Как звукосниматели для гитары различаются между собой

 Исследование картины поля сердечников звукоснимателя.


Для данного исследования необходимо было ознакомиться с основными принципами аналогового электромоделирования.

 

Поля, которые описываются одинаковыми математическими уравнениями, называются математически аналогичными. Примерами таких полей могут служить электростатическое поле в диэлектриках при отсутствии зарядов, магнитное поле постоянного тока в магнетиках при отсутствии токов и поле постоянного тока в проводящей среде при отсутствии источников ЭДС.

 

Все эти три типа полей потенциальны и описываются одним и тем же дифференциальным уравнением Лапласа. Естественно, что если на границах исследуемой области граничные условия для всех полей совпадают, то решения уравнения Лапласа в данной области будет одинаковым для всех полей. На этом основан метод электромоделирования.

 

Очень распространёнными и удобными являются модели из жидких проводников - электролитические ванны. На таких моделях получают экспериментальное решение уравнения Лапласа для поля постоянного тока в проводящей среде.

 

Такой метод моделирования называется методом электролитической ванны и применяется для исследования плоскопараллельных и плоскомеридианных (аксиально-симметричных) полей.

 

Электролитическая ванна представляет собой плоский сосуд из изолирующего материала, наполненного проводящей жидкостью – водой. Исследуемые модели представляет собой пластелиновые цилиндры различной формы, на гранях которого находятся латунные электроды. Макеты наполовину погружались в воду. Данные модели имеют большие размеры по сравнению с натурой, но соблюдается геометрическое подобие геометрических размеров. Значения потенциалов на электродах могут быть взяты произвольно, но в нашем случае к одному электроду подведён потенциал 10 В, а к другому – 0 В. Исследуемые макеты представлены на рис. 3.

 

Так как электроды ограничены сверху и снизу средами (воздух, диэлектрик, из которого сделана ванна), удельные проводимости которых значительно меньше удельной проводимости воды, ток, стекающий с электродов, зеркально изображается на границах раздела с сохранением знака и величины. Схема лабораторной установки представлена на рисунке.

 

Чтобы избежать поляризации электродов, на них подают переменное напряжение низкой частоты (60 Гц).

Если известна картина электростатического поля, то из неё легко можно получить картину магнитного поля:

 

1. согласно принципу соответствия электрических и магнитных полей, при одинаковом распределении токов и зарядов линии равного потенциала в электростатическом поле становятся силовыми линиями в магнитном поле и, наоборот, силовые линии в электростатическом поле становятся линиями равного потенциала в магнитном поле;

2. в магнитном поле не происходит смещения осей токов, аналогичного смещению осей зарядов в электростатическом поле;

3. силовые линии должны быть непрерывны, начинаться и заканчиваться на электродах;

4. силовые линии должны быть перпендикулярны поверхностям равного потенциала.

 

Таким образом, исследуется картина электрического поля с соотношениями:

 

 

                                                      

                    (соотн1)

 

Уравнения для магнитного поля:

 

 

                                                                           (соотн2)

 

Электрическое и магнитное поле аналогичны, поскольку описываются аналогичными уравнениями ((соотн1), (соотн2)). Поэтому, проводя анализ электрического поля, можем делать выводы для магнитного.

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.   Схема лабораторной установки: 1- электролитическая ванна из диэлектрика, 2 – вода, 3 – исследуемый макет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               
   

 
   

а

 
     

б

 
 

в

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.   Исследуемые макеты (вид сбоку): а – цилиндрической формы; б – цилиндрической формы с остриём; цилиндрической формы с вогнутой гранью.

 

 

Экспериментально снятые картины полей исследуемых макетов представлены на рис. 4 – 6. На данных рисунках хорошо видно, как сильно зависит картина поля от формы наконечника сердечника. Наиболее равномерное поле имеет макет цилиндрической формы (рис. 3, 5; рис. 4). Достаточно равномерную картину поля имеет макет цилиндрической формы с вогнутой гранью (рис. 3, в; рис. 6), но уже наблюдается большая концентрация плотности потока возле вогнутой грани и довольно резкое его падение при удалении от исследуемого электрода. Наибольшая неравномерность плотности потока наблюдается на рис. 5. На данном рисунке представлена картина поля макета, изображённого на рис. 3,б. У испытуемого образца наблюдается наибольшая (по сравнению с другими макетами) концентрация силовых линий возле исследуемой грани и резкое падение плотности потока при удалении от данной поверхности.

 

Большая неравномерность распределения плотности потока ведёт к возникновению нелинейных искажений наводимой ЭДС и, как следствие, к изменению спектра сигнала (см. 2.2.2.). В отдельных случаях при достаточно большой величине искажений могут прослушиваться неприятные на слух эффекты. При оптимальной равномерности силовых линий магнитного поля (рис. 4) достигается больший динамический диапазон выходного сигнала, что может положительно сказываться на игровых моментах, в особенности при солирующих партиях. В меру неравномерное поле (рис. 6) может обеспечивать мягкую компрессию сигнала. Такой эффект, напротив, может быть хорош при ритмических аккомпанирующих партиях. Поскольку на одной электрогитаре может быть установлено более одного звукоснимателя, то размеры сердечников данных звукоснимателей на одном инструменте могут быть различными. Таким образом, можно конструировать более универсальные электрогитары, которые могут использоваться и как ритм - гитары и как солирующие. Используя коммутацию между звукоснимателями, можно добиваться нужного тембра звучания.

 

На рис. 5 изображена картина поля сердечника с остриём. Данная неравномерность плотности магнитного потока не является положительной: при удалении от сердечника, с одной стороны, будет наблюдаться компрессия, но в то же время будет малой и амплитуда выходного сигналя, что пагубно скажется на отношении сигнал – шум; на близком расстоянии от наконечника наблюдается большая плотность потока. Последнее обстоятельство отрицательно скажется на наводимой ЭДС: отрицательная полуволна сигнала (рис. с ЭДС) будет по абсолютной величине больше положительной, возможны искажения её формы, и как следствие всего вышесказанного – большие нелинейные искажения. Помимо этого, высокая концентрация плотности магнитного потока будет сказываться на длительности звучания струны, поскольку струна, находясь в непосредственной близости от острого наконечника сердечника, будет к нему притягиваться. Следовательно, колебания струн будут сильнее затухать вследствие притяжения.

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Картина поля макета цилиндрической формы.

 

 

 

 
   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Картина поля макета цилиндрической формы с остриём.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6. Картина поля макета цилиндрической формы с вогнутой гранью.