Звукосниматели
Людмила Муравьева
Человек всегда хотел, чтобы его услышали, а уж музыкант и подавно. Во времена, когда не было электричества, громкость звучания музыкального инструмента определялась только самим инструментом. Но прогресс не стоит на месте. Как только появилась возможность сделать звучание более громким, она была тут же использована.
Влияние желаний творческого человека на ход инженерной мысли хорошо иллюстрирует элементарный пример - вокалист обычного ансамбля. После того, как стало возможным, что все остальные музыканты (кроме, пожалуй, барабанщика и клавишника) могут без стеснения двигаться по сцене, был изобретен радиомикрофон, чтобы вокалисту не было обидно. Но этого ему показалось мало! Поэтому появился головной радиомикрофон - руки должны быть свободными, ведь какой же современный вокалист без акробатических упражнений!
Вначале для подзвучки инструментов применялись обычные микрофоны, они и сейчас очень широко используются, но только в студиях звукозаписи. При "живых" же выступлениях такой способ усиления сигнала не удобен, во-первых, из-за того, что микрофоны стесняют движения музыканта, а во-вторых, они в большой степени подвержены возникновению обратной связи.
Обзор этого номера журнала посвящен устройствам, преобразующим сигнал, создаваемый музыкальными инструментами, в электрический, - датчикам (или звукоснимателям).
Очень часто происходит путаница в терминологии. Ведь датчики выполняют ту же функцию, что и микрофоны. Но звукосниматели отличаются от микрофонов тем, что микрофоны преобразуют в электрические колебания акустический сигнал (колебания воздуха), то есть в микрофонах воздействующим фактором на преобразовательный элемент является звуковое давление, а в датчиках - конструктивные части самих музыкальных инструментов, например, струны или даже корпус инструмента.
После изобретения датчиков появились инструменты, не имеющие резонансного корпуса и могущие звучать только со звукоснимателями: электро- и бас-гитара, электроскрипка и т.д.
По принципу действия звукосниматели (pickups) делятся на электромагнитные, пьезоэлектрические и контактные.
Электромагнитные звукосниматели
В электромагнитных датчиках под воздействием части музыкального инструмента (струны электрогитары или металлического стерженька клавинета или электропиано) меняется магнитное поле. Влияние переменной составляющей магнитного поля приводит к появлению ЭДС в расположенной в магнитном поле неподвижной катушки (или катушках) и, следовательно, тока. Эффективность электромагнитного преобразователя определяется его конструкцией, количеством витков в катушках, материалом, из которого изготовлены магниты и катушки, а также их формой.
В гитарных звукоснимателях величина ЭДС зависит также от расстояния между датчиком и струной, поэтому сигналы от разных струн (которые, к тому же, отличаются и материалом, и толщиной) тоже будут разными. Поэтому во многих моделях звукоснимателей есть возможность регулирования этого расстояния - изменением высоты сердечника с помощью обычной отвертки.
Типы гитарных звукоснимателей
"Сингл" (single coil) представляет собой гитарный звукосниматель, в котором используется одна катушка. Магнитов, создающих магнитное поле, может быть как один, так и несколько. Синглы отличаются слабым сигналом. Другим недостатком сингла является то, что катушка очень хорошо улавливает электромагнитное излучение, то есть чувствительна к различного рода наводкам (и сетевые 50 Гц, и неприятные шумы от флюорисцентных ламп, и т.д.).
Несмотря на эти минусы, звучание такого датчика стало почти легендарным из-за того, что он первым появился на свет. И теперь многие производители выпускают звукосниматели с "сингловым" звучанием.
Для борьбы с недостатками синглов в 1955 году инженер компании Gibson Сет Ловер (Seth Lover) изобрел новый тип звукоснимателя - "хамбакер" (humbucker). Слово "humbucking" означает "подавление фона (от сети) переменного тока". Новые звукосниматели должны были выполнять именно эту функцию, но впоследствии слово "хамбакер" стало более широким термином, обозначающим определенный тип звукоснимателя.
В хамбакере используются две катушки, а также или два магнита (и больше), или один магнит с полюсными наконечниками. Хамбакеры бывают разных видов:
- хамбакер типа side-by-side single coil, несмотря на название, содержит две катушки, просто эти катушки гораздо меньше, чем используемые в синглах, и ширина такого хамбакера равна ширине обычного сингла;
- стандартный хамбакер, в котором катушки (нормального размера) также расположены рядом (side by side), но ширина звукоснимателей этого типа составляет уже примерно две ширины сингла;
- разделенный (split) хамбакер состоит из двух катушек, каждая из которых снимает сигнал с трех (или двух в бас-гитаре) струн (нижних или верхних). Эти катушки могут быть расположены как в одном корпусе, так и в двух независимых (на фото справа). Обычно разделенные датчики располагаются на разном расстоянии от нижнего порожка гитары;
- двухъярусный (stacked) хамбакер (размером с сингл), в котором катушки расположены одна под другой.
Принцип действия хамбакера сос-тоит в следующем. Катушки намотаны встречно, поэтому токи в них текут в противоположном направлении друг относительно друга. Но так как и полярность магнитов специально перевернута, то в итоге эти токи протекают в одном направлении. А вот помехи, наводимые в обмотках внешними электромагнитными полями, не зависят от направленности магнитного поля. На них влияет только направление намотки катушек, и поэтому они находятся в противофазе и при сложении сигнала взаимоуничтожаются, в то время как полезный сигнал (получаемый под воздействием вибрации струн), наоборот, усиливается.
В настоящее время выпускается большое количество хамбакеров с четырехпроводным кабелем для того, чтобы можно было самостоятельно осуществить распайку электрической схемы соединения катушек. Дело в том, что от этого сильно зависит звучание гитары. Пробуя тот или иной способ распайки, музыкант подбирает нужный ему звук.
Обычно на гитару ставится несколько (от одного до трех) звукоснимателей, их сочетания довольно разнообразны. С помощью специального переключателя можно выбирать те датчики, которые работают в данный момент.
В зависимости от месторасположения звукоснимателя он может называться neck (у грифа), middle (посередине) или bridge (у нижнего порожка или подставки). Производители рекомендуют некоторые свои модели использовать в той или иной позиции. Иногда же один и тот же звукосниматель выпускается в двух вариантах и носит соответствующее название - Neck или Bridge.
Пьезоэлектрические звукосниматели
В звукоснимателях этого типа применяется пьезоэлектрический эффект - при изменении размеров (сжатии или растяжении) вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, возникает его поляризация, и в цепи появляется ток. Такие датчики можно использовать не только с механическими, но и с нейлоновыми струнами.
Они в основном применяются в акустических инструментах: акустической гитаре и других струнных щипковых, а также в струнных смычковых. Обычно эти звукосниматели устанавливают либо под нижний порожек (в этом месте происходит передача колебаний от струн деке, поэтому здесь они наиболее сильные), либо внутри подставки, либо крепят к самой деке.
Самый распространенный пьезоэлектрический звукосниматель имеет вид тонкого брусочка из твердого материала с расположенными на нем несколькими пьезоэлементами (их количество равно количеству струн), либо с одной цельной полоской, изготовленной из вещества с пьезоэлектрическими свойствами. Этот брусочек как раз и устанавливается под нижний порожек.
Второй вид звукоснимателя представляет собой тонкий диск с наклеенным на нем пьезоэлементом. Этот диск крепится к деке, которая колеблется под воздействием струн. При колебаниях деки происходит изгиб материала, из которого она изготовлена, вместе с ним изгибается и пьезоэлемент, что приводит к его деформации, которая и служит причиной возникновения поляризации.
Контактные звукосниматели
Контактные датчики так же, как и пьезоэлектрические, "работают" с механическими колебаниями деки или подставки, но в них используются другие типы преобразования - электродинамический и электростатический. И в том, и в другом случаях подвижный элемент датчика находится в непосредственном контакте с вибрирующей частью музыкального инструмента. В электродинамическом звукоснимателе движется катушка в неподвижном магнитном поле (таким образом наводится ЭДС), а в электростатическом - диафрагма, являющаяся обкладкой конденсатора, при изменении расстояния между обкладками конденсатора меняется его сопротивление, а, следовательно, и напряжение на его обкладках.
Есть еще особый вид датчиков - MIDI-датчики. Они используются в составе специальных гитарных MIDI-конвертеров, преобразующих вибрации струн гитары в MIDI-сообщения. Так как важны сигналы, поступающие от каждой из струн в отдельности, то должны использоваться и специальные датчики, обеспечивающие очень высокую точность съема звука. Принцип действия таких звукоснимателей остается тем же, что и в обычных: либо электромагнитный, либо пьезоэлектрический.
Сигналы от разных струн ни в коем случае не должны смешиваться, иначе в преобразователе произойдет полная неразбериха. В непосредственно звукоснимателе преобразование в MIDI-сигналы не происходит, это осуществляется в конвертере, который обычно также крепится на гитаре. Иногда этот конвертер имеет линейный вход для подключения сигнала с обыкновенного звукоснимателя, также установленного на инструменте.
Разработчики датчиков ищут все новые и новые способы съема звука, причем с разными целями - либо добиваясь натуральности звучания музыкального инструмента, либо стремясь получить "тот самый", легендарный звук. Посмотрим, к чему же приведут эти поиски…
Автор выражает благодарность Андрею Михайлову за помощь в подготовке материала.
[дальше]
«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
