RU2369916C1

RU2369916C1 - Active electromagnet sound receiver

Info

Publication number: RU2369916C1
Application number: RU2008121489/28A
Authority: RU
Inventors: Евгений Валентинович Тышкевич (RU); Евгений Валентинович Тышкевич
Original assignee: Государственное научное учреждение Костромской научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-10-10

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: invention is related to the field of electronics and may be used in design of electric musical instruments, which convert mechanical energy of strings vibration into electric signals, for instance electric guitars, electric violins, electric pianos, etc. Active electromagnet sound receiver consists of two flat pole cores 5 and 7, which are attached perpendicularly to opposite poles of permanent magnet 6, on which the first 1, second 2, third 3 and fourth 4 signal coils are installed, of power supply source 8, displacement circuit 9 and transistor 10. Coils 1 and 2 are installed in core 5, coils 3 and 4 - on core 7.

EFFECT: invention provides for higher validity of useful sound signal transfer in wide range of frequencies, higher noise immunity and stability of working characteristics.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в конструкции электромузыкальных инструментов, преобразующих механическую энергию колебания струн в электрические сигналы, например электрогитарах, электроскрипках, электророялях и т.д.The invention relates to the field of electronics and can be used in the construction of electric musical instruments that convert the mechanical energy of string vibrations into electrical signals, for example electric guitars, electric violins, electric grandoes, etc.

Известны электромагнитные звукосниматели, устанавливаемые на электрогитарах, в конструкции которых используется одна катушка, один или несколько магнитов, создающих магнитное поле вблизи струн, которые в процессе механических колебаний образуют переменную составляющую магнитного потока, индуцирующую в неподвижной катушке ЭДС звуковой частоты (Л.Муравьева, Звукосниматели, "Звукорежиссер", 2003 г., №2).Known electromagnetic pickups mounted on electric guitars, in the construction of which one coil is used, one or several magnets that create a magnetic field near the strings, which during mechanical vibrations form an alternating component of the magnetic flux, inducing sound frequency EMF in a stationary coil (L. Muravyeva, Pickups , "Sound engineer", 2003, No. 2).

Недостатками данных устройств являются слабый сигнал на выводах адаптеров и высокая чувствительность к различного рода внешним наводкам, например, от питающей сети, флуоресцентных ламп и других источников излучения.The disadvantages of these devices are a weak signal at the terminals of the adapters and high sensitivity to various kinds of external interference, for example, from the mains, fluorescent lamps and other radiation sources.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения (прототипом) является электромагнитный звукосниматель для электрогитары и других струнных музыкальных инструментов, включающий два плоских полюсных наконечника (сердечника), прикрепленных к разноименным полюсам постоянного магнита и отстоящих друг от друга на расстоянии 3…4 мм, на которые намотаны изолированным проводом катушки индуктивности (сигнальные катушки), соединенные последовательно и подключенные на вход активного усилителя (RU 2289857 С1, 2006.12.20).The closest analogue of the present invention (prototype) is an electromagnetic pickup for electric guitars and other stringed musical instruments, including two flat pole tips (cores) attached to unlike poles of a permanent magnet and spaced from each other at a distance of 3 ... 4 mm, which are wound insulated wire inductors (signal coils) connected in series and connected to the input of an active amplifier (RU 2289857 C1, 2006.12.20).

Основным недостатком данной конструкции является невозможность изменения параметров магнитной системы, на которую установлены индуктивные датчики, поскольку величина и конфигурация магнитного потока определяется конструкцией устройства, типом постоянного магнита, а также неизменными геометрическими размерами.The main disadvantage of this design is the impossibility of changing the parameters of the magnetic system on which the inductive sensors are mounted, since the magnitude and configuration of the magnetic flux is determined by the design of the device, the type of permanent magnet, and also constant geometric dimensions.

Другим недостатком является незначительная высота магнитного потока, замыкающегося в воздушном промежутке между плоскими полюсными наконечниками, отстоящими друг от друга на расстоянии 3…4 мм, в зоне расположения струн. Данное обстоятельство вызывает периодические потери потокосцепления между электромагнитным датчиком и струной во время интенсивных ее колебаний, что приводит к большим нелинейным искажениям.Another disadvantage is the small height of the magnetic flux, which closes in the air gap between the flat pole pieces, spaced from each other at a distance of 3 ... 4 mm, in the area of the strings. This circumstance causes periodic loss of flux linkage between the electromagnetic sensor and the string during its intense oscillations, which leads to large nonlinear distortions.

Известное устройство имеет низкую скорость нарастания выходного напряжения, а также значительные динамические и частотные искажения.The known device has a low slew rate of the output voltage, as well as significant dynamic and frequency distortion.

Технической задачей изобретения является создание активного электромагнитного звукоснимателя, обладающего высокой достоверностью передачи полезного звукового сигнала в широком диапазоне частот, высокой помехозащищенностью и стабильностью рабочих характеристик.An object of the invention is the creation of an active electromagnetic pickup having high reliability of transmitting a useful sound signal in a wide frequency range, high noise immunity and stability of performance.

Эта техническая задача достигается тем, что в активный электромагнитный звукосниматель, содержащий источник питания, два плоских полюсных сердечника, прикрепленных перпендикулярно к разноименным полюсам постоянного магнита, на которые установлены сигнальные катушки по две на каждый полюсной сердечник, введены транзистор и цепь смещения, образуя при этом новую конструкцию, обеспечивающую высокую достоверность передачи полезного сигнала в широком диапазоне частот, причем сигнальные катушки включены в эмиттерную и коллекторную цепи транзистора соответственно.This technical problem is achieved by the fact that in the active electromagnetic pickup containing the power source, two flat pole cores attached perpendicular to the opposite poles of the permanent magnet, on which signal coils are installed, two for each pole core, a transistor and a bias circuit are introduced, forming a new design that provides high reliability of the transmission of the useful signal in a wide frequency range, and the signal coils are included in the emitter and collector circuits t anzistora respectively.

Конструкция активного электромагнитного звукоснимателя и схема подключения сигнальных катушек к электронному транзисторному усилителю представлены на чертеже.The design of the active electromagnetic pickup and the connection circuit of the signal coils to the electronic transistor amplifier are presented in the drawing.

Активный электромагнитный звукосниматель содержит источник питания 8, два плоских полюсных сердечника 5 и 7, прикрепленных перпендикулярно к разноименным полюсам постоянного магнита 6, на которые установлены первая 1 и вторая 2 сигнальные катушки на первом полюсном сердечнике 5, третья 3 и четвертая 4 сигнальные катушки на втором полюсном сердечнике 7, цепь смещения 9, первым входом соединенная с плюсовым выводом источника питания 8 и первым выводом второй сигнальной катушки 2, вторым входом подключенная к минусовому выводу источника питания 8 и второму выводу третьей сигнальной катушки 3, и транзистор 10, базой соединенный с выходом цепи смещения 9, коллектором подключенный ко второму выводу четвертой сигнальной катушки 4, эмиттером соединенный с первым выводом первой сигнальной катушки 1, причем второй вывод второй сигнальной катушки 2 подключен к первому выводу четвертой сигнальной катушки 4, а второй вывод первой сигнальной катушки 1 соединен с первым выводом третьей сигнальной катушки 3, при этом электрический полезный сигнал снимается с коллектора транзистора 10.The active electromagnetic pickup contains a power source 8, two flat pole cores 5 and 7, attached perpendicular to the opposite poles of the permanent magnet 6, on which the first 1 and second 2 signal coils are installed on the first pole core 5, the third 3 and fourth 4 signal coils on the second pole core 7, the bias circuit 9, the first input connected to the positive output of the power source 8 and the first output of the second signal coil 2, the second input connected to the negative output of the power source 8 and to the second terminal of the third signal coil 3, and a transistor 10 connected to the output of the bias circuit 9 by a collector connected to the second terminal of the fourth signal coil 4, and an emitter connected to the first terminal of the first signal coil 1, the second terminal of the second signal coil 2 being connected to the first output of the fourth signal coil 4, and the second output of the first signal coil 1 is connected to the first output of the third signal coil 3, while the electrical useful signal is removed from the collector of the transistor 10.

Описание работы устройства.Description of the operation of the device.

Активный электромагнитный звукосниматель состоит из двух плоских полюсных сердечников 5 и 7, прикрепленных перпендикулярно к разноименным полюсам постоянного магнита 6, на которые установлены первая 1, вторая 2, третья 3 и четвертая 4 сигнальные катушки, источника питания 8, цепи смещения 9 и транзистора 10. Катушки 1 и 2 установлены на сердечнике 5, катушки 3 и 4 - на сердечнике 7.An active electromagnetic pickup consists of two flat pole cores 5 and 7 attached perpendicular to the opposite poles of the permanent magnet 6, on which the first 1, second 2, third 3 and fourth 4 signal coils, power supply 8, bias circuit 9 and transistor 10 are mounted. Coils 1 and 2 are installed on the core 5, coils 3 and 4 on the core 7.

Вторые выводы сигнальных катушек 1 и 2 соединены с первыми выводами катушек 3 и 4, образуя последовательные цепи. Плюсовой вывод источника питания 8 подключен к первому входу цепи смещения 9 и первому выводу второй катушки 2. Минусовой вывод источника питания 9 соединен со вторым входом цепи смещения 9 и вторым выводом третьей катушки 3. Выход цепи смещения 9 соединен с базой транзистора 10. Коллектор транзистора 10 подключен ко второму выводу четвертой сигнальной катушки 4, а эмиттер соединен с первым выводом первой сигнальной катушки 1. Приведенная схема соединения катушек позволяет эффективно подавлять внешние наводки от питающей сети, флуоресцентных ламп и других источников излучения. Электрический полезный сигнал снимается с вывода 11, подключенного к коллектору транзистора 10.The second terminals of the signal coils 1 and 2 are connected to the first terminals of the coils 3 and 4, forming sequential circuits. The positive output of the power source 8 is connected to the first input of the bias circuit 9 and the first output of the second coil 2. The negative output of the power source 9 is connected to the second input of the bias circuit 9 and the second output of the third coil 3. The output of the bias circuit 9 is connected to the base of transistor 10. Transistor collector 10 is connected to the second terminal of the fourth signal coil 4, and the emitter is connected to the first terminal of the first signal coil 1. The above circuit of the coil connection allows you to effectively suppress external interference from the power supply network, fluorescent amp and other radiation sources. The electrical useful signal is removed from terminal 11 connected to the collector of transistor 10.

Толщина полюсных сердечников 5 и 7 составляет 1,2…3 мм, высота постоянного магнита 6 - 3…5 мм, расстояние между полюсами - 3…15 мм.The thickness of the pole cores 5 and 7 is 1.2 ... 3 mm, the height of the permanent magnet 6 is 3 ... 5 mm, the distance between the poles is 3 ... 15 mm.

Сигнальные катушки 1, 2, 3, 4 намотаны медным изолированным проводом диаметром 0,042…0,15 мм.Signal coils 1, 2, 3, 4 are wound with a copper insulated wire with a diameter of 0.042 ... 0.15 mm.

Адаптер располагается в непосредственной близости от струн (на чертеже не показано) музыкального инструмента, выполненных из ферромагнитного материала. Магнитный поток (на чертеже средняя линия магнитного потока показана стрелкой), образованный в воздушном промежутке между сердечниками 5 и 7, является результатом сложения двух составляющих: потока постоянного магнита 4 и потока, создаваемого током подмагничивания, проходящим от источника питания 6 через открытый транзистор 10 и последовательно включенные катушки 1, 2, 3, 4. Величина тока подмагничивания в катушках 1, 2, 3, 4 изменяется с помощью цепи смещения 9, управляющей базовым током транзистора 10, при этом меняется суммарный магнитный поток в зоне расположения струн, а также его конфигурация в воздушном пространстве. Транзисторный усилитель устройства выполнен по схеме с общей базой, поэтому ток подмагничивания в катушках 2 и 4, расположенных в коллекторной цепи, практически мало отличается от тока катушек 1 и 3 эмиттерной цепи. Помимо задатчика тока подмагничивания транзистор 10 выполняет функции электронного усилителя полезного сигнала. При колебаниях струны, находящейся в магнитном поле адаптера, в катушках 1, 2, 3, 4 возникает переменное напряжение звуковой частоты, которое усиливается транзистором 10, выделяя полезный сигнал в коллекторной цепи на выводе 11.The adapter is located in close proximity to the strings (not shown) of a musical instrument made of ferromagnetic material. The magnetic flux (in the drawing, the middle line of the magnetic flux is shown by an arrow), formed in the air gap between the cores 5 and 7, is the result of the addition of two components: the flux of the permanent magnet 4 and the flux generated by the magnetizing current passing from the power source 6 through an open transistor 10 and sequentially connected coils 1, 2, 3, 4. The magnitude of the bias current in coils 1, 2, 3, 4 is changed using the bias circuit 9, which controls the base current of the transistor 10, while the total magnetic flux changes string location area, as well as its configuration in the airspace. The transistor amplifier of the device is made according to the scheme with a common base, therefore, the bias current in the coils 2 and 4 located in the collector circuit differs little from the current of the coils 1 and 3 of the emitter circuit. In addition to the bias current bias transistor 10 performs the functions of an electronic amplifier of the useful signal. When the string located in the magnetic field of the adapter oscillates in the coils 1, 2, 3, 4, an alternating voltage of the sound frequency arises, which is amplified by the transistor 10, highlighting the useful signal in the collector circuit at terminal 11.

Предлагаемая конструкция позволяет увеличить равномерность магнитного потока в воздушном промежутке между сердечниками 5 и 7 за счет оптимального выбора тока подмагничивания в катушках 1, 2, 3, 4.The proposed design allows to increase the uniformity of the magnetic flux in the air gap between the cores 5 and 7 due to the optimal choice of the bias current in the coils 1, 2, 3, 4.

Благодаря отрицательной обратной связи между ЭДС катушек и током подмагничивания, возникающей в результате модуляции магнитного потока полезным сигналом, приведенная схема позволяет существенно снизить нелинейные искажения напряжения звуковой частоты на выходе устройства, а также выровнять амплитудно-частотную характеристику.Due to the negative feedback between the EMF of the coils and the bias current resulting from the modulation of the magnetic flux by a useful signal, the above circuit allows us to significantly reduce the nonlinear distortion of the audio frequency voltage at the output of the device, as well as to equalize the amplitude-frequency characteristic.

Изменение величины тока подмагничивания позволяет менять «чистоту» и окраску звука электромагнитного звукоснимателя.Changing the magnitude of the bias current allows you to change the "purity" and color of the sound of the electromagnetic pickup.

Приведенная схема имеет низкий уровень шумов и эффективно подавляет внешние наводки.The above circuit has a low noise level and effectively suppresses external interference.

Активный электромагнитный звукосниматель обладает высокой достоверностью передачи полезного сигнала в широком диапазоне частот, высокой стабильностью рабочих характеристик, имеет широкий диапазон использования и высокую надежность.Active electromagnetic pickup has a high reliability of the transmission of the useful signal in a wide range of frequencies, high stability of performance, has a wide range of use and high reliability.

Claims

An active electromagnetic pickup containing a power source, two flat pole cores attached perpendicular to the opposite poles of the permanent magnet, on which the first and second signal coils are mounted on the first pole core, the third and fourth signal coils on the second pole core, characterized in that introduced a bias circuit, the first input connected to the positive output of the power source and the first output of the second signal coil, the second input connected to the negative water of the power source and the second terminal of the third signal coil, and a transistor connected to the output of the bias circuit with a collector connected to the second terminal of the fourth signal coil, an emitter connected to the first terminal of the first signal coil, and the second terminal of the second signal coil is connected to the first terminal of the fourth signal coil, and the second output of the first signal coil is connected to the first output of the third signal coil, while the electrical useful signal is removed from the collector of the transistor.