CC BY
34ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
О СОГЛАСОВАНИИ ЭЛЕКТРОГИТАРЫ С УСИЛИТЕЛЕМ
Сенюткин П.А.
Сенюткин Петр Алексеевич - инженер-электрик, пенсионер, г. Глазов
Аннотация: для согласования электрогитары с усилителем обычно используется буферный каскад. Описан выбор его входного сопротивления в зависимости от характеристик звукоснимателей. Приведены формулы для расчета зависимости активной и реактивной составляющих полного сопротивления звукоснимателя от частоты. Показан пример расчета для промышленного звукоснимателя BS-01N-BK фирмы Belcat Co.,Ltd.
Ключевые слова: электромагнитный звукосниматель, активное сопротивление, реактивное сопротивление, согласование.
В самом простейшем виде в качестве буферного каскада используется эмиттерный или истоковый повторитель. Его входное сопротивление может лежать в диапазоне 1 -20 МОм и более, выходное желательно иметь не более 0,5-1 кОм. Входное сопротивление будет зависеть от конкретной схемы электрогитары. Будем рассматривать схемотехнику гитары, предложенную в [1, 10] - 3 звукоснимателя (ЗС) соединенных последовательно, с индивидуальным регулятором громкости у каждого.
Рассмотрим цепь последовательных ЗС как генератор, нагруженный на входное активное сопротивление буферного каскада (рис.1).
Рис. 1. Подключение ЗС к нагрузке
На рис. 1 обозначены: Г - струна гитары, как генератор напряжения, ге -суммарное активное сопротивление ЗС, х2 - суммарное реактивное сопротивление ЗС, ЯВХ - входное сопротивление буферного каскада. Из элементарной электротехники [2, 109]:
2 = г±Х (1)
ш
4
г2 + X 2
(2)
Для трех последовательных ЗС:
2 = (Г+ Г2+ Гз) ±(Х1 + Х2 + Хз) (3)
Где | X | - модуль полного внутреннего сопротивления ЗС, г - активная составляющая внутреннего сопротивления, х - реактивная составляющая внутреннего сопротивления.
Коэффициент передачи по напряжению Ки для трех последовательных ЗС:
Ки =
Я
вх
ш
вх + г1 + г2 + г3;
)2 + (х1 + х2 + х3)'
(4)
Или:
Ки =■
Г V
' 1 + Ц + Г2 + Г3
V
Яп
+
2
Х3
(5)
У
Яп
Из (4), (5) видно, что для расчета Ки необходимо знать активные и реактивные составляющие полного внутреннего сопротивления ЗС. Следует отметить, что величины г и х в выражениях (1)-(5) являются частотно-зависимыми, а в выражение (5) следует подставлять их максимальные значения в требуемом диапазоне частот. Рассмотрим более общую эквивалентную схему ЗС с последовательной емкостью С1 (рис. 2) [3, 16]:
Рис. 2. Общая схема ЗС для расчета 2
Входное сопротивление Ъ для схемы на рис. 2:
г =ЯВХ [(А-/В) / (С+]Б)]
А =
(
В =
С =
о
о2 Ь(С + С )-
оЯ(С + С )+ Я
1 +
оЬ
Я
V Яп У
Яг
щ + ьс++яя^сс
Я
п
1+
Я
V яп У
Б =
ю3ЬСС1Яш -о
Ь
я(с+С1)+ —+СЯВХ
яп
1 +
я
V яп у
(6)
(7)
(8) (9)
(10)
Для выделения активной и реактивной составляющих Ъ необходимо выражение (6) преобразовать к виду выражения (3). После элементарных преобразований получим:
2 =ЯВХ[(АС-ВБ) / (С2+Б2) -]'(АБ+ВС)/ (С2+Б2)] (11)
При С1 ^да и ЯВХ ^ да схема на рис.2, преобразуется в обычную эквивалентную схему ЗС (рис. 3) [4, 31]:
Рис. 3. Эквивалентная схема ЗС
Для получения формул, описывающих схему на рис.3, подставим в выражения (7)-(10) С1 = ® и ЯВХ = да. В результате получим:
г = (а-}Ъ) / (с+Ф) (12)
а = юЬ (13)
Ъ = Я (14)
с = с
Г Ь Л
ЯС + —
Я
d =
С
с2 ЬС -
1 +
п
Я '
Я
п )_
(15)
(16)
Выделим в формуле (12) активную и реактивную составляющие:
г = (ас-ЪФ) / (с2+ф2) - j(ad+Ъc)/ (с2+ф2)
(17)
Для реализации максимальной полосы частот и снижения внутреннего сопротивления ЗС параллельно ЗС нужно установить шунтирующий резистор [5,10].Этот шунтирующий резистор одновременно выполняет функцию регулятора громкости. Схема с регулятором громкости ЯГ показана на рис. 4:
Рис. 4. Схема ЗС, нагруженного на регулятор громкости
Дальнейшие расчеты проведем на примере стандартного бюджетного ЗС BS-01N-BK фирмы Belcat Co.,Ltd (далее по тексту Белкат), исследованного в работе [4,стр.30]. Характеристики элементов его эквивалентной схемы: Ь = 3,4 Гн, Я = 5,5 кОм, С = 182 пФ, ЯП = 582 кОм. Резисторы ЯГ и ЯП образуют сопротивление нагрузки ЯН. Для обеспечения широкой полосы частот его значение должно быть [5,10]:
Ян = ^
л/2ЬС - Я2С2
(18)
Подставив значения номиналов эквивалентной схемы ЗС, получим ЯН = 181,76 кОм. Тогда значение ЯГ [5, 9]:
Я =
ян яп
яп - ян 15
(19)
Подставив ЯН и ЯП в (19), получим ЯГ = 264,3 кОм. Необходимую величину ЯГ можно получить шунтированием стандартного переменного резистора постоянным. Полоса частот на уровне (-3дБ) при ЯН = 181,76 кОм составляет около 0,06-7,4 кГц, а чувствительность 37 мВ [6,23]. Подставив (13)-(16) в (17) (вместо ЯП ЯН) получим составляющие сопротивления ЗС - активную гЗС:
(
о2 Ь
ЯС +
Ь
Л
Я
- Я
н
(
о2 ЬС -
1 +
Я
Л
Я
н
о
ЯС +
Ь
Я
+
н
(
о2 LС -
1 +
Я
Я
и реактивную хЗС:
оЯ
ЯС +
Ь
Я
+ оЬ
хзс
н
(
о2ЬС -
1 +
н у
Я
Я
н У.
о
ЯС +
Ь
Я
(
+ о2ЬС -
н у
1 +
Я
Я
н У_
Зависимости | Ъ | , г и х от частоты представлены на рис. 5.
(20)
(21)
Рис. 5. Зависимости \2\, г и х от частоты (схемарис. 4)
Из рис. 5 видно, что максимальное значение г чуть меньше ЯН, а х ~ 0,44 ЯН. Таким образом, при расчете Ки по формуле (5) можно принять следующие соотношения: г = ЯН, а х ~ 0,44 ЯН. Разумно допустить, чтобы значение Ки превышало бы некоторое минимальное значение, например 0,9. Формула (5) для одного ЗС:
1
(22)
Кп =
Я
У г
вх у 16
х
У
v явх у
гзс
2
2
2
2
Подставив в (22) ЯН = 182 кОм , х =0,44x182= 80 кОм, получим:
1
Кп =■
(
1 +
182
У
К
(
+
вх у
80
Л2
v квх у
При КВХ > 2000 кОм в (23), Ки ~ 0,916. Влиянием х можно пренебречь. Расчеты для одного ЗС могут быть полезны при доработке пассивного ЗС до активного. В случае использования емкости С1 для подавления низких частот (рис.6), расчет КН проводится аналогично.
Рис. 6. Схема ЗС с последовательной емкостью, нагруженного на регулятор громкости
Расчетные формулы (6)-(11) для г и х для этого случая слишком громоздки, поэтому представим сразу результаты расчетов для, например, С1 =360 пФ. Зависимости | 2 |, г и х от частоты представлены на рис.7. Из рис.7 видно, что максимальное значение г = КГ, а х ~ 0,44 КГ. Таким образом, при расчете Ки по формуле (5) можно принять следующие соотношения: г = КН, а х ~ 0,44 КН. При КВХ > 2600 кОм в (23), Ки ~ 0,907. Влиянием х можно также пренебречь.
Данные, полученные для единственного ЗС конечно не могут претендовать на общий подход к ЗС различной конструкции. Для примерного расчета можно ориентироваться на соотношение:
Явх > 10(Г1 +г2...+гп) (24)
Рис. 7. Зависимости \2\, г и х от частоты для ЗС с последовательной емкостью (схемарис.
6)
Расчеты для определения ЯВХ буферного каскада при использовании различного
числа ЗС или ЗС с разнообразной подстройкой необходимо производить
индивидуально для каждого конкретного случая с последовательной или
параллельной емкостью [7,43].
Список литературы
1. Сенюткин П.А. О внутреннем сопротивлении электромагнитного звукоснимателя для электрогитары. НОК. № 8 (32), 2018. Стр.9-12.
2. Анвельт М.Ю., Герасимов В.Г., Данильченко В.П. и др. Электротехника. Учебное пособие для вузов, Москва, Высшая школа, 1976. 500 стр.
3. Сенюткин П.А. Подавление низких частот в электромагнитном звукоснимателе для электрогитары. НОК. № 10 (34), 2018. Стр. 16-18.
4. Сенюткин П.А. Об эквивалентной схеме электромагнитного звукоснимателя для электрогитары. Радио №6, 2018. Стр. 30-31.
5. Сенюткин П.А. Выбор регуляторов громкости для электрогитары. НОК. № 9 (33), 2018. Стр. 8-11.
6. Сенюткин П.А. Измерение чувствительности электромагнитного звукоснимателя для электрогитары. Радио № 11, 2018. Стр. 22-24.
7. Сенюткин П.А. Влияние емкостной составляющей на АЧХ ЗС электрогитары. Радио № 1, 2019. Стр. 42-43.
