ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЗВУКОСНИМАТЕЛЬ С УПРАВЛЯЕМЫМ МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ
ELECTROMAGNET SOUND RECEIVER WITH CONTROLLED MAGNET FLOW

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в конструкции электромузыкальных инструментов, преобразующих механическую энергию колебания струн в электрические сигналы, например 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 (Л. Муравьева. 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 (сердечника), прикрепленных к разноименным полюсам постоянного магнита и отстоящих друг от друга на 3…4 мм, на которые намотаны изолированным проводом катушки индуктивности (сигнальные катушки), соединенные последовательно и подключенные на вход усилителя с параллельной отрицательной обратной связью (RU 2289857 С1, 2006.12.20).
Основным недостатком данной конструкции является невозможность изменения параметров магнитной системы, на которую установлены индуктивные датчики, поскольку величина и конфигурация магнитного потока определяется конструкцией устройства, типом постоянного магнита, а также неизменными геометрическими размерами.
Другим недостатком является незначительная высота магнитного потока, замыкающегося в воздушном промежутке между плоскими полюсными наконечниками, отстоящими друг от друга на расстоянии 3…4 мм в зоне расположения струн. Данное обстоятельство вызывает периодические потери потокосцепления между электромагнитным датчиком и струной во время интенсивных ее колебаний, что приводит к большим нелинейным искажениям.
Известное устройство имеет низкую скорость нарастания напряжения полезного сигнала, поскольку скорость намагничивания и перемагничивания массивных полюсных наконечников, на которых намотаны сигнальные катушки, 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.
Технической задачей изобретения является создание электромагнитного звукоснимателя с управляемым магнитным потоком, обладающего высокой достоверностью передачи полезного звукового сигнала в широком диапазоне частот, высокой помехозащищенностью и стабильностью рабочих характеристик.
Эта техническая задача достигается тем, что в электромагнитный звукосниматель с управляемым магнитным потоком, содержащий два плоских полюсных сердечника, прикрепленных перпендикулярно к разноименным полюсам постоянного магнита, на которые установлены сигнальные катушки, введены подмагничивающие катушки, подключенные последовательно к электрическому источнику подмагничивания, образуя при этом новую конструкцию, формирующую управляемое магнитное поле адаптера, обеспечивающего высокую достоверность передачи полезного сигнала в широком диапазоне частот.
Конструкция электромагнитного звукоснимателя с управляемым магнитным потоком и схема его подключения к электрическому источнику подмагничивания представлены на чертеже.
Электромагнитный звукосниматель с управляемым магнитным потоком содержит два плоских полюсных сердечника 5, 7, прикрепленных перпендикулярно к разноименным полюсам постоянного магнита 6, на которые установлены сигнальные катушки 1, 4 и подмагничивающие катушки 2, 3, подключенные к электрическому источнику подмагничивания 8, причем катушки расположены по схеме: подмагничивающая катушка 2 (3) внутри, сигнальная катушка 1 (4) снаружи или по схеме: одна над другой вдоль вертикальной оси полюсного сердечника 5 (7).
Описание работы устройства. Вариант 1
Электромагнитный звукосниматель с управляемым магнитным потоком состоит из постоянного магнита 6, двух плоских полюсных сердечников 5, 7, сигнальных катушек 1, 4, подмагничивающих катушек 2, 3 и электрического источника подмагничивания 8. Полюсные сердечники 5, 7 прикреплены перпендикулярно к разноименным полюсам постоянного магнита 6. На каждом из полюсных сердечников 5, 7 расположены подмагничивающие катушки 2, 3, на которые надеты сигнальные катушки 1, 4. Подмагничивающие катушки 2, 3 подключены последовательно к электрическому источнику подмагничивания 8, а с сигнальных катушек 1, 4 снимается переменное напряжение звуковой частоты (полезный сигнал). Толщина полюсных сердечников 5, 7 составляет 1,2-2,5 мм. Все катушки 1-4 намотаны медным изолированным проводом диаметром 0,047-0,15 мм.
Адаптер располагается в непосредственной близости от струн (не показано) музыкального инструмента, выполненных из ферромагнитного материала. Магнитный поток (показан стрелками), образованный в воздушном промежутке между сердечниками 5, 7, является результатом сложения двух составляющих: потока постоянного магнита 6 и потока, создаваемого подмагничивающими катушками 2, 3. Изменяя величину тока подмагничивания в катушках 2, 3 при помощи электрического источника 8, можно менять общий магнитный поток в зоне расположения струн, а также его конфигурацию. При колебаниях струны, находящейся в магнитном поле, в сигнальных катушках 1, 4 возникает переменное напряжение звуковой частоты, амплитуда которого и гармонический состав зависят от величины тока подмагничивания в катушках 2, 3. Такой режим позволяет оперативно менять «чистоту» и окраску звука, минимизируя нелинейные искажения на выходе устройства.
Конструкция звукоснимателя варианта 2 отличается от варианта 1 расположением сигнальных 1, 4 и подмагничивающих катушек 2, 3 на полюсных сердечниках 5, 7. В данном случае сигнальная катушка 1 (2) расположена над подмагничивающей катушкой 4 (3) вдоль вертикальной оси полюсного сердечника 5 (7).
В обоих вариантах сигнальные катушки 1, 4 могут соединяться последовательно, параллельно синфазно или противофазно. Приведенные схемы имеют низкий уровень шумов и внешних наводок.
Предлагаемая конструкция позволяет увеличить равномерность магнитного потока в воздушном промежутке между сердечниками 5, 7 за счет оптимального выбора тока подмагничивания в катушках 2, 3.
Электромагнитный звукосниматель с управляемым магнитным потоком обладает высокой достоверностью передачи полезного сигнала в широком диапазоне частот, высокой стабильностью рабочих характеристик, имеет широкий диапазон использования и высокую надежность.