ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЗВУКОСНИМАТЕЛЬ
ELECTROMAGNET PICKUP

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в конструкции электромузыкальных инструментов, преобразующих механические колебания струн в электрические сигналы, в частности для установки на электрогитарах, электроскрипках, электророялях и т.д.
Известны электромагнитные звукосниматели (адаптеры), устанавливаемые на электрогитарах, в которых используется одна катушка (single coil), один или несколько магнитов, создающих магнитное поле вблизи струн, которые в процессе механических колебаний образуют переменную составляющую магнитного потока, индуцирующую в неподвижной катушке ЭДС звуковой частоты (Муравьева Л. Звукосниматели, "Звукорежиссер", 2003 г., №2).
Недостатками данных устройств являются слабый сигнал на выводах катушки и высокая чувствительность к различного рода внешним наводкам, например, от питающей сети, флуоресцентных ламп и т.д.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является электромагнитный звукосниматель для электрогитары и других струнных музыкальных инструментов, включающий два плоских полюсных наконечника, прикрепленных к разноименным полюсам постоянного магнита и отстоящих друг от друга на 3-4 мм, на которые намотаны изолированным проводом катушки индуктивности, соединенные последовательно и подключенные на вход усилителя с параллельной отрицательной обратной связью, усиливающего ток короткого замыкания (RU 2289857 С1, 2006.12.20).
Основными недостатками данной конструкции является высокое внутреннее сопротивление электромагнитного датчика и высокая собственная емкость, поскольку катушки индуктивности обладают значительными габаритами и имеют сильно вытянутую форму, охватывающую все струны гитары. Снизить внутреннее сопротивление датчика можно путем увеличения диаметра намоточного провода или уменьшения числа витков катушек, что приведет к уменьшению ЭДС, вырабатываемой звукоснимателем.
Другим недостатком известного устройства является низкая скорость нарастания напряжения полезного сигнала. Скорость намагничивания и перемагничивания массивных полюсных наконечников (сердечников), изготовленных из магнитомягкого железа, на которых намотаны катушки индуктивности, существенно сказывается на динамике возникающего в катушке переменного напряжения. То есть влияние массивного сердечника начинает проявляться уже на частотах 1500…2000 Гц, при этом возникают динамические и частотные искажения полезного сигнала.
Использование высокоомного, инерционного, электромагнитного датчика в режиме короткого замыкания весьма неэффективно, поскольку в этом случае коэффициент передачи мощности в нагрузку может снизиться в 1,2…1,3 раза.
Технической задачей изобретения является создание электромагнитного звукоснимателя, обладающего высокой достоверностью передачи полезного звукового сигнала в широком диапазоне частот, высокой помехозащищенностью, высокой стабильностью рабочих характеристик и простотой в изготовлении.
Эта техническая задача достигается тем, что электромагнитный звукосниматель, содержащий постоянные магниты, магнитомягкие сердечники и катушки индуктивности, образует новую конструкцию, формирующую магнитное поле адаптера, подключенную к электронному аналоговому сумматору, обеспечивающему оптимальное согласование и развязку электромагнитных датчиков.
Конструкция электромагнитного звукоснимателя и схема подключения адаптера для шестиструнной гитары к электронному аналоговому сумматору представлены на чертеже.
Электромагнитный звукосниматель содержит первый плоский магнитомягкий сердечник 1 прямоугольной формы, перпендикулярно закрепленный на втором плоском прямоугольном магнитомягком сердечнике 3 в средней его части вдоль всей поверхности, по краям которого перпендикулярно на одном и том же расстоянии от первого сердечника 1 с обеих сторон установлены цилиндрические постоянные магниты 4, на которых размещены катушки индуктивности 2, подключенные к электронному аналоговому сумматору 6.
Описание работы устройства.
Электромагнитный звукосниматель состоит из первого плоского магнитомягкого сердечника 1 (магнитопровода) прямоугольной формы, второго плоского прямоугольного магнитомягкого сердечника 3, цилиндрических постоянных магнитов 4, катушек индуктивности 2 и электронного аналогового сумматора 6. Сердечник 1 закреплен перпендикулярно на сердечнике 3 вдоль оси симметрии, по краям которого с обеих сторон от магнитопровода 1 на одинаковом от него расстоянии установлены постоянные магниты 4 перпендикулярно плоскости сердечника 3. Магниты 4 располагаются одним полюсом к магнитопроводу 3, другим наружу. Расстояние между центрами соседних магнитов 4 вдоль сердечника 3 соответствует расстоянию между центрами струн музыкального инструмента. Высота каждого магнита 4 равна высоте магнитопровода 1 и может принимать значения от 5 мм до 20 мм. Толщина плоских сердечников 1,3 составляет 1,2…2,5 мм. На каждом магните 4 установлена катушка индуктивности 2, намотанная медным изолированным проводом диаметром 0,047…0,15 мм.
Адаптер располагается в непосредственной близости от струн (на чертеже не показано) музыкального инструмента, выполненных из ферромагнитного материала. Магнитный поток (на чертеже показан стрелками), создаваемый отдельным постоянным магнитом 4, проходит через сердечники 1, 3 и замыкается в воздушном промежутке между полюсом магнита 4 и магнитопроводом 1 в зоне расположения струны. Каждая струна пересекает магнитные поля двух магнитов 4, расположенных с обеих сторон от сердечника 1, в средней их части. При колебаниях струны, находящейся в магнитном поле, в катушке 2 возникает переменное напряжение звуковой частоты. Полученные напряжения с катушек индуктивности 2 поступают на входы электронного аналогового сумматора 6, на выходе которого формируется полезный сигнал. Аналоговый сумматор 6 обеспечивает полную электрическую развязку и оптимальное согласование нагрузочных характеристик катушек 2. Такой режим предотвращает взаимовлияние индуктивных датчиков, минимизируя нелинейные искажения на выходе устройства.
Катушки 2 от каждой струны могут подключаться индивидуально: каждая к отдельному входу сумматора 6, или попарно, используя последовательную схему. На чертеже показана схема подключения адаптера для шестиструнной гитары 5 к электронному аналоговому сумматору 6, в которой применяется последовательное соединение катушек 2. Приведенная схема имеет низкий уровень шумов и защищена от внешних наводок.
Предлагаемая конструкция позволяет значительно уменьшить длину средней силовой линии магнитного потока в воздушном промежутке между полюсом магнита 4 и магнитопроводом 1, там, где происходят механические колебания струны, поскольку промежуток между магнитом 4 и сердечником 1 ограничивается только высотой намотки катушки 2 и составляет 2…4 мм. Это позволяет расширить частотный диапазон датчика и одновременно увеличить напряжение выходного сигнала.
К достоинствам предлагаемого устройства следует отнести высокую развязку магнитных потоков, пронизывающих витки катушек индуктивности 2. Каждая катушка 2 работает в поле постоянного магнита 4, на котором она установлена, поскольку сердечник 1 экранирует магнитный поток противостоящей катушки 2 и наоборот. Данное обстоятельство благоприятно сказывается на «чистоте» звучания адаптера.
Электромагнитный звукосниматель обладает высокой достоверностью передачи полезного сигнала в широком диапазоне частот, прост в изготовлении, обладает высокой стабильностью рабочих характеристик, имеет широкий диапазон использования, низкий уровень шумов и высокую надежность.