также ослаблена, хамбакер не звучит ярко.

Когда две одиночные катушки от различных хамбакеров или двух синглов соединены по типу хамбакера, катушки будут находиться на большом расстоянии друг от друга, и соответственно изменится диапазон гармоник. Используя такие и подобные комбинации, звук электрической гитары можно разнообразить.

Две катушки хамбакера, соединенные параллельно (вместо последовательного) дают меньший выход, но человеческое ухо этого практически не слышит.

Положение датчика

Датчики и особенно бриджевые, часто помещаются в позицию с сильной гармоникой. На Телекастере, например, басовая сторона помещена в позицию 43-ого лада. Позиции сильной гармоники могут быть найдены экспериментальным путем. Вы можете собрать гитару перед фрезеровкой места под датчик и найти место в которой гармоника наиболее сильна, при этом надо обратить внимание на точное расстояние от вашего кончика пальца до верхнего порожка. Измерьте его и отложите то же самое расстояние от бриджа и отметьте его на деке. Датчик поместите в центр метки.

Нэковые датчики иногда помещают в позицию 24 лада.

Положение датчика Jazz баса

(Мензура 34")

Год	Нэковый датчик	Бриджевый датчик
1962	710mm	802mm
1963	710mm	810mm

Все позиции измерены от переднего края верхнего порожка, или нулевого лада до центра датчика.

Гельмут Лемме, автор нескольких немецких книг по гитарам и гитарной электронике, знает то, о чем он говорит. Эта статья переиздана с его разрешения.

Секреты гитарных датчиков Гельмут E. W. Лемме

Звук электрической бас-гитары и гитары сильно зависит от датчиков. Между музыкантами давно ведутся споры о преимуществах и недостатках различных моделей датчиков, и для того, кто не имеет никакого понятия об электронике, предмет может по казаться очень сложным. Однако со стороны электротехники устройство датчиков довольно легко понять - эта статья исследует связь между электрическими характеристиками и звуком.

К сожалению следует сказать, что большинство изготовителей датчиков распространяет информацию вводящую в заблуждение относительно своих изделий, чтобы заработать больше денег и позлить своих конкурентов. Попробуем в этом разобраться. В этой связи я хочу сказать, что не связан ни с одним производителем.

Есть два основных типа датчиков, магнитные и пьезоэлектрические. Последние работают со всеми типами струн (сталь, нейлон, или органика). Магнитные датчики работают только со стальными струнами, и состоят из магнитов и катушек. Синглы (датчики с одной катушкой) чувствительны к магнитным полям, произведенным трансформаторами, флуоресцентными лампами, и другими внешними источниками, и ловят фон и наводки от этих источников. Датчики с двумя катушками или "хамбакеры" используют две специально подключенных катушки, чтобы свести к минимуму это вмешательство. Поскольку эти катушки соединены противофазно, синфазные сигналы (то есть сигналы, типа гула, которые выдает каждая катушка с равной амплитудой), взаимоуничтожаются.

Расположение магнитов разное для разных датчиков. В некоторых используются стержневые магниты, вставленные в катушки, в других магниты расположены под катушками, а сердечники из мягкого железа проходят через катушки. Обычно сердечники это винты, которые позволяют выровнять уровни сигнала от каждой струны закручивая или откручивая их. Некоторые датчики имеют металлические крышки для экранирования и защиты катушек, другие пластмассовое покрытие, которое не спасает от электромагнитных наводок, и на некоторых до сих пор все еще применяется изоляционная лента для защиты провода.

Магнитные линии проходят через катушки и струны. Когда струны статичны, магнитный поток, проходящий через катушки не меняется. После удара по струне поток изменится и приведет к появлению в катушке электрического напряжения. Колебание струны приводит к возникновению переменного тока, частота которого равна частоте вибрации, а напряжение пропорционально скорости движения струны (а не амплитуде). Кроме того, напряжение зависит от толщины струны и напряженности магнитного поля, а также расстояния между сердечниками и струной.

В продаже есть множество датчиков, так что трудно сделать всесторонний краткий обзор. Кроме датчиков, которые идут с инструментом, в продаже есть сменные датчики, многие из которых изготовлены компаниями, которые не производят гитары. Каждый датчик выдает свой собственный звук; у одного он пронзительный, металлический у другого теплый и мягкий. Такие характеристики являются абстрактными, датчик "не имеет" звука, он обладает только "характеристикой передачи". Датчик лишь снимает звуковой материал со струн и изменяет его, каждая модель своим собственным способом. Например: поставьте один и тот же Гибсоновский хамбакер на Лес Пол, и на Super 400 CES и Вы услышите совершенно разные звуки. По этому самый лучший датчик не спасет гитару из плохого дерева с плохими струнами. Основное правило – мусор на входе – мусор на выходе!

Сменные датчики позволяют гитаристу изменить звучание не покупая другой инструмент (конечно в пределах свойств материала деки и струн). Разные датчики имеют разное выходное напряжение. Модели с высоким выходом легко перегружают усилитель, чтобы получить искаженный звук, в то время как модели с низким уровнем выхода больше подходят для игры на чистом звуке. Выходное напряжение большинства датчиков изменяется от 100 мВ до 1 В эффективного значения.

В отличие от других преобразователей, которые имеют движущиеся части (микрофоны, динамики, датчики проигрывателя и т. д.), гитарные магнитные датчики не имеют никаких движущихся частей - магнитное поле изменяется, но оно не имеет никакой массы. Таким образом, оценить магнитные датчики легче чем с другие преобразователи. Хотя частотные характеристики почти всех доступных магнитных датчиков нелинейны (за счет чего и создаются различия в звучании), в них не так много резких частотных подъемов и провалов как например в громкоговорителе. Фактически, частотная характеристика может быть сглажена и достаточно просто и легко описана математической формулой.

Датчик как электрическая цепь

С точки зрения схемотехники, магнитный датчик эквивалентен схеме на Рис. 1.

Катушку датчика можно описать как идеальную катушку состоящую из индуктивности L включенной последовательно с сопротивлением R и параллельно с емкостью C. Самое важное здесь, безусловно, индуктивность, которая зависит от числа витков катушки, ее магнитного материала и геометрии. Сопротивление и емкость не имеют большого влияния и ими можно пренебречь. Когда струны колеблются, в катушке возникает напряжение переменного тока. Таким образом датчик действует подобно источнику переменного тока с некоторыми электрическими компонентами (Рис. 2).

Внешняя нагрузка состоит из сопротивления (потенциометры громкости и тембра гитары, и входное сопротивление усилителя) и емкости гитарного кабеля (емкости между проводником и экраном в гитарном кабеле). Емкость кабеля существенна и ею нельзя пренебрегать.

Эти пассивные компоненты формирует так называемый фильтр низких частот второго порядка (ФНЧ 2 порядка) (Рис. 3). Таким образом, как и любой другой подобный фильтр, этот имеет частоту среза fg; на этой частоте амплитуда падает на 3 децибела (т. е. на половину). Дальше fg, амплитуда падает на 12dB на октаву, а до fg сигнал не меняется никак. Спада на низких частотах не наблюдается; однако, немного ниже fg есть электрический резонанс между индуктивностью катушки датчика и емкостью кабеля гитары. На частоте, названной fmax, наблюдается пик амплитуды. Пассивный ФНЧ в этом случае работает как усилитель напряжения (но не как усилитель мощности, потому что выходное сопротивление соответственно повышается). Рис. 4 показывает типичную кривую частотной характеристики датчика.

Если нам известна резонансная частота и высота резонансного пика, можно сказать что мы знаем приблизительно 90 процентов передающих характеристик датчика; эти два параметра - ключ к «секрету» звука датчика (другие свойства не могут быть описаны этой моделью, но их влияние имеет меньшее значение).

Что все это означает - то, что обертоны в диапазоне вокруг резонансной частоты усиливаются, за этой частотой уменьшаются, а основная вибрация и обертоны за ней воспроизводятся без изменений.

Как резонанс влияет на звук

Резонансная частота большинства датчиков в комбинации с нормальным гитарным кабелем находится между 2000 и 5000 Гц. Это диапазон, в котором человеческое ухо имеет самую высокую чувствительность. Субъективное соотношение частоты и звука состоит в том, что при частоте 2 000 Гц звук кажется теплым и мягким, при 3000 Гц звонким, при 4000 Гц - 5000 Гц ломким и тонким. Звук также зависит от высоты резонансного пика. Высокий пик дает мощный, характерный звук; низкий пик дает более слабый звук, особенно на гитарах, дека которых сделана из твердых пород дерева, которые не имеют ярко выраженных акустических резонансов. Высота пика большинства датчиков находится в пределах от 1 до 4 (от 0 до 12 децибел), она зависит от магнитного материала катушки, сопротивления внешней нагрузки и от наличия металлической крышки (без крышки, пик выше, что нравится большинству гитаристов).

Резонансная частота зависит и от индуктивности L (у большинства датчиков она составляет от 1 до 10 Гн) и от емкости C. C - сумма внутренней емкости катушки (обычно около 80-200 пФ) и емкости кабеля (около пФ). Так как различные гитарные кабели имеют различную емкость, ясно, что использование различных кабелей изменит резонансную частоту, и следовательно звук гитары в целом.

Изменение характеристик датчика

В основном, есть три различных способа изменить звук гитары применительно к датчикам:

1. Установка новых датчиков. Этот способ самый распространенный, но и самый дорогой.

2. Изменение распайки катушек в датчиках. Это возможно
с почти всеми хамбакерами.
Обычно, обе катушки спаяны последовательно. Распайка их параллельно уменьшит индуктивность в 4 раза, а резонансная частота (при прочих равных) удвоится. Использование
в хамбакере только одной катушки
снизит индуктивность в двое, а резонансная частота увеличится в квадратный корень из 2 (примерно в 1,4 раза). В обоих случаях звук будет более высоким чем прежде. Из большинства хамбакеров выходят четыре провода – по два из каждой катушки - так что можно попробовать различные комбинации катушек, не вскрывая датчик. Некоторые синглы имеют отдельный провод от катушки, чтобы обеспечить подобную гибкость.

3. Изменить внешнюю нагрузку. Этот метод дешев и может быть очень эффективен. Благодаря небольшому количеству электронных компонентов, звук может варьироваться в широких пределах. Стандартные регуляторы тембра снижают резонансную частоту из за соединяя конденсатора параллельно с датчиком (обычно используя для управления переменный резистор). Таким образом, одним из способов изменить звук является замена стандартного регулятора тембра переключателем, который будет подключать к датчику конденсаторы различной емкости (в диапазоне от 470 пФ до 10 нФ). Это даст намного больше звуков чем стандартный регулятор тембра (Рис. 5). Также, добавив внутренний буферный усилитель можно изолировать датчик от влияния емкости кабеля, получая в итоге более яркий, с более высокой частотой резонанса и более высоким пиком, звук..

Таблица ниже показывает самые известные датчики и их электрические характеристики. Однако, обратите внимание на то, что датчики не точные устройства, и что в особенности старые датчики (например Фендеровские и Гибсоновские датчики выпущенные в 50-х) различаются так, что даже одинаковые датчики звучат по разному. По этому показатели резонансной частоты в таблице округлены до 100 Гц. Также обратите внимание на то, что на частотах ниже 1000 Гц. пики становятся ниже и шире. Поскольку высота пика резонанса зависит от сопротивления внешней нагрузки (потенциометр громкости, тембра и входное сопротивление усилителя), снижение этой нагрузки (например, подключение резисторов параллельно датчику) снижает высоту пика. Для увеличения высоты пика надо увеличить сопротивление нагрузки. В большинстве случаев этого можно достичь только установкой в гитару предусилителя с высоким сопротивлением.

Резонансные частоты некоторых известных датчиков с дополнительными конденсаторами

Тип датчика	Индуктивность (Гн)	Емкость катушки (пФ)	Дополнительная емкость (конденсатора)
470 пФ	680 пФ	1 нФ	1.5 нФ	2.2 нФ	3.3 нФ	4.7 нФ
Резонансная частота (кГц)
Fender Stratocaster (1972)	2.2	110	4.4	3.8	3.2	2.7	2.2	1.8	1.5
Gibson Humbucker	3.8	130	3.3	2.9	2.4	2.0	1.7	1.4	1.2
Gibson P90	6.6	95	2.6	2.2	1.9	1.5	1.3	1.1	0.9
DiMarzio Dual Sound (последоват)	6.4	80	2.7	2.3	1.9	1.6	1.3	1.1	0.9
DiMarzio Dual Sound (паралельно)	1.6	200	4.9	4.2	3.6	3.1	2.6	2.2	1.8
Seymour Duncan 59	5.0	120	2.9	2.6	2.2	1.8	1.5	1.2	1.0
Fender Jazz Bass	3.6	150	3.4	2.9	2.5	2.1	1.7	1.4	1.2
Fender Precision Bass	6.0	15	2.9	2.5	2.1	1.7	1.4	1.1	0.9
Gibson Bass EB 0/1/2/3	65.0	160	0.8	0.7	0.6	0.5	0.4	0.3	0.2

Регулируемый резонанс