Активный электромагнитный звукосниматель с обратной связью

Автор: Тышкевич Е.В. (Патент RU 2369916)

Звукосниматель может быть использован в различных конструкциях электромузыкальных инструментов, преобразующих механическую энергию колебаний струн в электрические сигналы, например, электрогитарах, электроскрипках, электророялях и т.д.

Широко известны электромагнитные звукосниматели, устанавливаемые на электрогитарах, в конструкции которых используется одна катушка, один или несколько магнитов, создающих магнитное поле вблизи струн, которые в процессе механических колебаний образуют переменную составляющую магнитного потока, индуцирующую в неподвижных катушках ЭДС звуковой частоты. Недостатками данных устройств являются слабый сигнал на выводах адаптеров и высокая чувствительность к различного рода внешним наводкам, например, от питающей сети, флуоресцентных ламп и других источников излучения.

Другая известная конструкция включает в себя два плоских полюсных наконечника (сердечника), прикрепленных к разноименным полюсам постоянного магнита, и отстоящих друг от друга на некотором расстоянии, на которые намотаны изолированным проводом катушки индуктивности (сигнальные катушки), соединенные последовательно и подключенные на вход активного усилителя. Несмотря на широкую популярность, в данной конструкции отсутствует возможность изменять параметры магнитной системы, на которую установлены индуктивные датчики, поскольку величина магнитного потока определяется конструкцией самого устройства, типом постоянных магнитов, а также неизменными геометрическими размерами.

Конструкция и функциональная схема активного электромагнитного звукоснимателя с обратной связью.

На рисунке представлена функциональная схема активного электромагнитного звукоснимателя с обратной связью, выполненная на транзисторе.

Активный электромагнитный звукосниматель состоит из двух плоских полюсных сердечников 5 и 7, прикрепленных перпендикулярно к разноименным полюсам постоянного магнита 6, на которые установлены первая 1, вторая 2, третья 3 и четвертая 4 сигнальные катушки, источника питания 8, цепи смещения 9 и транзистора 10. Катушки 1 и 2 установлены на сердечнике 5, катушки 3 и 4 – на сердечнике 7.

Описание работы активного электромагнитного звукоснимателя с обратной связью.

Сигнальные катушки 1 и 2 соединены соответственно с катушками 3 и 4, образуя последовательные цепи. Плюсовой вывод источника питания 8 подключен к верхнему входу цепи смещения 9 и свободному выводу катушки 2. Минусовой вывод источника питания 9 соединен с нижним входом цепи смещения 9 и свободным выводом третьей катушки 3. Выход цепи смещения 9 соединен с базой транзистора 10. Коллектор транзистора 10 подключен к свободному выводу четвертой сигнальной катушки 4, а эмиттер соединен со свободным выводом первой сигнальной катушки 1. Приведенная схема позволяет эффективно подавлять внешние наводки от питающей сети, флуоресцентных ламп и других источников излучения. Электрический полезный сигнал снимается с вывода 11, подключенного к коллектору транзистора 10.

Толщина полюсных сердечников 5 и 7 составляет 1,2…3мм, высота постоянного магнита 6 соответствует 3…5мм, расстояние между полюсами – 3…15мм. Сигнальные катушки 1, 2, 3, 4 намотаны медным изолированным проводом диаметром 0,047…0,1мм. Вместо транзистора можно использовать операционный или дифференциальный усилители.

Адаптер располагается в непосредственной близости от струн музыкального инструмента, выполненных из ферромагнитного материала. Магнитный поток (на рисунке средняя линия магнитного потока показана стрелкой), образованный в воздушном промежутке между сердечниками 5 и 7, является результатом сложения двух составляющих: потока постоянного магнита 4 и потока, создаваемого током подмагничивания, проходящим от источника питания 6 через открытый транзистор 10 и последовательно включенные катушки 1, 2, 3, 4. Величина тока подмагничивания в катушках 1, 2, 3, 4 изменяется с помощью цепи смещения 9, управляющей базовым током транзистора 10, при этом меняется суммарный магнитный поток в зоне расположения струн, а также его конфигурация в воздушном пространстве.

Транзисторный усилитель устройства выполнен по схеме с общей базой, поэтому ток подмагничивания в катушках 2 и 4, расположенных в коллекторной цепи, практически мало отличается от тока катушек 1 и 3 эмиттерной цепи. Помимо задатчика тока подмагничивания транзистор 10 выполняет функции электронного усилителя полезного сигнала. При колебаниях струны, находящейся в магнитном поле адаптера, в катушках 1, 2, 3, 4 возникает переменное напряжение звуковой частоты, которое усиливается транзистором 10, выделяя полезный сигнал в коллекторной цепи на выводе 11.

Достоинства активного электромагнитного звукоснимателя с обратной связью.

Предлагаемая конструкция позволяет улучшить равномерность магнитного потока в воздушном промежутке между сердечниками 5 и 7 за счет оптимального выбора тока подмагничивания в катушках 1, 2, 3, 4.

Благодаря отрицательной обратной связи между ЭДС катушек и током подмагничивания, возникающей в результате модуляции магнитного потока полезным сигналом, приведенная схема позволяет существенно снизить нелинейные искажения напряжения звуковой частоты на выходе устройства, а также выровнять амплитудно-частотную характеристику.

Изменение величины тока подмагничивания позволяет менять «чистоту» и окраску звука электромагнитного звукоснимателя.

Если отрицательную обратную связь превратить в положительную, изменив коммутацию сигнальных катушек, то получиться обратный эффект – искажения на любой вкус.

Схема имеет огромное количество вариаций!

Активный электромагнитный звукосниматель обладает высокой достоверностью передачи полезного сигнала (или наоборот) в широком диапазоне частот, высокой стабильностью рабочих характеристик, имеет широкий диапазон использования и высокую надежность.