一支异类Telecaster引发的思考——Humbucker的那些事

ironlung · 发表于 2010-5-26 23:05:55

那个雷电交加的晚上，Fender Telecaster的Bridge Single Coil哥哥对Neck Single Coil妹妹说：“Neck妹，你看咱们干柴烈火这么长时间了，是不是该再来点刺激的？”“你虽然歌唱的不错，高音嘹亮清透，但我喜欢宏厚有力的，更要命的是你那房子只能住你一个，等你有钱买房再说吧！”Neck妹说。Bridge急了：“你以为你声音甜美就很了不起吗，我也喜欢Fat Fat的，Smooth的，你一点都不Warm，哼！”于是两个家伙吵得不可开交。。。。。。。。

世事本来并没有绝对不好的，只会有更好。Heritage的工程师们为Bridge和Neck各自买了更大的房子，并给他们分别找到了各自的另一半。这就是一支来Heritage的Telecaster，配备了各种豪华配置，最为抢眼的一定就是那双Humbucker和几只切换开关了，这将会使Telecaster有了更多的可能。

这支可能是独一无二的“怪”琴，本来是属一位“琴痴”朋友所有的。抱着她哭了几夜的之后还是决定给我了。我对电也是非常痴迷的，对于这支异类Tele的拾音器和电路配置作了深入的研究，对Humbucker又有了进一步的认识，下面就跟大家一起分享。

拾音器是电吉他里面的最重要的部件之一，但很多朋友的认识只停留在不同的拾音器能出不同的音色，究竟为什么这样？我在翻阅了大量的资料后，才总算有了比较全面深入的了解。

我们最常见的吉他拾音器有单线圈（single coil）和双线圈拾音器（double coil），而双线圈拾音器绝大部分都是为了消除杂音而设计的，所以也叫Humbucker。在这篇文章里面，我重点讲述的是并排方式的双线圈Humbucker，而单线圈（single coil）拾音器和上下分组绕制的双线圈拾音器暂不表述。

一、Humbucker的结构。

首先我们就来看看并排双线圈Humbucker的结构，如图二所示，两个线圈并排置于一条磁体之上。长条型磁体的南（S）北（N）两极并不是在磁体的两端，而是在两侧，原因有二，一是使两个线圈可以分别位于磁体的南北两极（即极性相反），二是这样设置可以使磁力线平均分布于线圈之中，使各琴弦可以输出均衡的音量。两个线圈同方向绕制，当中放置了对应于琴弦的六支磁极体，以将磁体的两极更好地引入线圈，这样线圈放置在稳定的磁场当中，吉他弦也在磁场当中，置于线圈的上方一定的位置。

二、Humbucker的工作原理

当导磁的琴弦振动时，磁体产生的稳定磁场受到影响起了相应的变化，同时，线圈因电磁感应而产生了电流，在线圈的始末两端形成了相应的电压。这就是因琴弦振动使线圈有电压输出的过程。但线圈感应的电压并不是我们常见的有正负之分的直流电，而是随时间变化的交流电，这是因为琴弦振动的速度和方向时刻都在变，引起磁场的相应变化当然就不会恒定不变了。


为了更好理解这个过程，我们先假设琴弦的振动是简单的正弦振动（实际上琴弦的振动是各种频率/音高和各种振幅/音量的复杂振动），并且，琴弦作垂直于拾音器表面的运动才是有效运动，而平行于拾音器表面的运动并不会引起线圈有感应电流（这一点似乎跟大部分乐手的认识有点不一样，但事实确实如此），如图三所示，当琴弦到达最大振幅的点时，即A和D时点，这时琴弦由一个方向的运动转变为另一个方向的，就在这个将变未变的点上，琴弦的速度为零，也就是静止，磁体形成的磁场没有受到影响，所以线圈里没有电流，线圈两端的电压为零；当琴弦振动经过原点（就是静止时的位置）时，速度达到最大，这时线圈感应到最大电流，在线圈两端形成最大电压，但因上行和下行时琴弦的运动方向不同，所以线圈感应到的相应电压也会相反，如图三中的右下角所示，假设将两线圈的末端都接地作为电压的零参考，当琴弦处于B时点，北线圈的始端感应到了（+）电压，而南线圈的始端却感应到（－）电压；当琴弦处于C时点，两线圈的始端电压刚好与B时点相反。我们应该留意到，最为重要的一点就是北始端的感应电压始终与南始端是相反的，这正是Humbucker的设计关键，因为两线圈都是同方向绕制，穿过两线圈的磁力线方向恰恰是相反的（因为两线圈分别位于南北磁极），所以输出就相反了。像这样的连接方式（两线圈末端都接地的情况下，两线圈的始端的电压在任意时刻都是相反的），我们就称两组线圈输出信号为反相（out of phase）。

上述所分析的是琴弦振动影响磁体磁场使线圈产生感应电压的情况，而对于外界的电磁干扰，大部分都是直接作用于两个线圈使其产生感应电压，这时由于不存在南北极之分，两线圈的始端感应到的是同方向的电压，即与琴弦振动感应的情况刚好相反。关于两线圈之间如何连接才能消除杂音，我们来看图四列表，共有四种连接方式：

1．同相并联
北始端与南末端连接，北末端与南始端连接，这样两个线圈的琴弦感应电流方向（红色箭头）相同，而干扰感应电流方向（灰色箭头）相反。这种连接方式的音色和音量与单线圈拾音器有些相似，同时，因为干扰信号在两线圈内的感应电流相反而互相抵消，就是所谓的hum-cancelling（消除哼声）。

2．反相并联
北始端与南始端连接，北末端与南末端连接，这样两个线圈的琴弦感应电流方向（红色箭头）相反，而干扰感应电流方向（灰色箭头）相同。这种接法会将两线圈的琴弦感应电流互相抵消，由于两线圈位置比较接近，感应到琴弦的振动非常相似，所以抵消掉绝大部分的信号，输出音量非常小，而且音色非常单薄。同时，干扰信号因为方向相同不能抵消。

3．同相串联
这是最最典型的Humbucker连接方式，北末端与南末端连接起来，北始端与南始端作为输出端（当然北始端与南始端连接起来，北末端与南末端作为输出端也是一样的），这时两个线圈的琴弦感应电流方向（红色箭头）相同，干扰感应电流方向（灰色箭头）相反。这种方式的连接使输出音量增大，音色宏厚，高频部分比单线圈拾音器稍弱。同时，干扰信号因方向相反相互抵消。

4．    反相串联
北末端与南始端连接起来，北始端与南末端作为输出端（当然北始端与南末端连接起来，北末端与南始端作为输出端也是一样的），这时两个线圈的琴弦感应电流方向（红色箭头）相反，干扰感应电流方向（灰色箭头）相同。输出音量也是小，音色单薄。同时，干扰信号因为方向相同不能抵消。另外，一个双线圈拾音器还可以只连接其中一个线圈为输出（coil cut / single coil），这样跟单线圈拾音器就非常相似了，但并不是完全一样，因为双线圈拾音器的磁体磁场毕竟与单线圈拾音器的磁体磁场不是同一种类型. 以上都是在讨论一个humbucker里面两个线圈的连接方式，而很多琴，比如说Gibson Les Paul，都是带有两个humbucker的，这样连接组合的方式就更丰富了，理论上有一百多种，剔除一些音色相近的组合，还有几十种音色变化很大的选择。这样，我们就可以把手上的双humbucker的琴发挥到极致，你一定会惊叹“我的琴竟然会发出这样的音色来！”

三、电路范例
两个humbucker之间的连接方式其实跟一个humbucker里面两个线圈的连接方式是一样的，同相并联、反相并联、同相串联、反相串联。下面就一个典型例子进行分析：如图五

这是一个典型的Les Paul改装参考电路，但大部分Les Paul原装拾音器内部都以同相串联方式连接，只有两支引线输出，如果要进行改装，必须拆开拾音器重新把两个线圈的引线全部接出来，或者购买带四线输出的拾音器。先看看Neck和Bridge拾音器内的两个线圈都是以同相串联方式连接，连接口焊接到带提拉开关的电位器的开关引脚，当提拉Neck Volume和Bridge Volume开关时，Neck Humbucker和Bridge Humbucker都可以切换到单线圈模式（Coil cut）；提拉Neck Tone的开关可以将Neck和Bridge拾音器由并联（Parallel）模式切换到串联（Series）模式，此时Bridge Volume做总音量控制，Neck Volume和Neck Tone无效，并且当输出选择开关（三档SPDT Switch）拨到Neck档时将无任何输出；Bridge Tone的开关可以切换两拾音器是同相（In Phase）还是反相（Out Of Phase），提拉为反相模式。这个电路里没有用到Humbucker里两个线圈之间的多种连接方式，而是针对两个Humbucker之间进行不同组合，以获得非常明显而又实用的效果。

接下来是这支Heritage Telecaster的电路，如图六所示：

两只Humbucker里的两个线圈都是以同相串联的方式连接，连接口也被焊接到Coil Cut开关，可以切换到单线圈模式；最值得留意的是Bridge拾音器的电路非常奇特，两个线圈不但可以切换到反相并联模式，并且反相信号的量可以通过另一个电位器控制！这是一个非常了不起的设计！可见设计者的功力相当深厚。通过反相混合（Out Of Phase Mix）控制，输出的音色变化非常巨大，从类single coil的音色到非常单薄怪异的音色，完全在你掌控之中，看来牺牲这个本来是Tone的调节是完全值得的。

通过认真研究这支Heritage Telecaster，发现其处处充满浓厚的实验色彩，从后仰琴头，到24品的琴颈，再到Kahler的琴桥系统，再有Schaller 双Humbucker最具创新的意念的电路设计。可惜这只是一支设计原型琴，并没有量产，究竟是保守还是其他原因就不得而知了。       关于拾音器的设计，还有很多很多，比如拾音器的具体尺寸，线圈的绕制匝数，不同磁体的运用，配合负载（音量电位器）和Tone电容的使用，还有拾音器具体安装的位置等等等等，这些都是我们玩家不能自己控制的。所以本文重点还是放在拾音器原理和电路改装上，但愿各位玩家都能自己动手，通过简单而且经济的改装，把手上的琴玩到极致。

最后，由于小弟初次接触拾音器电路，难免有鄙陋之处，敬请各位玩家发烧友不吝指教！

注：

1、各个品牌的Humbucker的输出引线都有各自的颜色系统，不同颜色代表不同的线圈端口，玩家可以根据自己使用的品牌在网上进行查询，另外标有（+）或（-）符号并不表示该端口就一定输出正电压或负电压，它只是作为同相或反相的标记。

2、线圈之间的串联和并联并不等同于简单的电源串联和并联，它有一个较复杂的关系，包括阻抗、容抗、电感量等等，也与感应频率相关。本文暂时忽略这方面的内容。

3、琴弦振动使线圈产生感应电流的原理是参考自一位在电信实验室工作的吉他爱好者的研究所得，具体可参考
Moore & Moore Consultancy Services网站。

ironlung · 发表于 2010-5-26 23:19:53

由于上传图片有点问题，感谢版主的帮忙，但还是不太理想。实在抱歉。
具体正常显示的文章我移步我的博客。

johny23 · 发表于 2010-5-26 23:29:14

好贴，解答了我多时的疑问

Possessed · 发表于 2010-5-26 23:32:20

我觉得比专业课还难，哈哈，好贴！

琴 · 发表于 2010-5-27 00:06:51

好文，只是很可惜的是，根据惯例，大部分人都只是叫个好，然后该不懂还是不懂，每个月该来的时候还会来。。。。。。

真希望每个进来的人都能仔细看懂

mamimi · 发表于 2010-5-27 00:08:29

这是毕业论文吗~呵呵~~

李郎 · 发表于 2010-5-27 00:33:19

大家知道楼主这艰辛就是对楼主的尊重.

不是每个人都应该是科学家,物理学家.

向楼主致敬!

再生2 · 发表于 2010-5-27 00:49:15

非常好的文章如果有一定条件提供了很多自己动手的理论支持乐手也许很多专业术语看不太明白但是依葫芦画瓢自己动手试验以后会有很多新的认识不得不对楼主的立场致敬

AE86 · 发表于 2010-5-27 01:42:24

到第三点之后就有点昏头了.....

好多电路知识.

毕业了都丢了..

STEIN · 发表于 2010-5-27 08:28:43

技术贴一枚。后面实在是看的吃力啊。

声音地带 · 发表于 2010-5-27 08:40:54

借我玩幾天好嗎？

琴兽不儒 · 发表于 2010-5-27 09:03:29

难得一见的好帖。

lupengfei1900 · 发表于 2010-5-27 09:10:16

有动画就好了

lh509 · 发表于 2010-5-27 09:15:42

这琴拾音器有几种音色组合啊？
看的一头雾水

大熊星座 · 发表于 2010-5-27 09:17:21

LZ辛苦了，我看懂了大概~~

FinalLeon · 发表于 2010-5-27 09:24:39

看完，还是没懂

任我弹 · 发表于 2010-5-27 09:43:22

哇噻，学哥又出学术文章，顶了再看

任我弹 · 发表于 2010-5-27 09:57:39

现在又研究电吉他电路了，什么时候有空到你家亲身体验下，

ljnljn · 发表于 2010-5-27 10:02:42

有些问题我们还是很有必要知道其原理的！！
好贴！！

metalerd · 发表于 2010-5-27 10:13:52

lz辛苦了，gc就缺您这样的人

sunzhengnirvana · 发表于 2010-5-27 10:30:06

说实话真看不懂

把它交给制琴师吧

lichenhe · 发表于 2010-5-27 10:43:41

档恩，尝试过很多种，最后决定的电路是用五档档位器，最上档是前拾音器串联，第二档是前拾音器并联，中间档是前后拾音器同时工作，并且俩个都是串联，第四档是琴桥，琴颈切单，但是琴颈拾音器工作的是靠近琴颈的那个单，琴桥的是离琴桥较远那个，最后一档就是琴桥串联了，拾音器是SH1和SH13,声音相当全能，第四档的clean很清脆，有点tele的意思，后档失真相当冲，中间档clean很饱满，类似les paul，前块并联串联声音很vintage，哈哈，专门这样做练习琴，这样练习的时候想练什么风格都行而且不需要换琴了

[ 本帖最后由 lichenhe 于 2010-5-27 10:44 编辑 ]

SinD · 发表于 2010-5-27 10:45:48

看了楼主的序言，让我联想到了拾音器版的蜗居

zkwwjm · 发表于 2010-5-27 10:48:03

技术文章...收藏了慢慢体会

上官獠 · 发表于 2010-5-27 10:50:14

学习学习楼主辛苦

midi1919 · 发表于 2010-5-27 11:30:06

绝对精华了，哈哈~好深入~

张皓丞 · 发表于 2010-5-27 11:38:37

哈哈修车的都会开车,,开车的会修的就很少了

stevetong · 发表于 2010-5-27 12:07:51

原帖由琴于 2010-5-27 00:06 发表
好文，只是很可惜的是，根据惯例，大部分人都只是叫个好，然后该不懂还是不懂，每个月该来的时候还会来。。。。。。

真希望每个进来的人都能仔细看懂

您不得瑟墨迹两句能怎地？充数教育家，自己很牛？！

yuenlok · 发表于 2010-5-27 13:03:42

好贴顶一个，只懂了大概

silverkw · 发表于 2010-5-27 13:11:08

知识就是力量！

hahaxin · 发表于 2010-5-27 13:25:18

留名，这个东西一次性看不完

paullee · 发表于 2010-5-27 21:56:00

[em01]

zjc17 · 发表于 2010-5-27 22:10:57

好专业

cqm · 发表于 2010-5-28 11:01:57

传送门真好,复制收藏,补充实际产生种的理论知识

裂空雷痕 · 发表于 2010-5-28 11:10:31

学哥，我来顶你了！

拾音器的工作原理部分能不能再讲得详细一些？对于这里我一直是一知半解。

按我之前自己的理解，琴弦是磁路的一部分，琴弦振动时使整个磁路的磁阻发生变化而使磁场强度发生变化而使线圈里产生感应电动势。换句话说，用电机学里的说法，拾音器的信号是变压器电动势而不是运动电动势。

如果说琴信号的实质是运动电动势的话，那么应该是琴弦提供磁场，拾音器线圈与琴弦相对振动切割磁感线产生的运动电动势，但是这好像和事实不符，因为拾音器是磁体，琴弦好像不是（我不确定……我猜不是），就算是应该也没有那么大磁力吧，也是猜的……拾音器的磁场会使琴弦产生感应电动势，但是这个电动势好像没法转移到拾音器线圈里。

上面这些都是我自己的猜测，还是希望学哥给我讲讲~

antonfung · 发表于 2010-5-28 11:29:45

神帖！！！！！！！

xuyanq · 发表于 2010-5-28 13:14:53

号帖子

月殇 · 发表于 2010-5-28 13:25:35

得去老家的杂房找来初中课本补补

黑色的幽默 · 发表于 2010-5-28 14:09:50

必须好好学学

yaoyao · 发表于 2010-5-28 15:25:32

原帖由琴于 2010-5-27 00:06 发表
好文，只是很可惜的是，根据惯例，大部分人都只是叫个好，然后该不懂还是不懂，每个月该来的时候还会来。。。。。。

真希望每个进来的人都能仔细看懂

就你懂，你专家

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