Использование магнитов в музыкальных инструментах.

Уважаемые клиенты, продолжаем отвечать на ваши любимы вопросы. Для чего необходимы магниты? Или где используют магниты? Для чего необходимы магниты, кроме как для магнитиков на холодильник?! Мы нашли еще одно практическое применение магнитов. Магниты в музыкальных инструментах, в частности для электрогитары.

Звучание электрогитары зависит от многих факторов, при этом звукосниматели играют в звукообразовании одну из основных ролей. Между музыкантами ведутся бесконечные дискуссии по поводу достоинств и недостатков разных моделей звукоснимателей, суть которых является, к сожалению, непонимание основных физических принципов преобразования колебаний струны в электрический сигнал. Однако с точки зрения физики устройство звукоснимателя вполне доступно для понимания.

Существуют два основных вида звукоснимателей: магнитные и пьезоэлектрические.

 Конечно, мы упустим описание пьезоэлектрических звукоснимателей, вы сможете это прочитать в интернете, на страницах описания данного изделия. И подробно рассмотрим более актуальную для гитаристов тему магнитных   звукоснимателей.

   Звукосниматель как преобразователь энергии

     Магнитные звукосниматели работают только со струнами из ферромагнитных материалов (стальная жила + оплетка из никеля, стали и т.п.) и состоят из магнитов и катушек. Первая и очень важная мысль состоит     в   том, что магнитный звукосниматель - это электромагнитное устройство. Это означает, что параметры звукоснимателя можно разделить условно на две группы:

• магнитные параметры, которые являются параметрами вещества магнита и не могут быть изменены в дальнейшем, т.е. являются жесткими параметрами системы;
• электрические параметры катушки, которые можно или изменить (что достаточно сложно, и не рекомендуется) или согласовать с другими элементами последующей цепи, таким образом, изменив частотную характеристику системы звукосниматель-нагрузка и,как следствие, звучание гитары.
• 
  

Вклад катушки.

Для начала давайте условно уберем из датчика магнит и сердечники и рассмотрим характеристику преобразования. В соответствии с законом Фарадея (был такой физик, открывший явление электромагнитной индукции!) наведенное в датчике напряжение прямо пропорционально СКОРОСТИ изменения магнитного потока. Скорость изменения магнитного потока в катушке прямо пропорциональна СКОРОСТИ движения струны.

где U – это выходное напряжение, Ф – магнитный поток, t – время, К – некоторый коэффициент (его структуру не даю для уменьшения "мозгоклюйства"), А – отклонение струны от своего положения покоя и соответственно dA/dt = v – скорость движения струны.

В свою очередь, из закона сохранения энергии

(m – масса струны, k – коэффициент натяжения, v - скорость) следует, что

а, используя закон Гука (еще одного физика), и решив дифференциальное уравнение , получим, что

т.е. частоте колебаний. Итого имеем, что    , т.е., говоря русским языком, амплитуда выходного напряжения пропорционально произведению амплитуды колебания струны на частоту.

Отсюда следует несколько важных выводов, которые нужно воспринимать как неизменный факт и уметь этим пользоваться.

1. 1) Соотношение гармоник колебания в выходном напряжении существенно отличается от реального, как будто мы пропустили сигнал через фильтр высоких частот (ФВЧ) 1-го порядка со спадом 6dB на октаву.
2. 2) Амплитуда выходного сигнала при щипке или ударе медиатора одинаковой силы возрастает пропорционально частоте. Если бы все струны были бы одинаковой толщины, но натянуты по-разному, то чем выше была бы натянута струна, тем громче бы она звучала (при одинаковом щипке естественно). Однако ж тогда на высоких струнах играть было бы невозможно, а гриф свинчивало бы дугой. Поэтому струны уменьшаются по толщине так, чтобы иметь близкое друг к другу натяжение. Однако при этом количество линий магнитного поля, проходящих через более тонкие струны (т.е. их намагниченность магнитом датчика), тоже пропорционально уменьшается, компенсируя, таким образом, увеличение скорости колебаний. В результате в идеале при правильно подобранных струнах и одинаковой силе удара медиатором громкость звучания всех струн будет одинаковой.
   

Вклад магнита и сердечников

Возвращаясь к теме датчиков, вспомним про магнит и сердечники. Эти компоненты датчика, как мы понимаем, в готовом датчике являются элементом не изменяемым, однако именно от них зависят динамические свойства датчика: громкость, уровень компрессии сигнала, соответственно с компрессией некоторая зависимость в передаче высоких частот и, наконец, уровень нелинейных искажений.

Магниты по химическому составу делают, как правило, четырёх типов: АЛНИКО-2, АЛНИКО-3, АЛНИКО-5 (это сплавы алюминия, никеля и кобальта в разных соотношениях) и металлокерамика. С сердечниками не мудрят особо (достаточно магнитов), и они делаются из мягкого железа.

Напомню еще раз, что происходит в датчике во время колебания струны. Датчик «пытается» сохранить свой магнитный поток неизменным в соответствии с законом сохранения магнитного потока. Поэтому при колебаниях намагниченной струны в катушке возникает ток, приводящий к появлению напряжения на её концах, и появлению собственных изменений магнитного потока катушки, многократно усиленные ферромагнитным материалом магнита и сердечников, которые компенсируют изменения этого потока, наводимые струной. Для героев, дочитавших предыдущее предложение до конца, хочу сообщить главное! Магниты и сердечники под действием катушки изменяют свою намагниченность, т.е., условно говоря, перемагничиваются. Так вот скорость намагничивания и перемагничвания материала очень даже конечна и существенно сказывается на динамике возникающего в катушке напряжения. Т.е. возникают динамические и частотные искажения. График перехода намагниченности из одного состояния насыщения в другое называют в физике петлей гистерезиса. Чем шире эта петля, тем «медленнее» материал реагирует на изменение внешнего поля.

По форме магниты бывают либо в виде бруска, к которому приклеены сердечники из мягкого железа, проходящие сквозь катушку и подводящие магнитный поток к струнам, либо сами магниты в виде цилиндрических сердечников под каждую струну (типичный пример последнего, стандартный стратовский сингл). По уровню создания неравномерности магнитного поля системы магнит+сердечники можно выстроить в следующую последовательность от меньшего к большему: полосовой магнит (нет сердечников), полосовой магнит + рельсовые сердечники, полосовой магнит + цилиндрические сердечники, собственно цилиндрические сердечники-магниты. Соответственно, чем более неравномерное поле создается магнитом, тем больше уровень нелинейных и динамических искажений, тем более индивидуальный звук будет давать датчик, отличный от истинного звучания струны.

Вот так вкратце, можно рассказать о применение магнитов в музыкальных инструментах.

Любите музыку!

Следите за новостями!

Выдержки для статьи взяты с открытых источников: http://guitar.melodia.org.ua/masters.phtml?mastersk_id=22