Предисловие

Настоящая статья состоит из трех частей.

Первая часть «Их правда» является моим переводом вступительной части каталога EMG. Прочесть это будет интересно, наверное, всем. Тем, кто верит в магию ИМЕН и уповает на «ИХ» Звук, Датчики, Гитары с большой буквы, будет полезно еще раз убедиться, что физика – она и в Африке физика. Поэтому никакой магии нет вовсе. Остальным будет интересно прочесть, что же пишет о себе EMG, насколько это расходится (или нет) с тем, что я написал в своей предыдущей статье, опубликованной на www.rusblues.ru и www.guitar.ru, и как эту информацию можно применять на практике.

Вторая часть «Глухая теория» является предпосылкой третьей практической части, и написана с целью дать математические пояснения и расчеты к предложенным в статье схемотехническим решениям, а также показать их связь с разработками EMG. Она будет интересна тем, кто что-то понимает в математике и основах схемотехники, или, по крайней мере, не боится это прочесть.

Наконец, третья часть «Сделай сам» представляет собой пару моих собственных схемотехнических решений для преобразования пассивного датчика в активный, или создания «правильного» предусилителя в гитаре. Она посвящается всем, кто просил меня это написать.

Их правда

Что тут можно сказать? Есть такое дело. Терминология, конечно, хромает, но смысл явления передается верно. Правильнее было бы сказать, что неравномерность поля крайне высока над отдельно взятыми магнитами, поэтому струна, то попадая в поле, то выходя из него при колебаниях, меняет собственную частоту. Эффект Допплера здесь не при чем, но звуковой результат чем-то на него похож. Любители Fender Stratocaster легко поймут, о чем идет речь. Об этом, кстати, EMG говорят дальше.

Пытаясь минимально затрагивать физику для облегчения восприятия материала, автор допускает такие перлы, как «масло масляное, потому что это масло». По-хорошему, стоило бы написать так: Звукосниматель с полосовым магнитом обеспечивает равномерную и непрерывную намагниченность струны над всей своей поверхностью, поэтому при подтяжках струн выходной сигнал не будет иметь «провалов». Что, конечно, является преимуществом такого датчика. И на этом закончить данный раздел.

Я стараюсь переводить близко к тексту, чтобы передать весь, то ли периодически возникающий, то ли постоянно продолжающийся маразм составителя текста. Вы только вдумайтесь в смысл первого предложения! Хочется задать автору вопрос: магнитный поток ЧЕГО будет менять в катушке струна в отсутствии магнита? Магнитного поля земли? Ну, флаг автору в руки, барабан на шею и электричку навстречу. А второе предложение – потуги неудавшегося прозаика. Хорошо, что совсем уж «такого» в тексте все-таки не очень много.

Именно об этом я уже написал в своей предыдущей статье, только с привлечением хоть какой-то физики. Здесь же предлагается всему верить на слово, поскольку текст рассчитан на усредненного западного читателя.

Что подразумевалось под этим «наскальным» рисунком, и каким образом это относится к катушкам звукоснимателя, – без пол-литра не разберешься. Боюсь, что и с пол-литром дело не пойдет. Вот это как раз и называется наукообразием. Придется оставить это на совести автора.

В порыве написания «высокохудожественной» прозы автора плющит и колбасит  по полной программе. А ведь, были благие намерения рассказать, как размеры катушки влияют на звучание. И даже начал автор (EMG) близко к теме, хоть и без объяснений. А потом опустился до всяких сопротивлений да индуктивностей. На самом деле, активное сопротивление катушки будет зависеть только от диаметра и длины провода. А там хоть бантиком завяжи, – сопротивление все равно то же. Индуктивность же зависит от длины провода, числа его витков и магнитной проницаемости материала внутри катушки. Звучание действительно зависит от формы примерно так, как автор попытался описать. Т.е. у тонкой и узкой катушки низов будет меньше, а у широкой больше. Понять это совсем несложно. Чем шире катушка, тем больший кусок струны меняет в ней магнитный поток. Поэтому выходное напряжение над широкой катушкой должно расти. Однако для разных гармоник колебания увеличение выходного напряжения будет разным. Одной из причин является частичная компенсация высших гармоник в любой катушке. Компенсация происходит по тем же причинам, что и подавление отдельных гармоник в хамбакере, как я писал в своей общей статье про звукосниматели. Рассматривая этот вопрос, я условно считал катушки бесконечно тонкими, снимающими сигнал в одной точке, что для понимания исчезновений гармоник колебания струны в хамбакере вполне приемлемо, поскольку хамбакер состоит из двух отдельных катушек, между которыми есть некоторое (пусть небольшое) пустое пространство, над которым колебания не снимаются.  Для отдельно взятой катушки надо, конечно, учитывать её ширину. Колебания, длины волн которых сравнимы с шириной катушки, частично подавляются, так как в разных точках пространства над катушкой части струны находятся в разных фазах этих колебаний. Чем шире катушка, тем ниже граничная частота компенсации гармоник, конечно же, индивидуальная для каждой струны. Амплитуда начальных гармоник колебания, длина волны которых намного больше ширины катушки, увеличивается с увеличением ширины катушки. Так и получается, чем шире катушка, тем больше она дает основных гармоник и тем раньше начинает «валить» верхние гармоники.

Во всем вышеприведенном словесном поносе EMG про катушки, тем не менее, содержится две здравые мысли, несущие важную информацию. Первая – катушек всегда пара, что обеспечивает шумоподавление. Вторая – они подключаются к усилителю по отдельности, независимо друг от друга, в результате чего происходит электронное сложение спектра и амплитуды сигналов катушек. При этом взаимонагрузка катушки на катушку отсутствует.

Честное слово, с трудом дописал этот абзац до конца. Совсем не потому, что тяжело переводить, а потому, что текст на редкость бестолковый, неинформативный и с повторениями, как в дешевой рекламе. Среди всей этой «мутоты» сказано, что усилитель необычный, но где же объяснение его необычности? Совсем не каждый может сделать вывод из картинки, что усилитель дифференциальный. Т.е. реальный источник сигнала со всем своим импедансом подключается между входами этого усилителя, которых у него два, а не между общей точкой и входом усилителя, как в обычном включении, что играет вторую, не менее важную, чем наличие двух катушек, роль в шумоподавлении.

Я осторожно перевел слово «by-product» как промежуточный, хотя его первое значение – это побочный. Я, может, чего не понимаю в этой жизни, но, по-моему, усиление – это единственный основной продукт усилителя! Оно (усиление) в свою очередь состоит из усиления по напряжению, что обеспечивает большее, чем у источника, выходное напряжение, и усиление по току, что означает преобразование (как правило, уменьшение) сопротивления источника напряжения. Что, собственно, и позволяет дизайнерам EMG не принимать во внимание выходное напряжение и импеданс катушек звукоснимателя.

Как легко можно закомпостировать мозги людям, не разбирающимся ни в электронике, ни в диаграммах Бодэ (картинки выше). Вся часть под названием Моделирование Тембра, как и сам термин, придуман EMG исключительно для большей таинственности, важности и значимости (а потому и большей стоимости) разработок EMG. Никаких придуманных нововведений здесь нет. Перед нами типичный образец очередной рекламной уловки.

Что же мы видим на самом деле? На самом деле на диаграммах Бодэ (это график АЧХ в двойном логарифмическом масштабе) мы видим характеристику двух полосовых фильтров с разной центральной частотой резонанса и  полосой пропускания, вполне вероятно соответствующих характеристикам указанных моделей датчиков.

На первом графике ширина полосы пропускания  по уровню – 3dB примерно равна B = 10000 – 1500 = 8500 Гц,

соответственно добротность фильтра Q = 4400/8500 ~= 0,5.

На втором графике B = 4000 – 2500 = 1500 Гц,

соответственно Q = 3350/1500 ~= 2,2

Моделирование тембра по существу вообще в тексте не описано, поскольку в нем нет ничего необычного и нового. Тем не менее, оно существует и обеспечивается, скорее всего, добавочными емкостями заданной величины (если требуется), включенными между выводами катушек, и величиной индуктивности самой катушки. Таким образом, точно обеспечивается заданная частота и добротность (!) резонанса, в отличие от пассивных датчиков, когда звучание находится под влиянием паразитных емкостей самой катушки, потенциометров и  кабелей, а добротность резонанса достаточно высока, поскольку высока индуктивность катушки  для обеспечения достаточной выходной амплитуды сигнала.

Можно прикинуть характерное значение резонансной частоты и добротности пассивного датчика в условиях усредненной стандартной нагрузки. Будем считать, что индуктивность сингла L=3Гн, сопротивление R=6кОм, паразитная емкость =100пФ, емкость кабеля равна примерно 200пФ/м, и для трехметрового кабеля составит =600пФ, общая емкость составит =700пФ.

Частота резонанса составит ;

Добротность составит , это достаточно большая величина, если не учитывать активную составляющую нагрузки.

Если принять в расчет хотя бы потенциометр громкости в гитаре, например, 500кОм, и входное сопротивление какой-либо примочки или комбика, например, 1МОм (т.е. общее активное сопротивление нагрузки _, составляющее примерно 300кОм), мы получим меньшую добротность резонанса. Я не буду приводить здесь расчет передаточной характеристики такой системы, чтобы не усложнять текст лишний раз. Тем не менее, привожу формулу для добротности резонанса датчика с учетом активного сопротивления нагрузки:

.

Хотелось бы обратить ваше внимание на следующее:

1. Как видно из приведенных значений, слагаемое в знаменателе намного меньше, чем , поэтому в таких условиях эту формулу можно еще упростить: . Но когда у вас пассивный датчик с большим числом витков, имеющий существенно большее сопротивление и паразитную емкость, длинный кабель и примочка с большим входным сопротивлением, то эти слагаемые становятся сравнимыми друг с другом и добротность резонанса может упасть в несколько раз. При этом, частота резонанса будет существенно меньше 3кГц). Вы получите глухой, невнятный, нечеткий звук, как размазанная каша. Я об этом уже упоминал в своей статье про звукосниматели, но пользовался в ней (и это не очень хорошо) формулой для добротности без учета активного сопротивления нагрузки.

2. Я написал примерное равенство, поскольку учел тот факт, что сопротивление нагрузки всегда намного больше внутреннего сопротивления датчика. Это же дает возможность не учитывать очень незначительный сдвиг резонанса по частоте и уменьшение амплитуды выходного сигнала, обусловленное делителем напряжения из активных сопротивлений датчика и нагрузки.

Таким образом, на приведенных выше диаграммах мы видим, что модель EMG-SV смоделирована под звучание пассивного датчика, а EMG-SA – это типичная характеристика широкополосного актива.

Из всего комментария к части Моделирование Тембра, глядя на формулы и картинки, напрашивается единственный вывод.

Насколько широки возможности моделирования звучания активного звукоснимателя, как встроенные, так и с помощью дальнейшей электроники, насколько характеристики активного звукоснимателя стабильны, – настолько шаткие позиции в определенности звучания занимает пассивный звукосниматель, будь он десять раз фирменный. Поменяли вы кабель, воткнулись в другой усилитель, заменили потенциометр – все, прощай любимый звук! И это ни в коем случае не реклама и агитация – это жизнь...

Все сказанное абсолютно верно, и против фактов не попрешь. Никакой пассивный датчик не обладает таким низким уровнем шума, как активный. Насчет поражения электрическим током – это они, конечно, загнули. Все источники питания имеют в основе трансформатор, поэтому сквозной пробой по «земле» из-за разности статических потенциалов невозможен.

В общем, куда мы можем воткнуться – это нам всем хорошо известно!

Теперь по длине кабеля, давайте проверим, правы буржуи или нет? Выходное паспортное сопротивление активных датчиков EMG обозначено как 10 кОм. Емкость кабеля в 30 м составит примерно 200 пФ*30=6 нФ. Частота среза получившегося ФНЧ первого порядка составит . Брешут, гады, но не сильно!!! Надо рассчитывать на полосу хотя бы в 5000 Гц, дальше все равно наступает спад 12dB/октава у любого динамика комбика. Так что кабель должен быть желательно не более 15 метров, что тоже не мало! Либо это должен быть очень хороший кабель с меньшей ёмкостью. Однако с помощью стандартного кабеля длиной не более 5 метров вы получите полное прохождение звуковых частот!

Смотрим на картинку.

На картинке «обезображен» источник напряжения (два колечка), два диода для создания напряжения смещения, вслед за ним, транзистор, видимо, часть токового зеркала в качестве источника тока и выше два комплиментарных транзистора в качестве двуполупериодического эммитерного повторителя (класс AB). Т.е. типичный, извиняюсь, конец операционного усилителя (ОУ). Из этого следует ровно то, что внутренний усилитель собран на ОУ.

Вот уж чего у EMG действительно не отнять, так это качество конструкции и простоту установки. Полностью закрытый и герметизированный датчик имеет маленький разъемчик и никаких висящих «хвостов» и «соплей». Если вы единожды припаяли в схему гитары кабелечки с разъемами и установили звукосниматели EMG, то поменять их на другие EMG не составит никакого труда и больше не потребует пайки и отвинчивания тех крышек гитары, под которыми открывается доступ к элементам схемы. Вопрос в том, надо ли вам после этого менять один EMG на другой EMG? Удовольствие-то не дешевое.

Оставшуюся часть этого познавательного документа про конкретные модели датчиков и разную электронику EMG вы сможете прочитать самостоятельно на сайте EMG (ссылка дана вначале). Хотя в отношении датчиков ничего нового и полезного там не написано, за исключением их паспортных данных и АЧХ.

Глухая Теория

Математика.

После того, как я перемолол вступление к каталогу EMG, хотелось бы вычленить из него и развить основополагающую информацию. А основополагающим в преобразовании пассивного датчика к активному является усилитель. Тот самый, дифференциальный. Вот про него и пойдет речь.

Исходя из написанного у EMG, давайте возьмем за основу ОУ и попробуем, вглядываясь в туманный рисунок усилителя EMG, построить на нем самую простую дифференциальную схему подключения некоторого обобщенного источника сигнала, которую я изобразил на рис.1.

Рис.1

А теперь обстоятельно все обсчитаем: выходное напряжение, коэффициент передачи, а также условия, при которых схема вообще жизнеспособна, чтобы получить конечный практический результат. И по ходу мыслей будем превращать эквивалентную схему на рис.1 в конечную, действительную.

1.  – напряжение рабочей точки (для ОУ – это половина напряжения питания) задается с помощью резистора. Это напряжение я приму за «0» в расчетах. Т.е. .

2. ООС (Отрицательная Обратная Связь) задается тоже с помощью резистора.

3. Для симметрии схемы резисторы должны быть равны. Это будет соответствовать схеме вычитающего усилителя. Обозначим их R.

4. Наконец зарисуем вместо обобщенного источника сигнала эквивалентную схему звукоснимателя и получим рис.2.

Рис.2

Как видно на схеме, совокупность L, r и C – внутренний импеданс источника сигнала, – входное напряжение, а – выходное напряжение.

Из основ работы ОУ известно, что синфазное входное сопротивление ОУ очень большое, а дифференциальное тоже не маленькое, поэтому будем считать, что ток через входы не течет. А течет он по цепи и, соответственно, везде одинаковый. Также известно, что при наличии ООС и без перегрузки, когда ОУ не ограничивает сигнал по напряжению на выходе, напряжения на его входах должны быть одинаковыми. Т.е. !

Важно и интересно то, что паразитная емкость катушки в передаче сигнала никак не участвует при соблюдении только что перечисленных условий работы ОУ. Как видно на схеме, эта емкость включена между точками 1 и 2, но напряжения в точках 1 и 2 равны друг другу. Т.е. ток через емкость не течет, она никакого значения не имеет, и система превращается из резонансной второго порядка в систему с критическим затуханием первого порядка. ОУ выступает здесь как источник тока, катушка подключена в цепь этого источника, что принципиально противоположно стандартным подключениям звукоснимателей. От этих предпосылок и будем плясать.

Применив закон Ома для участка цепи и правило Кирхгофа сложения напряжений, запишем систему уравнений:

;

из первого уравнения

; ;

применяя второе уравнение, получим

;

берем первое равенство из первого уравнения и, сразу применяя второе уравнение, получим

; откуда  и .

Часть импеданса катушки, которая участвует в уравнении .

Найдем частоту среза.

Из последнего уравнения

;

запишем передаточную функцию в нормированном виде

 - характеристика ФНЧ первого порядка, где  – частотно-независимый коэффициент передачи, откуда ; или .

Подставив в формулу типичные значения внутреннего сопротивления и индуктивности катушки, получим

. Это очень низкая частота среза. Для разных датчиков значения частот среза ФНЧ первого порядка в такой схеме будут лежать в пределах от 300 до 900-1000 Гц, что является однозначно неудовлетворительной характеристикой.

Эту проблему можно решить несколькими способами.

1. Можно, например, оставить данную схему, задав в ней максимально возможное усиление для получения выходного сигнала без ограничения амплитуды. А потом активным частотно-зависимым усилителем линеаризовать АЧХ до какой-нибудь частоты в 5000 или 10000 Гц или даже 20000Гц, получив максимально широкополосный датчик. Однако это решение может подойти для ограниченного количества катушек с небольшим числом витков (намного меньше, чем в пассивных датчиках) и потребует минимум 2 ОУ, включенных последовательно, для повторного усиления сигнала. Оно практически не годится для преобразования пассивного датчика в активный, поскольку пассивный датчик имеет достаточно витков, «плохое» (как было видно выше) соотношение внутреннего сопротивления к индуктивности, и достаточно большую выходную амплитуду.  Поэтому невозможно с помощью ОУ и батарейки в 9 Вольт придать сигналу достаточное начальное усиление, чтобы в результате последующей частотной коррекции получить достаточную ширину полосы и приемлемый уровень сигнала для сохранения нормального отношения сигнал/шум в схемах дальнейшего усиления. Во! Слава тем, кто меня здесь понял! Остальным интересующимся смогу объяснить отдельно.
2. Второй и максимально простой способ исправить положение – изменить соотношение активного сопротивления к индуктивности в катушке. Это можно сделать, добавив симметрично на входы одинаковые резисторы.

Ниже на рис. 3 привожу принципиальную схему для преобразования ЛЮБОГО пассивного звукоснимателя в активный.

Рис.3

Делитель напряжения на двух резисторах R3 создает рабочую точку ОУ. Емкость и резистор на выходе ОУ служат, соответственно, для отсечки постоянного напряжения и согласования (суммирования) сигнала с сигналом других датчиков (пассивных или активных). А теперь напишем еще немножко формул для осознания судьбоносности вышеприведенной картинки.

Применив, как и в первом случае, закон Ома для участка цепи и правило Кирхгофа сложения напряжений, запишем систему уравнений:

;

путем несложных преобразований, которые заняли у меня пару тетрадных страничек, получим следующую передаточную характеристику (желающие убедиться могут поразвлечься самостоятельно):

; Вспомнив, что, получим

.

Запишем передаточную функцию в нормированном виде

 - типичная характеристика ФНЧ второго порядка.

Учитывая, что , нарисуем частоту среза, добротность и коэффициент передачи в полосе пропускания:

; ;.

Т.е. имеем стандартное (по параметрам!) включение датчика, где входное сопротивление схемы равно .

Таким образом, поигравшись с емкостью и входным сопротивлением, с помощью такой схемы включения можно обеспечить заданные АЧХ и коэффициент усиления, при этом все параметры будут стабильны и независимы от последующей цепи преобразования сигнала.

Преимущества.

Прежде чем перейти к практической части, надо обязательно сказать, в чем же основное преимущество этой схемы включения перед обычным буферным каскадом. Думаю, будет достаточно оговорить это качественно (т.е., без привлечения каких-либо расчетов и формул).

Основное преимущество вышеприведенной схемы заключается в отсутствии каких-либо посторонних сигналов и шумов, кроме тех которые появляются строго в катушке. Почему это важно? Потому, что способ избавления от шума в катушке всем давно известен – это хамбакер или хамкенселлер. Однако это не весь шум, который возникает в сигнальной цепи. Есть еще сигнальные провода, общая шина (общий провод или земля) и т.п. Радиопомехи, наводки от электронных приборов, сетевая помеха и её гармоники (что немаловажно!), а также все боковые (дополнительные) помехи, возникающие в результате интерференции вышеперечисленного – все это необходимо учитывать при обработке сигнала электрогитары, особенно при большем коэффициенте усиления при компрессии, ограничении и других его обработках.

При обычном подключении датчика гитары к обычному повторителю (усилителю) напряжения датчик включается между входом буфера и общим проводом. А теперь представьте, через что сигнал попадает на вход. Т.е., какое «железо» висит на «плечах» сигнала и принимает, каждое по своему, помехи и эфир. На одном плече у сигнала провод внутри гитары, переключатель датчиков, потенциометры, кабель до примочки, а на другом – общая шина или так называемая «земля», которая включает в себя все экраны кабелей, заземленные струны, заземленный же бридж, корпусы потенциометров, корпус и общая шина примочки и какие-либо еще экраны в гитаре (если таковые есть). Все вышеперечисленное хозяйство представляет собой развернутую антенну для приема помех. Это значит, что помимо сигнала датчика, в цепь попадет весь пойманный шум, который фильтруется ФНЧ датчика, что несколько улучшает его усвояемость. Этот шум выражается в характерном СЧ-ВЧ треске слышном и на резонансной частоте датчика и выше по частоте до тех пор, пока ФНЧ датчика не завалит сигнал больше, чем общее усиление в цепи. Если вы хватаетесь рукой за струны, этот треск существенно уменьшается, если гитара подключена традиционно (пассив в примочку), и практически пропадает совсем, если повторитель стоит прямо в гитаре. Объяснить это можно двумя вещами. Во-первых, вы, а точнее ваша широкая задница или не менее широкое пузо (смотря где висит гитара) вместе со струнами образуете почти замкнутый экран для датчиков и электронных кишков в гитаре. Во-вторых, этот экран через вашу емкость замыкается на землю в самом прямом смысле слова. Надеюсь, что теперь всем понятно, о каком шуме я говорю.

Подключение дифференциального усилителя в корне меняет положение вещей. Во-первых, сигнал подводится на входы по одинаковым и коротким проводам, во-вторых, даже те синфазные наводки, которые возникли в плечах системы датчик-провода, благополучно пропадут в дифференциальном усилителе! Для справки коэффициент подавления синфазного сигнала в ОУ составляет ~10⁵ или в децибелах ~ 100dB. Отсюда и недостижимые для пассивных датчиков шумовые характеристики в -90dB, обозначившиеся у EMG.

Есть и второе очень важное преимущество. Это отсутствие входной емкости. В идеальной входной или проходной емкости, отсекающей постоянное напряжение, нет ничего плохого. Однако идеальных емкостей в природе нет, как и вообще чего-то идеального. Емкость в электронных устройствах играет не последнюю роль в привнесении нелинейных искажений, уровень которых в первую очередь зависит от вещества диэлектрика. Особенно слабое место их установки – после источника сигнала с большим внутренним сопротивлением. Датчик – типичный пример такого источника. Самые плохие из емкостей керамические и электролитические, уровень нелинейных искажений в которых достигает 1-2%, а при неправильной полярности подключения электролитических емкостей до 10% с дополнительным постоянным по напряжению смещением. Чуть лучше емкости с полиэтилентерефталатом (по отечественной номенклатуре К73). Такие емкости применяются в большинстве отечественных и западных приборов низкого и среднего класса качества. Хорошими же емкостями с малым уровнем нелинейных искажений и быстрым затуханием переходных процессов считаются емкости с тефлоном или полистиролом в качестве диэлектрика (К70 и К71), но отыскать их в продаже практически невозможно. В предложенной схеме входной емкости нет вообще, поскольку источник сигнала никаким образом не подключен к общему проводу и включается между входами ОУ, напряжение на которых одинаково.

Одним словом, игра стоит свеч.

Сделай сам

И, наконец, желающим получить от своей гитары отличный звук, мало шумов и готовым для этого сделать что-то своими руками, посвящается эта часть. Без лишних слов рис.4.

Рис.4

Как видно на основе предложенной схемы нарисованы простейшие подключения всех типов датчиков. Для хамбакеров для последовательного включения общая индуктивность , емкость , сопротивление . Для параллельного включения – , , . Таким образом, произведение LC остается одинаковым, а значит и частота собственного резонанса. Сопротивление R1 следует выбирать равным не менее . Для добротности однозначно ничего сказать нельзя. Её необходимо посчитать для каждого варианта и выбрать желаемую. Для случая, когда  можно упростить формул для добротности, выведенную в конце теоретической главы  и тогда можно сказать, что последовательное соединение катушек будет более предпочтительным, поскольку добротность системы будет в 2 раза меньше, чем при параллельном. Что даст возможность лепить из гладкой АЧХ все, что захочется.

Рис.5

Будем считать это аналогом схемы, используемой EMG. Специфика её состоит в том, что сигналы с катушек суммируются и усредняются (общий выход = полусумме выходов) чисто математически. Поэтому даже формул приводить здесь не буду. Для одинаковых катушек общий резонанс схемы будет таким же, как и от одной катушки. Ничего принципиально нового или лучшего, что так расписывает EMG, схема электронного суммирования по сравнению с обычными параллельным и последовательным включениями катушек не представляет. Единственное преимущество такой схемы – это удобство её расчета, особенно для несколько разных катушек, не более того.

Рис.6

Эту схему привожу по нескольким причинам. Во-первых, она подходит для «активации» гитары целиком. Во-вторых, в ней используется очень мало деталей. В-третьих, она чрезвычайно проста и доступна многим для воспроизведения, при этом, в-четвертых, результат превзойдет все ваши ожидания.

1. Сигнал с датчиков подается на стандартный 5-ступенчатый сдвоенный переключатель S1/2. Обычно в стандартном включении используется только половина этого переключателя, в этом случае он используется целиком, подключая оба провода датчика на входы дифференциального усилителя. Про дифференциальный усилитель я уже все сказал выше. Для данной схемы пожелание лишь одно: поскольку собственная частота резонанса пассивных датчиков (без нагрузки) достаточно высока: 6000 – 9000 Гц для хамбакеров и 8000 – 12000 Гц и выше для синглов рекомендую так подбирать сопротивление R1, чтобы добротность резонанса не превышала 2, а в лучшем случае была бы меньше 1. Это нужно для дальнейшей схемы эмуляции датчиков, о которой речь идет ниже.

2. Как видно на схеме, на втором ОУ собран перестраиваемый по частоте ФНЧ второго порядка, который призван на плоскую АЧХ, полученную в результате преобразования сигнала вашего пассивного датчика, навернуть требуемый резонанс. В результате вы получите возможность, используя Ваши любимые пассивные датчики, получить звучание бесконечно большого числа пассивных датчиков с определенным магнитом. Красота, да и только! Вы всегда сможете подобрать резонанс на свой вкус. Производители пассивных датчиков отдыхают!

Теперь об этом фильтре и его параметрах. Это классическая схема активного ФНЧ с положительной обратной связью, за счет которой добротность фильтра может быть больше 1/2.

Резонансная частота и добротность выглядят следующим образом:

; .

Как видно, частоту фильтра можно перестраивать сдвоенным потенциометром 2xP1/2 (Tone) независимо от добротности, обеспечивая звучание разных датчиков. Для изменений частоты в пределах 2000 – 5000 Гц (т.е. естественных резонансных частот разных датчиков) можно использовать потенциометр с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота. Рекомендуемое значение 20 – 50 кОм. В случае 10 и более кратных изменений частоты для получения дополнительных эффектов потенциометр должен быть логарифмический. Рекомендуемое значение 100 – 150 кОм. Значение R4 в обоих случаях рассчитывается для желаемой глубины перестроения.

С помощью второго потенциометра P (Tone) можно регулировать вклад резонансного ФНЧ, т.е. подъем на резонансной частоте, обеспечивая разную яркость звучания.

Схема идеально подходит для любителей Fender Stratocaster, а также любых других гитар с 5-позиционным переключателем. Несложными манипуляциями можно нарулить звучание любого «Страта»: от 50-х годов выпуска до ультрасовременного, от Стиви Рэя до Гилмора и Мальмстина и т.д. А главное – это тишина. В паузе. Даже если у вас обычные синглы, для приемлемой тишины достаточно будет дополнительно пропустить сигнал через фильтр подавления сетевой помехи 50Гц и все.

1. Операционный Усилитель следует подбирать в первую очередь по малому потреблению тока. Как правило, это ОУ, в котором потребление тока задается внешними элементами (например, резистором).
2. Дальше следует обратить внимание на шумовые параметры и скорость нарастания выходного напряжения (slew rate). В общем случае, чем меньше ток, тем больше шум и меньше скорость нарастания. Для качественного сигнала (малых динамических искажений) скорость нарастания выходного напряжения должна быть не менее 1В/мкс.
3. Схема не требовательна к входным каскадам ОУ. Не важно полевые или биполярные транзисторы на входах ОУ будут стоять. Это является её огромным несомненным преимуществом.

Послесловие

Изначально я не планировал писать какое либо послесловие, но, просмотрев весь текст еще разок, я пришел к выводу, что статья полностью охватывает тему согласования гитары и цепи обработки сигнала, начало в которой может быть любым: примочка, комбик, процессор, звуковая карта и т.п. На входах любого из этих устройств стоит буферный каскад, являющийся, как правило, повторителем напряжения. Основной функцией такого буфера является преобразование частотно-зависимого импеданса источника сигнала в частотно-независимое (или условно частотно-независимое) малое активное сопротивление. Очевидно, что сам буферный каскад обладает входным импедансом, однако входная емкость активных составляющих буферного каскада является настолько маленькой величиной для звукового диапазона частот, что ей обычно пренебрегают. Считается, что буфер обладает активным постоянным входным сопротивлением R, а с сигналом на его выходе можно делать что угодно, не влияя при этом на его источник.

В устройствах, предназначенных для традиционного подключения гитары, буфером является, как правило, ОУ на полевых транзисторах, полевой транзистор или лампа. Входное сопротивление такого каскада (сопротивление смещения или рабочей точки) достаточно большое, характерные значения 470кОм, 1МОм. С учетом потенциометра внутри гитары частота и добротность резонанса ФНЧ вычисляется, как было сказано в разделе «Глухая теория»:

; ;

где L индуктивность датчика, С – общая емкость (катушки и кабеля), r – сопротивление датчика, R – входное сопротивление буферного каскада. Таким образом, зная параметры датчика (сопротивление, частоту резонанса или лучше индуктивность), можно оценить длину кабеля и входное сопротивление примочки, для желаемой частоты резонанса. Количественная оценка вашего любимого звука, поможет вам проще и точнее сориентироваться при смене и покупке датчиков, кабелей и другой гитарной аппаратуры, а также делать условную поправку при оценке качества звучания аппаратуры с другими инструментами.

Практически советы на тему согласования гитары с примочкой очень просты, известны и направлены на улучшение яркости и читаемости звука гитары. Т.е. в отличие от предыдущих моих советов по подключению датчиков к дифференциальному усилителю, они направлены на сохранение максимального подъема на резонансной частоте.

1. Чем меньше регуляторов находится в гитаре, тем лучше.
2. Сопротивление регуляторов должно быть не менее 500 кОм.
3. Если вы не используете регулятор(ы) Tone в гитаре – отключите их совсем. Пусть служат украшением.
4. Желательно, чтобы входное сопротивление примочки, в которую включается гитара, было не меньше 1МОм.
5. Не используйте кабель более 2–3 метров, если у вас есть такая возможность, особенно с хамбакерами, особенно с высоким выходом (высоким внутренним сопротивлением и индуктивностью).

Вот по существу и все.