电吉他拾音器参数优化研究

2018-09-19刘晓宇胡丽娜

时代农机 2018年7期

田聪，苏畅，刘刚，刘晓宇，胡丽娜

（黑龙江工业学院电气与信息工程系，黑龙江鸡西 158100）

1 电吉他简介

电吉他是流行音乐中不可缺少的主要乐器之一，主要由琴头、琴颈、拾音器、琴桥、护板构成。与传统吉他相比，电吉他的琴身为实体的音箱，没有共鸣箱装置，在琴身上装有2～3块磁铁，即拾音器［1］。不同于传统吉他利用箱体的振动发声的原理，电吉他主要使用拾音器拾取声音信号，通过扩音器将声波信号放大，因此拾音器是电吉他最关键的设备。和一般吉他相比，由于没有共鸣箱束缚，电吉他的音量可以自行调节，声音范围空间更大，因而其演奏灵活性大大增强，在颤音、滑音方面优势尤为明显。

2 拾音器的工作原理

拾音器（Pickup）是电声吉他的主要组成部分，在某些方面上决定其音色［2］。拾音器自身不能发声，只具有“信号传输特性”，即像麦克风一样从琴弦的震动中拾取信号后，以自己的方式改变并传输这些信号。

拾音器主要是由磁铁和绝缘的铜线圈构成，导线在磁铁上绕成线圈，线圈连接到扩音器。拾音器磁铁产生的磁场使弦线磁化，弦线反过来会产生自己的磁场。琴弦静止时，穿过线圈的磁通量是个常数。琴弦震动时相对线圈运动，通过线圈的磁通量就会发生变化。跟据法拉第电磁感应定律，振动的琴弦会产生感应电动势，其幅度与琴弦震动频率成正比，因而线圈中产生感应电流，其频率与弦线震动的频率相同。此感应电流通过扩音器进行放大还原，即可听到电吉他弹奏的声音［3］。

3 电吉他拾音器参数优化

（1）拾音器等效电路。实际的拾音器由导体线圈、被线圈围绕的多个磁体以及用以固定的框架组成。当拨动琴弦时，琴弦切割被线圈包围的磁体，产生感应电动势，在回路中产生感应电流，通过外接线流向放大器，从而产生声音。从电学特性来看，拾音器可以等效为一个RLC谐振电路。各个元器件的参数影响着电路模型内的R、L、C三个参数，从而影响输出信号的谐振频率点，谐振频率点附近的泛音会被放大（基音则不受影响），远离谐振频率点的泛音则会快速衰减。

一个实际的线圈可以被描述成一个理想电感器L和一个电阻器R串联，并且与线间电容C并联。其中电感量L是主要参数，由线圈匝数、磁芯材料和线圈的几何形状决定。电阻R和电容C的影响较小，可忽略不计。当琴弦运动时，线圈中产生交流电压。因此拾音器可以看作一个附带一些电子元件的交流信号源，外部负载由电阻（吉他的音量和音色电位器，放大器输入端的电阻）和电容（吉他线的芯与屏蔽层之间电容）构成。吉他线电容对音色影响重大，不可忽略。这些元件的组合就形成了所谓的二级低通滤波器，如图1所示。

图1 拾音器二级低通滤波器等效电路

（2）拾音器电参数优化方案。针对某电吉他厂中最常见、用途最广的x拾音器进行研究，对其电参数进行优化，以提高其性能。拾音器的电参数有很多，如直流电阻、电感、电容、阻抗、质量参数、损耗、谐振频率、谐振峰值等。其中，铜线线圈的粗细和铜线的缠绕匝数两者都对直流电阻有影响。电阻与音量有关，电感与音质与音量有关，电容仅供参考，拾音器的音色功率取决于直流电阻和谐振峰值，所以本文主要从电阻与电感两个方向来提高拾音器性能，电容作为参考值。

拾音器的匝数、磁铁材料、线径，对其性能有不同影响，如下表所示，表1和表2中是拾音器的部分相关数据，以及其他3个公司的拾音器参考数据。

通过研究现有数据发现，拾音器线夹圈数相同，但磁铁磁性不同，做出的拾音器性能可能不同，所以在优化方案中，减少拾音器的匝数，琴颈拾音器电参数测得为R=11.86K、L=4.78H、C=530.4nF，琴体拾音器的电参数测得为R=13.32K、L=5.21H、C=560.5nF。图2和图3分别为优化方案中电吉他琴颈拾音器和琴体拾音器等效电路图。

表1 琴颈拾音器参考数据

表2 琴体拾音器参考数据

表3 x拾音器所测数据

图2 电吉他琴颈拾音器电路模型

图3 电吉他琴体拾音器电路模型

（3）优化方案验证。按照以上的优化方案，制作拾音器并进行测试，测试所用仪器为示波器、信号发生器和交流微伏表。通过10组拾音器测试数据发现，所测得的数据一直在优化方案所测数据大致范围内波动。在测试时，用信号发生器给出一个1000Hz的信号，此时拾音器测得为1.1KHz，用交流微伏表测得此时波形峰值为20 mV，频率波形图如图4所示。当信号发生器给出一个500 Hz的信号，此时拾音器测得为502 Hz，此时用交流微伏表测得波形峰值为30mV，频率波形图如图5所示。

通过分析波形图和测试结果可以得出，拾音器频率越快，拾音器音色就更清晰；频率峰值越大，拾音器音量更大。当把所做拾音器安装在电吉他上后，调音发现琴颈、琴体拾音器弹奏时音色清晰、纯净，达到期望值，所以证明此方案达到优化的效果。