Технічні науки/7. Електротехніка, радіоелектроніка

та мікросхемотехніка

Зайцев И.Ю.

Украинская инженерно-педагогическая академия

Частотные характеристики индукционных датчиков

и способы их изменения

Звучание электрогитар и бас-гитар в большой степени зависит от звукоснимателей. Смена звукоснимателей позволяет гитаристу получить новый звук, не приобретая для этого новый инструмент (находясь, конечно же, в рамках свойств корпуса и струн). Между музыкантами ведутся бесконечные дискуссии по поводу достоинств и недостатков тех или иных моделей, поэтому для достижения известной степени объективности необходим качественный анализ основных электротехнических характеристик звукоснимателя и их влияния на звучание инструмента, на котором данный звукосниматель установлен.

Катушку звукоснимателя можно описать как идеальную катушку с индуктивностью L, последовательно подключенное сопротивление R, и параллельно подключенную ёмкость С. Наиболее важным качеством является индуктивность, зависящая от числа витков, материала магнита (либо сердечника), вставленного в катушку, и от её геометрии. Сопротивление и ёмкость не играют особого влияния и ими можно пренебречь. Когда струны покоятся, магнитный поток, проходящий через катушку постоянен. Когда струна колеблется, в катушке возникает переменный ток, имеющий ту же частоту, что и порождающий его магнитный поток (и, следовательно, ту же, что и вибрирующая струна) и напряжение, пропорциональное скорости колебания струны. Помимо этого напряжение зависит от толщины и материала струн, величины поля магнита и от расстояния между магнитом и струной. Поэтому датчик, с точки зрения схемотехники, представляет собой источник переменного тока с электрическими компонентами L, R и С.

Внешняя нагрузка состоит из сопротивления (потенциометры регулировки громкости и тембра и входное сопротивление усилителя) и ёмкости (между проводником и экранирующей оплёткой гитарного кабеля). Ёмкость кабеля играет немалую роль и ею нельзя пренебрегать. Эти пассивные компоненты образуют фильтр высоких частот второго порядка.

Как любой другой подобный фильтр, этот обладает частотой среза f_g; на этой частоте амплитуда падает на 50% (на 3дБ). После f_g происходит спад 12 дб на октаву, а немного ниже f_g, на частоте f₀ наблюдается пик амплитуды, обусловленный резонансом между индуктивностью катушки и ёмкостью кабеля. На частотах, лежащих ниже пика, звук не меняется.

Если известна резонансная частота f₀ и высота резонансного пика, то можно говорить о том, что известны основные параметры, определяющие звук датчика. Степень влияния других свойств значительно меньше и в данной модели они не рассматриваются.

Резонансная частота большинства звукоснимателей при обычном гитар- ном кабеле лежит в пределах 2 – 5 кГц; в этой области ухо имеет наибольшую чувствительность. Она зависит как от индуктивности L, так и от С – суммы ёмкостей катушки и кабеля. Понятно, что резонансная частота, а вместе с ней и звук будут меняться в зависимости от кабеля; это один из способов варьирования звучания инструмента.

Ещё одним способом является изменение внешней нагрузки. Стандартные регуляторы тембра снижают резонансную частоту параллельным подключением к датчику конденсатора (через управляющий переменный резистор). Альтернативным вариантом может быть использование поворотного регулятора, подключающего к датчику конденсаторы различной ёмкости, что даёт большее разнообразие звучания.

В нижеприведенной таблице указаны резонансные частоты некоторых известных моделей звукоснимателей, полученные при подключении к ним различных конденсаторов.

Датчик	Индуктивность (Гн)	Ёмкость (пФ)	Дополнительная ёмкость (пФ)
			470	680	1000	1500	2200
			Резонансная частота (кГц)
Gibson Humbucker	3.8	130	3.3	2.9	2.4	2.0	1.7
Gibson P90	6.6	95	2.6	2.2	1.9	1.5	1.3
DiMarzio Dual Sound	6.4	80	2.7	2.3	1.9	1.6	1.3
Seymour Duncan 59	5.0	120	2.9	2.6	2.2	1.8	1.5
Fender Jazz Bass	3.6	150	3.4	2.9	2.3	2.1	1.7
Fender Precision Bass	6.0	150	2.9	2.5	2.1	1.7	1.1

Измерения частотных характеристик датчиков осуществлялись методом их помещения во внешнее магнитное поле, создаваемое катушкой, состоящей из 50 витков медной проволоки (d = 0.5 мм). На катушку подавалось синусоидальное напряжение в пределах 100 – 10000 Гц, выходное напряжение датчика регистрировалось осциллографом. Абсолютное значение при этом неважно – интересует лишь положение резонансного пика над общей амплитудой. Достоинством метода является отсутствие необходимости извлекать датчик из корпуса гитары.

Данный метод не учитывает нелинейные искажения датчика, влияющие на звук. Тем не менее, он даёт полезную информацию о его основных характеристиках; зная их можно добиться наиболее подходящего звучания, настраивая звукосниматель с помощью внешних конденсаторов и резисторов.