О внутреннем сопротивлении электромагнитного звукоснимателя для электрогитары Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

О ВНУТРЕННЕМ СОПРОТИВЛЕНИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗВУКОСНИМАТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОГИТАРЫ Сенюткин П.А.

Сенюткин Петр Алексеевич - инженер-электрик, пенсионер, г. Глазов

Аннотация: представлена формула для расчета внутреннего сопротивления электромагнитного звукоснимателя для электрогитары. Приведен результат расчета внутреннего сопротивления на примере промышленного звукоснимателя. Показан выбор номинального значения переменного резистора регулятора громкости. Ключевые слова: электрогитара, электромагнитный звукосниматель, внутреннее сопротивление.

В современных электрогитарах, в большинстве своем, используется от двух до трех электромагнитных звукоснимателей (ЗС). Для получения разнообразной окраски звука, ЗС могут соединяться как последовательно, так и параллельно.

Для решения вопроса о схеме их включения необходимо определить внутреннее сопротивление ЗС.

Рассмотрим эквивалентную схему ЗС, представленную на рис. 1[1, с. 30].

1 1 X

8>г

-4 >- т

Рис. 1. Эквивалентная схема ЗС

На рис. 1 символом Г обозначена струна гитары, как генератор напряжения. Внутреннее сопротивление схемы с генератором рассчитывается как входное сопротивление со стороны выхода, при замкнутом генераторе [2, с. 40]. Для схемы на рис. 1:

2 =

а2 Ь + К2

9 К

а2 ЬС - (1 + —) —

+

+ КС)

—

(1)

Где \ Z \ - модуль полного внутреннего сопротивления ЗС, Ь - индуктивность катушки ЗС, Я - активное сопротивление катушки ЗС, С - паразитная емкость катушки ЗС т = - частота, ЯН (сопротивление нагрузки) = ЯП (сопротивление потерь ЗС).

Рассмотрим зависимость \2\ от частоты на примере стандартного бюджетного ЗС BS-01N-BK фирмы Belcat Co.,Ltd (далее по тексту Белкат), исследованного в работе [1,с.30]. Характеристики элементов его эквивалентной схемы: Ь = 3,4 Гн, Я = 5,5 кОм, С = 182 пФ, RП = 582 кОм. Зависимость \2\ от частоты f для ЗС Белкат при ЯН = ЯП = 582 кОм рассчитанная по формуле (1), представлена на рис. 2.

2

2

кОл! \г\

Рис. 2. Зависимость модуля полного внутреннего сопротивления \ от частоты/для ЗС

Белкат

По результатам расчетов максимальное значение] 21=497,1 кОм на частоте f = 6,3 кГц. При частоте f = 0, | 21~ 5,44 кОм ~ Я. Таким образом, диапазон изменения Ъ составляет 5,4 - 497 кОм при изменении частоты от 0 до 12 кГц.

Большой диапазон изменения] 21, из-за взаимного шунтирования ЗС друг другом, может быть неблагоприятен для параллельного включения нескольких ЗС. Физически можно только уменьшить внутреннее сопротивление ЗС внешним шунтированием. Это позволит, по крайней мере, использовать последовательное включение ЗС. Для дальнейших рассуждений примем следующие предположения о схемотехнике гитары:

1. В гитаре расположен простейший буферный усилитель с входным сопротивлением 1-2 МОм и выходным сопротивлением 0,5-1 кОм. Подобные схемы широко известны и являются самым быстрым и недорогим способом значительно улучшить звучание гитары. При использовании такого буферного усилителя проблемы с емкостью гитарного кабеля, входной емкостью усилителя и его малым входным сопротивлением практически исчезают. Кроме того, это значительно упрощает расчеты. Примем для расчетов входное сопротивление буферного усилителя как ЯВХ = 1,5 МОм.

2. Примем наличие у каждого ЗС индивидуального регулятора громкости переменным резистором ЯГ. Это избавляет схему гитары от стандартного 5-ти позиционного переключателя с ограниченной возможностью коммутации ЗС и, кроме того, позволяет независимо регулировать вклад каждого ЗС в общую звуковую картину.

3. Примем верхнюю частоту ЗС равной 6 кГц. Это обеспечивает воспроизведение четырех гармоник для самой высокой частоты основного тона гитары (1 струна, 24 лад, основной тон -1300 Гц).

Схема ЗС с резисторами ЯГ и ЯВХ показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема ЗС с регулятором громкости ЯГ и нагрузкой ЯВХ. Коэффициент передачи по напряжению Ки для схемы на рис.3 [1, с.30]:

ТГ ин 1

Ки = = - - (3)

и г

V

©2 ьс - (1)]2+[©(-^+яс )]2

Кн Кн

Где иГ - напряжение генератора Г (струны), иН - напряжение нагрузки на сопротивлении ЯН. Сопротивление нагрузки ЯН в схеме на рис. 3 образуется при параллельном включении резисторов ЯП, ЯГ и ЯВХ. Резонансная частота/0 при которой значение Ки максимально [1, с. 30]:

/ =

1

2ж\

Я2

1

1

ьс 2Ь 2Я2 С2

(4)

Подставив в (3) значения всех номиналов элементов эквивалентной схемы ЗС Белкат кроме f и ЯН, получим:

1

—— (5)

Ки =

V

[0,0244/2 - (1 + )]2 + [/(— Я„ Кн

+ 0,00629)]2

Где f - частота в кГц, ЯН - сопротивление в кОм.

Рассчитаем и построим для каждого значения ЯН зависимость Ки от частоты и по каждой кривой определим полосу частот на уровне (-3 дБ) М(-3). Так как расчеты тривиальны, на рис.4 приводится только окончательная зависимость полосы частот М(-3) ЗС от величины ЯН.

Рис. 4. Зависимость полосы частот А/(-3) ЗС от сопротивления нагрузки ЯН

Из рис. 4 видно, что максимальная полоса частот реализуется при ЯН = 120-180 кОм. По точным данным при изменении сопротивления нагрузки от 120 кОм до 180 кОм, полоса частот ДТ(-3) = (7,4±0,3) кГц. Хотя формально по формуле (3) нижняя частота равна 0, на практике, для реального ЗС, это значение будет колебаться в пределах 50-60 Гц, в зависимости от типа ЗС.

Из рис. 3 видно, что максимальное значение ЯН реализуется при нижнем положении подвижного контакта ЯГ. Это значение, образованное параллельным соединением ЯГ и ЯП должно быть не более180 кОм. При верхнем положении подвижного контакта ЯГ, значение ЯН минимально и образуется параллельным соединением резисторов ЯП, ЯГ и Явх. Значение ЯН при этом должно быть не менее 120 кОм (рис.4). Для верхней частоты 6 кГц, минимальное значение ЯН =90 кОм (рис.4). Подставив ЯН = 90 кОм в формулу (1), получим кривую, показанную на рис. 2. Для реализации ЯН = 90 кОм и ЯВХ = 1,5 МОм, значение ЯГ = 115 кОм. Такое нестандартное значение легко получить шунтированием ближайшего стандартного номинала. Максимум кривой ЯН =90 кОм на частотах 6-8 кГц составляет 88 кОм (рис.2). По этим данным видно, что три таких одинаковых ЗС вполне можно соединить последовательно. Три последовательных ЗС с максимальным внутренним сопротивлением 88 кОм каждый, нагруженных на ЯВХ = 1,5 МОм, будут влиять друг на друга незначительно. Сравнивая формулы (1) и (3), получим:

| 2 | = К— = Ки2ь (6)

Зная экспериментальную зависимость Ки от частоты (3) и значения Ьи Я, можно, при необходимости, по формуле (6) получить зависимость \ Z \ от частоты. Зависимость ZL от частоты для ЗС Белкат также показана на рис. 2.

Данные расчеты можно проделать для любого ЗС с известными параметрами элементов эквивалентной схемы.

Список литературы

1. Сенюткин П.А. Об эквивалентной схеме электромагнитного звукоснимателя для электрогитары. Радио. № 6, 2018. Стр. 30.

2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Москва, «Высшая школа», 1973. Стр. 40.