Звукосниматель — это преобразователь , который улавливает или ощущает механические колебания, производимые музыкальными инструментами , в частности струнными инструментами, такими как электрогитара , и преобразует их в электрический сигнал, который усиливается с помощью инструментального усилителя для создания музыкальных звуков через громкоговоритель в корпусе динамика . Сигнал от звукоснимателя также может быть записан напрямую.
Первый электрический струнный инструмент со звукоснимателями, слайд-гитара « Frying Pan », была создана Джорджем Бошамом и Адольфом Рикенбакером около 1931 года. [1]
Большинство электрогитар и электробасов используют магнитные звукосниматели. Акустические гитары , контрабасы и скрипки часто используют пьезоэлектрический звукосниматель. [ необходима цитата ]
Типичный магнитный звукосниматель представляет собой преобразователь (в частности, датчик переменного сопротивления ), который состоит из одного или нескольких постоянных магнитов (обычно альнико или феррита ), обернутых катушкой из нескольких тысяч витков тонкой эмалированной медной проволоки. Магнит создает магнитное поле , которое фокусируется полюсным наконечником или наконечниками звукоснимателя . [2] Постоянный магнит в звукоснимателе намагничивает гитарную струну над собой. Это заставляет струну генерировать магнитное поле, которое совпадает с полем постоянного магнита. Когда струну щипают, магнитное поле вокруг нее движется вверх и вниз вместе со струной. Это движущееся магнитное поле индуцирует напряжение в катушке звукоснимателя, как описано законом индукции Фарадея . [3] Выходное напряжение зависит от инструмента и стиля игры, а также от того, какие струны используются и где именно на струне, но, например, гитара Samick TV Twenty, на которой играли на бридже, показала 16 мВ RMS (пиковое значение 200 мВ ) для одной струны и 128 мВ RMS (пиковое значение 850 мВ) для аккорда. [4]
Звукосниматель подключается патч-кабелем к усилителю , который усиливает сигнал до достаточной величины мощности для питания громкоговорителя (что может потребовать десятки вольт). Звукосниматель также может быть подключен к записывающему оборудованию через патч-кабель.
Звукосниматель чаще всего устанавливается на корпус инструмента, но может быть прикреплен к бриджу , грифу или пикгарду . Звукосниматели различаются по мощности и стилю. Некоторые звукосниматели могут быть однокатушечными, в которых одна катушка улавливает звук всех струн, в то время как другие звукосниматели могут быть двухкатушечными хамбакерами . Особый тип хамбакера, характерный для бас-гитар типа Precision, называется звукоснимателем с разделенной катушкой: две катушки, каждая из которых улавливает разные струны, на бас-гитаре с 4 струнами одна катушка — струны E и A, вторая — струны D и G. [5] Звукосниматель — один из важнейших аспектов, определяющих звучание электрогитары. Большинство моделей гитар имеют различие в звукоснимателях, что выступает в качестве нового аргумента в пользу продажи для компаний, производящих гитары.
Звукосниматели имеют магнитные полюсные наконечники, обычно один или два на каждую струну, за исключением звукоснимателей rail и lips tube . Одиночные полюсные наконечники приблизительно центрированы на каждой струне, тогда как двойные полюсные наконечники, такие как стандартные датчики на Fender Jazz Bass и Precision Bass, располагаются по обе стороны от каждой струны.
На большинстве гитар струны не полностью параллельны: они сходятся у порожка и расходятся у бриджа. Таким образом, бриджевые, грифовые и средние звукосниматели обычно имеют разное расстояние между полюсными наконечниками на одной и той же гитаре.
Существует несколько стандартов по размерам звукоснимателей и расстоянию между струнами полюсов. Расстояния измеряются либо как расстояние между центрами 1-го и 6-го полюсных наконечников (это также называется расстоянием "E-to-E"), либо как расстояние между центрами соседних полюсных наконечников.
Некоторые высокопроизводительные звукосниматели используют очень сильные магниты, тем самым создавая больше потока и, следовательно, больше выходного сигнала. Это может быть пагубно для конечного звука, поскольку притяжение магнита к струнам (называемое захватом струн [6] ) может вызвать проблемы с интонацией, а также приглушить струны и уменьшить сустейн .
Другие высокопроизводительные звукосниматели имеют больше витков провода для увеличения напряжения, генерируемого движением струны. Однако это также увеличивает выходное сопротивление и импеданс звукоснимателя , что может повлиять на высокие частоты, если звукосниматель не изолирован буферным усилителем или блоком DI .
Витки провода, расположенные рядом друг с другом, имеют эквивалентную собственную емкость.что при добавлении к любой имеющейся емкости кабеля резонирует с индуктивностью обмотки. Этот резонанс может акцентировать определенные частоты, придавая звукоснимателю характерное тональное качество. Чем больше витков провода в обмотке, тем выше выходное напряжение [7] , но тем ниже эта резонансная частота .
Расположение паразитных сопротивлений и емкостей на входе гитары, кабеля и усилителя в сочетании с индуктивным импедансом источника , присущим этому типу преобразователя, образует резистивно-демпфированный фильтр нижних частот второго порядка , создавая эффект нелинейности, не встречающийся в пьезоэлектрических или оптических преобразователях. Звукосниматели обычно проектируются для питания высокого входного импеданса , как правило, МОм или более, а нагрузка с низким импедансом увеличивает затухание более высоких частот. Типичная максимальная частота однокатушечного звукоснимателя составляет около 5 кГц, при этом самая высокая нота на типичном грифе гитары имеет основную частоту 1,17 кГц.
Звукосниматели с одной катушкой действуют как направленная антенна и склонны улавливать сетевой гул — неприятные электромагнитные помехи переменного тока от электрических кабелей, силовых трансформаторов, балластов флуоресцентных ламп, видеомониторов или телевизоров — вместе с музыкальным сигналом. Сетевой гул состоит из основного сигнала с номинальной частотой 50 или 60 Гц, в зависимости от местной частоты тока, и обычно некоторого гармонического содержания.
Чтобы преодолеть это, Джозеф Рэймонд «Рэй» Баттс (для Gretsch ) изобрел хамбакер , в то время как Сет Ловер также работал над ним для Gibson . [8] Кто первым его разработал, является предметом споров, но Баттс получил первый патент ( патент США 2 892 371 ), а Ловер — следующим ( патент США 2 896 491 ).
Хамбакерный звукосниматель состоит из двух катушек, каждая из которых намотана в обратном направлении по отношению к другой. Каждый набор из шести магнитных полюсов также имеет противоположную полярность. Поскольку окружающий гул от электрических устройств достигает катушек как синфазный шум , он индуцирует одинаковое напряжение в каждой катушке, но на 180 градусов сдвинутое по фазе между двумя напряжениями. Они эффективно нейтрализуют друг друга, в то время как сигнал от гитарной струны удваивается.
При последовательном подключении, что является наиболее распространенной практикой, общая индуктивность звукоснимателя увеличивается, что снижает его резонансную частоту и ослабляет высокие частоты, давая менее высокий тон (т. е. более «жирный»), чем любой из двухкомпонентных звукоснимателей с одной катушкой по отдельности.
Альтернативная проводка размещает катушки в параллельном положении , что оказывает более нейтральное воздействие на резонансную частоту. Такая проводка звукоснимателей встречается редко, [9] поскольку гитаристы ожидают, что звукосниматели хамбакеров «имеют звук», а они не настолько нейтральны. На хороших джазовых гитарах параллельная проводка дает значительно более чистый звук, [9] поскольку пониженное сопротивление источника управляет емкостным кабелем с меньшим затуханием высоких частот.
Хамбакер -звукосниматель с боковым расположением воспринимает более широкую секцию каждой струны, чем однокатушечный звукосниматель. [10] При захвате большей части вибрирующей струны в сигнале, производимом звукоснимателем, присутствует больше нижних гармоник по отношению к высоким гармоникам, что приводит к «более жирному» тону. Хамбакер-звукосниматели в узком форм-факторе однокатушечного звукоснимателя, разработанные для замены однокатушечных звукоснимателей, имеют более узкую апертуру, напоминающую апертуру однокатушечного звукоснимателя. Некоторые модели этих однокатушечных хамбакеров создают более аутентичное сходство с классическими однокатушечными тонами, чем полноразмерные хамбакеры с аналогичной индуктивностью.
Большинство электрогитар имеют два или три магнитных звукоснимателя. Комбинация звукоснимателей называется конфигурацией звукоснимателей , обычно обозначаемой путем записи типов звукоснимателей в порядке от бриджевого звукоснимателя через средний звукосниматель(ы) к нековому звукоснимателю, используя «S» для сингла и «H» для хамбакера. Обычно бриджевый звукосниматель известен как ведущий звукосниматель, а нековый звукосниматель известен как ритмический звукосниматель. [11]
Распространенные конфигурации звукоснимателей включают в себя:
Менее часто встречающиеся конфигурации:
Примеры редких конфигураций, которые используются только в некоторых моделях:
Пьезоэлектрический датчик содержит пьезокристалл, который преобразует вибрации непосредственно в изменяющееся напряжение.
Многие полуакустические и акустические гитары , а также некоторые электрогитары и басы были оснащены пьезоэлектрическими звукоснимателями вместо магнитных звукоснимателей или в дополнение к ним. Они имеют совершенно другой звук, а также имеют преимущество в том, что не улавливают никаких других магнитных полей, таких как сетевой гул и обратная связь от контрольных петель. В гибридных гитарах эта система позволяет переключаться между магнитными звукоснимателями и пьезозвукоснимателями или одновременно смешивать выходной сигнал. Цельнокорпусные гитары только с пьезозвукоснимателем известны как бесшумные гитары , которые обычно используются для занятий акустическими гитаристами. Пьезозвукосниматели также могут быть встроены в бриджи электрогитар для преобразования существующих инструментов.
Большинство звукоснимателей для смычковых инструментов, таких как виолончель, скрипка и контрабас, являются пьезоэлектрическими. Они могут быть инкрустированы в подставку , проложены между ножками подставки и верхней частью инструмента или, реже, заклинены под крылом подставки. Некоторые звукосниматели крепятся к верхней части инструмента с помощью съемной замазки .
Пьезоэлектрические датчики имеют очень высокое выходное сопротивление и выглядят как емкость, последовательно соединенная с источником напряжения . Поэтому они часто имеют встроенный в инструмент буферный усилитель , чтобы максимизировать частотную характеристику .
Пьезоэлектрический звукосниматель обеспечивает очень широкий диапазон частот на выходе по сравнению с магнитными типами и может выдавать сигналы большой амплитуды от струн. По этой причине буферный усилитель часто питается от относительно высоковольтных шин (около ±9 В), чтобы избежать искажений из-за клиппинга . Менее линейный предусилитель (например, усилитель с одним FET ) может быть предпочтительнее из-за более мягких характеристик клиппинга. [12] Такой усилитель начинает искажаться раньше, что делает искажение менее «жужжащим» и менее слышимым, чем более линейный, но менее прощающий операционный усилитель . [ необходима цитата ] Однако, по крайней мере, одно исследование [13] показывает, что большинство людей не могут отличить схемы FET и операционного усилителя при слепом прослушивании предусилителей электрических инструментов, что коррелирует с результатами формальных исследований других типов аудиоустройств. Иногда пьезоэлектрические звукосниматели используются в сочетании с магнитными типами, чтобы обеспечить более широкий диапазон доступных звуков.
О ранних звукоснимателях, использующих пьезоэлектрический эффект, см. фонограф .
Некоторые звукосниматели устанавливаются и используются аналогично пьезоэлектрическим звукоснимателям, но используют другую базовую технологию, например, электретную [14] или конденсаторную микрофонную технологию. [15]
В основном для преобразования звука в переменный ток используются четыре принципа, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы:
Система усиления с двумя преобразователями сочетает в себе качества обоих. Сочетание микрофона и пьезоэлектрического датчика обычно обеспечивает лучшее качество звука и меньшую чувствительность к обратной связи по сравнению с одиночными преобразователями. Однако это не всегда так. Менее часто используемая комбинация — пьезоэлектрический и магнитный датчик. Такая комбинация может хорошо работать для получения плотного звука с динамикой и экспрессией. Примерами усилителя с двойной системой являются Highlander iP-2, Verweij VAMP или LR Baggs dual source и D-TAR Multisource. [16]
Гексафонические звукосниматели (также называемые разделенными звукоснимателями и полифоническими звукоснимателями ) имеют отдельный выход для каждой струны ( Гексафонические звукосниматели предполагают шесть струн, как на гитаре). Это позволяет выполнять отдельную обработку и усиление для каждой струны. Это также позволяет преобразователю определять высоту тона, поступающую от отдельных струнных сигналов, для создания команд нот, как правило, в соответствии с протоколом MIDI (цифровой интерфейс музыкальных инструментов). Гексафонический звукосниматель и преобразователь обычно являются компонентами гитары /синтезатора .
Такие звукосниматели встречаются редко (по сравнению с обычными), и существует лишь несколько известных моделей, например, пьезоэлектрические звукосниматели на гитаре Moog . Гексафонические звукосниматели могут быть как магнитными, так и пьезоэлектрическими или основанными на конденсаторном принципе, как электронные звукосниматели.
Оптические датчики — это сравнительно недавняя разработка, которая работает, определяя прерывание светового луча вибрирующей струной. Источником света обычно является светодиод, а детектором — фотодиод или фототранзистор . [ 17] Эти датчики полностью устойчивы к магнитным или электрическим помехам, а также имеют очень широкую и плоскую частотную характеристику, в отличие от магнитных датчиков.
Гитары с оптическим звукоснимателем были впервые представлены Роном Хоагом на съезде NAMM в Чикаго в 1969 году. [18]
В 2000 году Кристофер Уиллкокс, основатель LightWave Systems, представил новую бета-технологию для оптической системы звукоснимателя, использующей инфракрасный свет. В мае 2001 года LightWave Systems выпустила свой звукосниматель второго поколения, названный «S2». [19]
Датчики могут быть активными или пассивными . Датчики, за исключением оптических типов, по своей сути являются пассивными преобразователями. «Пассивные» датчики обычно намотаны проволокой вокруг магнита и являются наиболее распространенным типом. Они могут генерировать электрический потенциал без необходимости внешнего питания, хотя их выход относительно низок, а гармонический состав выхода сильно зависит от обмотки.
«Активные» звукосниматели включают электронные схемы для изменения сигнала. Активные схемы способны фильтровать, ослаблять или усиливать сигнал от звукоснимателя. Главным недостатком активной системы является необходимость в источнике питания от батареи для работы схемы предусилителя . Батареи ограничивают конструкцию и функциональность схемы, в дополнение к тому, что они неудобны для музыканта. Схема может быть такой же простой, как один транзистор, или до нескольких операционных усилителей, сконфигурированных как активные фильтры, активный эквалайзер и другие функции формирования звука. Используемые операционные усилители должны иметь маломощную конструкцию для оптимизации срока службы батареи, ограничение конструкции, которое ограничивает динамический диапазон схемы. Активная схема может содержать аудиофильтры, которые уменьшают динамический диапазон и слегка искажают определенные диапазоны. Высокопроизводительные активные системы звукоснимателей также оказывают влияние на входную цепь усилителя.
Rickenbacker был первым производителем, выпустившим на рынок стереоинструменты (гитары и басы). Их фирменная схема "Ric-O-Sound" имеет два отдельных выходных гнезда, что позволяет музыканту направлять каждый звукосниматель на собственную аудиоцепь (устройство эффектов, усилитель, вход микшерного пульта).
Teisco выпустила гитару со стереоопцией. [20] Teisco разделила две секции на верхние три струны и нижние три струны для каждого отдельного выхода.
Гитара Gittler выпускалась ограниченным тиражом и имела шесть звукоснимателей, по одному на каждую струну.
Компания Gibson создала гитару HD.6X Pro, которая захватывает отдельный сигнал для каждой струны и отправляет его на встроенный аналого-цифровой преобразователь, а затем из гитары через кабель Ethernet .
