Пикапы
Датчик представляет собой электроакустический преобразователь ( датчик ) , который преобразует механические колебания в твердых телах ( корпусный шум ) в электрическое напряжение (звук или звуковой сигнал ). Это отличает звукосниматель от преобразователей воздушного звука ( микрофон ) и преобразователей звука на основе жидкости ( гидрофон ).
Аудиосигнал обрабатывается с помощью звуковых технологий и / или становится слышимым, например, через аудиоусилитель с громкоговорителем .
Типичными примерами являются звукосниматели проигрывателей , которые улавливают колебания иглы, скользящей через канавку для записи , а также звукосниматели для таких струнных инструментов . Б. Электрогитары .
Механические предшественники
Как и в случае с механическими движениями иглы в фонографе или граммофоне , в соломенной скрипке механическая вибрация струны передается на мембрану, колебания воздуха усиливаются колоколом и, таким образом, слышны. Стилус представлял собой заостренную стальную иглу (реже деревянную или твердую резину).
Пикапы для рекордов
Датчик представляет собой сборку из проигрывателя , который смонтирован на тонарме и состоит из пера, держателя пера, датчика и корпуса. К концу держателя иглы прикреплен ограненный алмаз , редко сапфир или рубин . На валу упруго установленного держателя иглы колебания передаются на преобразователь через вилочную конструкцию. Это преобразует движение в электрическое напряжение . Иногда к корпусу держателя иглы прикрепляют так называемую следящую щетку, которая в первую очередь предназначена для удаления пыли и грязи перед сканирующей иглой.
С кристаллическим датчиком - с пьезоэлектрическим кристаллом в качестве датчика - и магнитного датчика - с системой магнитной катушки - The долгоиграющие запись была стало возможным, который был только эксплуатируется в 33⅓ мин -1 , и , таким образом , позволил значительно дольше , играя раза по сравнению с шеллак записи (78 мин -1 ). По сравнению с иглами граммофона, эти звукосниматели требовали значительно меньшего прижимного усилия, что соответственно увеличивало срок службы пластинки и иглы.
Чтобы иметь возможность сканировать два аудиоканала независимо для стереофонии , стереодатчик состоит из двух систем преобразователей на все еще одной игле, которые наклонены под углом 45 ° к вертикали и поперек канавки записи, так что они смещены от каждой из них. другое на 90 °. Это означает, что они ортогональны и достигают желаемой развязки.
С помощью весов подборщика можно установить правильную прижимную силу подборщика.
Электромагнитный преобразователь (ММ)
Электромагнитные звукосниматели - наиболее широко используемые звукосниматели для виниловых пластинок. Они относительно недороги в производстве, и в большинстве систем иглу можно заменить. В электромагнитном преобразователе типа Moving Iron (движущееся железо) небольшая часть железа перемещается вблизи катушек с железным сердечником. Магнитная цепь возбуждается постоянным магнитом. При изменении расстояния между металлическими частями в катушках создается изменение магнитного потока, что приводит к возникновению индукционного напряжения . Одним из вариантов является принцип переменного магнитного шунта, где железная деталь на конце держателя иглы в магните уменьшает поток через катушки, отклоняя магнитный поток.
Держатель иглы обычно несет на другом конце небольшой магнит, который перемещается между полюсными наконечниками катушек двух стереоканалов. Пикап с движущимися магнитами обозначается как « Движущийся магнит» (dt., «Движущийся магнит») или MM. Изменение магнитного потока в магнитной цепи связано с неоднородностью магнитного поля - чем оно больше, тем сильнее сигнал. Поэтому, в принципе, они вызывают нелинейные искажения и интермодуляцию при большом отклонении.
Электромагнитные датчики генерируют более высокие сигнальные напряжения, чем электродинамические системы, поскольку катушка может иметь большое количество витков из-за ее меньшей ограниченной массы.
Электромагнитные преобразователи требуют для воспроизведения предусилитель эквалайзера , который корректирует частотную характеристику записи ( деактивация , режущая характеристика ). Звукосниматель подключается к предусилителю эквалайзера, который обычно интегрируется в усилитель Hi-Fi, через вход фонокорректора . Вплоть до конца 1990-х годов усилители Hi-Fi в стандартной комплектации оснащались таким фонокорректором, входное сопротивление которого обычно составляет 47 кОм.
Электродинамический преобразователь (МК)
Электродинамический датчик с подвижной катушкой называется подвижной катушкой (dt., Moving coil), или сокращенно MC. В системе динамического сканирования катушки перемещаются в постоянном и максимально однородном поле постоянного магнита. Из-за индукции в катушках, когда они движутся, генерируется напряжение. Чтобы удерживать движущиеся массы, а точнее моменты инерции (сканирующая игла, держатель иглы, держатель катушки и катушки) как можно более низкими, катушки обычно имеют лишь небольшое количество витков. Слишком тонкий световой провод затрудняет работу и ненадежен. В результате напряжение сигнала в электродинамических сканерах очень низкое. На практике различают низкий выход (ниже 0,3 мВ), средний выход (около 1 мВ) и высокий выход (3 мВ и более). Индикация, основанная на скорости 5 см / с, является обычной, индикация представляет собой эффективное значение напряжения, основанное на пиковом значении скорости. Для систем MC требуется особо чувствительный предусилитель с очень низким уровнем шума (предусилитель) или согласующий трансформатор ( трансформатор ) перед предусилителем эквалайзера, который увеличивает напряжение в 30 или 10 раз (30 или 20 дБ). Системы линейного уровня иногда используются без специального усилителя. С точки зрения технологии измерения, системы можно моделировать с сопротивлением 3,2 Ом, 32 Ом или 150 или 316 Ом. (Для систем MM обычно 1 кОм.) Соответствующие входные сопротивления усилителей составляют от 20 до 1000 Ом, с трансформаторами обычно немного ниже.
Замена изношенного или поврежденного иглы на картриджи MC возможна только для специально разработанных типов, так как катушки должны быть надежно соединены с вибрирующим держателем иглы. Некоторые производители предлагают программы замены систем с изношенной иглой. Специализированные компании могут установить новую иглу на иглодержатель (перетяжка).
Пьезоэлектрический преобразователь
С помощью пьезоэлектрического датчика (датчика кристалла) пьезоэлектрические керамические полоски генерируют напряжение сигнала, когда они изгибаются сканирующей иглой. Сегнетовой соли , сегодня титаната бария / цирконатом, был использован в качестве материала пьезо . Пьезосканеры сначала доставляют электрический заряд, который преобразуется в пропорциональное ему напряжение усилителем заряда для хорошего воспроизведения глубины . Из-за необходимого изгиба керамических полос они довольно жесткие и требуют больших несущих усилий. На воспроизведение влияет естественный резонанс. Из-за этих свойств преобразователь этого типа сегодня используется только в очень недорогих устройствах.
Пьезоэлектрические преобразователи обычно не используют предусилитель эквалайзера, поскольку выходное напряжение определяется не скоростью, как в случае с электромагнитными датчиками, а отклонением. Это исправляет режущую характеристику (RIAA) в (очень) грубом приближении . Напряжение настолько велико, что усилителями можно управлять напрямую. Однако входное сопротивление должно быть высоким, что сегодня встречается почти только в «инструментальных» усилителях.
Отличия и другие процедуры
В то время как кварцевый датчик генерирует напряжение сигнала, пропорциональное отклонению канавки записи , с магнитным датчиком оно пропорционально скорости иглы. Таким образом, на низких частотах магнитные датчики генерируют слишком низкие уровни сигнала - пришлось бы производить разные записи для обоих датчиков, в результате чего для магнитного датчика пришлось бы обеспечить большую ширину дорожки из-за большего отклонения с соответствующим сокращение игрового времени. Благодаря регулировке частотной характеристики с помощью RIAA - характеристика, которая в эквалайзере предварительно компенсирует магнитные системы, адаптируется к записанному сигналу, так что записи можно сканировать как с кварцевыми, так и с магнитными датчиками.
Развитие звукоснимателя достигло пика в 1980-х годах после установления стандартов Hi-Fi , когда записи с квадрофона (четырехканальные) можно было сканировать с низким износом и с усилием отслеживания менее 10 мН и диапазоном частот от 20 Гц. до 30 кГц .
Чтобы улучшить качество звука за счет уменьшения шума, мокрые методы были также испытаны в дополнение к обычным сухим методам сканирования, в которых сканирующая игла перемещается в сканирующей жидкости. Здесь меньшее трение и улучшенное охлаждение приводят к меньшему износу пластины и иглы. Качество звука значительно улучшено. Однако этот метод имеет недостаток, заключающийся в том, что растворенные частицы слипаются в канавке после высыхания, и пластинки практически можно воспроизводить только во влажном состоянии или их нужно чистить, что требует много времени. Если, однако, использовать деминерализованную воду, а не изопропанол , она высыхает почти без остатка и больше не имеет недостатков (когда мокрая, всегда мокрая). Испытанный состав лидера рынка - этанол 40% и поверхностно-активная добавка . Критики процесса приписывают визжащие высокие частоты при воспроизведении всухую к износу в диапазоне высоких частот, что происходит из-за гашения самого быстрого движения иглы в жидкости. Это противоречит утверждению, что записи сохраняются при сканировании. Опыт показал, что сканирующие алмазы служат более чем в пять раз дольше, чем они высохнут при охлаждении, до тех пор, пока на них не появятся признаки износа.
В качестве альтернативы также были проведены технико-экономические исследования для бесконтактного сканирования с использованием лазера или инфракрасных диодов . Сканирование не изнашивается, но эти устройства гораздо более чувствительно, чем игольчатые сканеры, реагируют на пыль и мелкие царапины. В 1950-х и 1960-х годах на рынке присутствовали электростатические датчики, для которых требовались специальные устройства управления или предусилители , и оптическая реализация движения стрелки была аналогичной сложной (примерно в 1975 году).
При определенных бесконтактных оптических процессах возможно восстановление разрушенных (треснувших или сломанных) пластин. Поскольку эти методы очень дороги, они используются только для исторически ценных записей.
Звукосниматели для музыкальных инструментов
.jpg)
В музыкальных инструментах звукосниматели используются для преобразования вибрации тонального генератора ( струны , язычка ) инструмента в электрическое переменное напряжение, которое может подаваться на микшер или усилитель .
В основном это касается струнных инструментов, особенно гитар и электрических басов , но также и клавишных инструментов ( электропианино , органов Hammond ). С другой стороны, в случае с духовыми инструментами обычно записывают создаваемый по воздуху звук с помощью микрофонов .
В зависимости от того, как они работают, различают электромагнитные и пьезоэлектрические датчики.
Электромагнитные звукосниматели
Посредством электромагнитного звукоснимателя (англ. Pickup ) вибрация струны на электрогитаре , при этом бас-гитара или электромеханическое электрическое пианино в электрические сигналы ( преобразованное напряжение переменного тока ). В простейшем случае он состоит из постоянного магнита, вокруг которого намотана катушка . Движение струн (они должны быть сделаны из ферромагнитного материала) в магнитном поле изменяет его напряженность. Таким образом, переменное напряжение с частотой колебаний струны создается в катушке за счет электромагнитной индукции . Это напряжение составляет около 0,1 В , но это также зависит от толщины струны, ее направления и амплитуды колебаний: чем толще струна, тем выше индуцируемое ею напряжение. Колебания в направлении магнитного полюса приводят к более высокой индукции напряжения, чем колебания в сторону полюса. Сгенерированное таким образом напряжение затем подается на аудиоусилитель (возможно, обрабатывается устройствами эффектов) . Чтобы снизить чувствительность датчика к звуковым волнам ( микрофон ) и, следовательно, склонность к обратной связи, катушки часто закрепляют в парафине с добавлением 20% пчелиного воска.
В случае звукоснимателей для электрогитар и бас-гитар различают конструкции с одиночной катушкой (одиночная катушка) и хамбакер (двойная катушка), которые характеризуются двумя очень разными звуковыми характеристиками. Звукосниматели с одной катушкой часто (но не всегда) имеют более чистый, насыщенный обертонами звук, в то время как хамбакеры звучат более мягко и центрально-взвешенно. Кроме того, благодаря особому соединению двух катушек, хамбакеры обеспечивают лучшую защиту от помех, вызываемых, в частности, электромагнитным излучением от блоков питания. быть сгенерирован. Положение звукоснимателя также важно для звука. Возле бриджа создается жесткий и высокий звук, а звукосниматель возле грифа гитары обеспечивает более мягкий, более глубокий и тяжелый тон. Электрогитары и басы обычно оснащены двумя или тремя отдельными звукоснимателями, которые можно комбинировать для создания желаемого звука.
Звукосниматели для гитар различают
- пассивные , которые делают необработанный аудиосигнал доступным для дальнейшей обработки, и
- Активные звукосниматели: у них есть встроенный в инструмент электронный предусилитель, который обычно питается от небольшой батареи. Часто также есть регуляторы тембра и громкости.
В зависимости от типа звуковые характеристики могут сильно отличаться. Это в значительной степени основано на частотной характеристике передачи, которая в основном не является линейной, и в меньшей степени также на чувствительности (отношение выходного напряжения к скорости движения струны). Абсолютно прямая частотная характеристика (HiFi), которая была бы технически осуществима, обычно не ценится гитаристами, она, скорее всего, будет восприниматься как скучная.
В случае пассивных типов (которые гораздо более распространены, чем активные), АЧХ в первом приближении можно описать как фильтр нижних частот второго порядка с резонансным усилением. Индуктивность катушки вместе с емкостью параллельной нагрузки (внутренняя емкость обмотки плюс гитарный кабель) образуют колебательный контур, резонансная частота которого усиливается в большей или меньшей степени. В случае большинства имеющихся в продаже звукоснимателей это значение находится в диапазоне примерно от 2000 до 5000 Гц в сочетании со средними кабелями. В зависимости от местоположения результат - разное звуковое впечатление. Резонансную частоту можно установить ниже с помощью дополнительных внешних нагрузочных конденсаторов. Это приглушает громкие высокие частоты и делает звучание более теплым в средних частотах, что ценят многие гитаристы.
Для технических характеристик индуктивность является наиболее важной величиной, измеряемой в Генри . Большинство коммерчески доступных сортов находятся в диапазоне от 2 до 10 генри. Часто указываемое производителями сопротивление постоянному току в кОм практически ничего не говорит о звуковых характеристиках.
У хамбакеров, помимо частотной характеристики, есть также эффект подавления в результате сканирования в двух точках на струне. Создается характеристика «гребенчатого фильтра», разная для каждой строки. Тональный эффект для всех струн слабее, чем у одной и той же частотной характеристики.
Чувствительность - так сказать громкость - влияет на звук, когда усилитель работает в зоне перегрузки (зона «хруста»). Здесь «более громкие» звукосниматели производят более агрессивный звук с более богатыми обертонами, чем «более тихие», даже если частотные характеристики одинаковы. Чувствительность можно изменить, заменив магниты на другие. Так что z. B. Магниты Alnico5 обычно намного сильнее, чем магниты Alnico2; При том же количестве витков и той же геометрии катушки выходное напряжение соответственно выше, и усилитель продолжает работать с перегрузкой. Так возникают разные звуковые впечатления. Прямая привязка тембров к разным магнитным материалам, как часто утверждают технические непрофессионалы, на практике не работает.
С активными звукоснимателями частотная характеристика может быть спроектирована практически любым способом, соответствующим образом спроектировав встроенный предусилитель. Типы с «горной» частотной характеристикой, то есть с ослаблением низких и высоких частот и наиболее сильной передачей на средних частотах, z. B. в диапазоне от 500 до 700 Гц, что полезно для звучания хард-рока, где усилители сильно перегружены.
Пьезоэлектрические звукосниматели
Пьезоэлектрические звукосниматели изготовлены из пьезокерамики : механическое давление или структурный звук от звукового корпуса создает электрическое напряжение.
Поскольку магнитный эффект отсутствует, пьезоэлектрические звукосниматели работают со струнными инструментами со всеми типами струн, включая нейлоновые или струнные.
Пьезо-звукосниматели подходят для использования на всех акустических инструментах, с которыми резонирует корпус. Они используются на акустических гитарах (западные гитары, концертные гитары), контрабасах и других щипковых инструментах, таких как мандолины . Скрипки и электрические скрипки также преимущественно используют этих клиентов. Некоторые электрогитары используют пьезоэлектрические преобразователи для улавливания звука, похожего на звук акустической гитары, вместо магнитного звукоснимателя. Они полезны для музыкальных произведений, в которых чередуются акустические и другие пассажи - музыканту не нужно менять гитару, ему нужно всего лишь нажать на переключатель, чтобы сменить звукосниматель.
Обычно звукосниматель встраивается в бридж или зажимается между бриджем и корпусом. Затем он напрямую получает разность давлений. Если он приклеен к корпусу инструмента, он работает как микрофон для корпусного звука: вибрация струны, которая передается на верхушку через мост, преобразуется звукоснимателем из колебаний давления в переменное напряжение. из-за своей инерции. Важно не только иметь место, из которого потребителю передается как можно больше вибраций, но и желаемый характер звука, который может сильно отличаться в разных точках.
Поскольку пьезоэлектрические звукосниматели имеют высокое выходное сопротивление , система почти всегда включает в себя предусилитель с батарейным питанием, который встроен в инструмент и обычно имеет регулятор громкости и простой регулятор тембра .
Поскольку чувствительные звукосниматели, каждый из которых записан из звука, передаваемого телом, преобразует (стук, царапанье, фоновый шум) в сигналы, мешающие могут иметь обратную связь (также обратную связь ), возникающую при приеме таких звуковых сигналов звукоснимателя динамика. Для борьбы с этим эффектом многие предусилители оснащены режекторными фильтрами или переключателями фазы, которые позволяют минимизировать раздражающий фоновый шум.
Пьезо-звукосниматели также используются в тюнерах . Звуки музыкального инструмента записываются в точке вибрации и измеряются устройством. Звукосниматель обычно выполнен в виде зажима. Этот зажим можно надежно прикрепить к тюнеру, но он также доступен как отдельная деталь.
MIDI звукосниматель
MIDI-звукосниматели улавливают колебания струн отдельных струн гитары или другого инструмента. Здесь используется либо пьезоэлектрический, либо электромагнитный датчик колебаний струны. Вибрации, преобразованные в электрические сигналы, оцифровываются дополнительным электронным блоком ( аналого- цифровым преобразователем ) и преобразуются в MIDI- сигналы микропроцессором (см. Гитарный синтезатор ).
Ранние системы анализировали временной интервал между нулевыми пересечениями колебаний струны. Однако это привело к значительным задержкам в сигнале MIDI, особенно на низких частотах. Современные системы используют характерную атаку струны для частотного анализа. При использовании этого метода задержки находятся в диапазоне от 1 до 5 мс, что является едва заметной задержкой.
Другое использование
Звукосниматели также включают в себя лазерный микрофон , который является популярным с секретными службами, а также микрофон гортани и кость микрофон проводимости , используемый для связи в шумном окружении . Все эти преобразователи используют структурный звук для передачи голоса.
Особым случаем датчика является геофон - прибор для обнаружения механических колебаний земли.
литература
- Хельмут Лемм: звукосниматели, Potis & Co. - Внутреннее устройство электрогитары и баса. PPVMEDIEN, Бергкирхен 2018, ISBN 978-3-95512-121-1 .
- Хельмут Лемм: Электрогитары - технология и звук. Elektor-Verlag, Аахен 2003, ISBN 3-89576-111-7
- Бернхард Вальтер Панек: Системы звукоснимателей для струнных инструментов: обзоры акустических и электрических гитар, электрических бас-гитар, электромагнитных, электродинамических, гексафонных и пьезо-звукоснимателей, микрофонных звукоснимателей. Facultas University Press, Вена ISBN 978-3-7089-0323-1
- Кэти ван Эк: Между воздухом и электричеством. Микрофоны и громкоговорители как музыкальные инструменты. Bloomsbury Academic, Нью-Йорк, 2017. ISBN 978-1-5013-2760-5