电吉他拾音器里的玄学
本帖最后由 shahe 于 2022-4-5 18:55 编辑简单的说吉他加了电子拾音器，就可以叫电吉他了，单加了个拾音器，就已经改变了吉他的特性，电吉他声音千变万化，成了现代音乐的主角之一。
一、电吉他拾音器的原理 电吉他发声原理与传统吉他不同，不是以琴弦震动带动吉他箱体的振动发声，而是运用了电磁学原理，它的琴身一般是实体的木头而非空的空箱体。在琴弦下装有线圈，线圈里有励磁体（永磁体）被称作电磁拾音器，各类电磁拾音器工作的电学原理相同——当琴弦在漆包铜线绕制的线圈上震动时，琴弦切割该磁化的线圈的磁力线时，线圈内感应出电动势（电压）并输出。输出感应电动势的强弱取决于切割磁感线的多少（琴弦振幅）、线圈匝数的多少和永磁体的磁场强度。拾音器产生的弱小信号被后面的信号放大器和功率放大器放大后推动扬声器发出更大的声音，加各类效果器后声音变得更加丰富多彩，从而更加个性更加迷人。二、常见拾音器的结构 常见拾音器按照结构一般分为：单线圈拾音器、双线圈拾音器。按照磁路结构可分为开放式、密闭式拾音器。按照电路结构又分为：主动（有源）拾音器和被动（无源）拾音器。01 单线圈拾音器 根据字意，就是一个线圈的拾音器。其外形与结构如下图：02 双线圈拾音器把二个单线圈放一起，电路串联，就是有二个线圈的拾音器。小双拾音器也属于此类。其外形与结构见下图：
上面这个截面图是另一种双线圈拾音器的结构，它是上面双线圈结构图的简化版，去除了导磁板，导磁柱直接与永磁体接触，并固定。
小双线圈拾音器外观小双拾音器体积小，可以原位替代单线圈拾音器，具备双线圈拾音器与单线圈拾音器的特效性。 拾音器组装后一般需经过浸腊工艺，对线圈漆包线间隙进行填充，起到防震动、防潮湿作用，浸腊一般采用高频腊，尽量减小浸腊后匝间电容的增加。拾音器底板有铝和黄铜、塑料材质的，铝和黄铜可以屏蔽来自底部方向过来的电磁干扰。03 开放式拾音器 磁路属于开放式，普通的能看见线圈上小圆铁点或者螺丝、小双拾音器上的导磁厚铁片的都是开放式拾音器。04 封闭式拾音器在普通的能看见线圈圆铁心或长铁条心的拾音器外部加上外罩就是密闭式拾音器，外罩用金属（一般用薄黄铜板）电磁屏蔽罩。也有塑料的，起密封作用但与开放式一样了。封闭式双线圈拾音器05 被动（无源）拾音器和主动（有源）拾音器以上拾音器都属于被动拾音器，而拾音器后加个电源和电子电路，实现拾音器线圈阻抗变换或信号放大，就成了主动拾音器。三、常见拾音器的磁路结构01 单线圈磁路结构见下图，磁力线基本对称，360°都可能引入电磁干扰，但主要是线圈垂直方向的。02 双线圈磁路结构见下图，磁力线NS极对称，抵消了共模干扰，所以比单线圈减少很多的电磁干扰。
封闭式磁路结构 其实就是加上屏蔽外罩的单双、拾音器，一般特指用金属（一般用镀铬薄黄铜板）做的电磁屏蔽罩。有些外罩用塑料材质，只起到密闭隔离作用，对拾音器电磁性能没啥影响。四、常见拾音器的特性01 单线圈拾音器特性 单线圈结构的拾音器拾取琴弦震动产生信号的同时，由于线圈是裸漏在电磁环境中，会受到空间各种电磁辐射的干扰，而电磁辐射又是无处不在的，例如交流电源的工频电磁场和开关电源产生的电磁辐射、工频或电子日光灯、电磁炉等电器产生的电磁辐射之类。单线圈拾音器很容易受到周围电磁环境影响，抗干扰差。但通过在线圈外部加屏蔽可以减弱部分干扰。 在音色上由于单线圈拾音器内阻低，线圈感抗低，匝间电容小，从而声音更加清脆、清晰、干净，但低音差一点，形成中高频亮、低频稍薄的特色。02 双线圈拾音器特性 在一个双线圈拾音器中，两个线圈电极性相反，而磁极性同样相反。因此，在一个双线圈拾音器中的两个线圈，每个都会产生二个电信号。即每个线圈都产生由琴弦震动产生的有用信号和由环境电磁辐射产生的噪音信号。有用的信号通过接线成同相而叠加。环境电磁辐射产生的噪音信号只取决于线圈的朝向——同朝向的电磁干扰信号在两个线圈中相位相反互相抵消，双线圈由于磁场有朝向，信号和噪声都来自弦方向，一般是正面能拾取弦振动的电磁信号和部分噪音，背面就小很多，杂散噪音是有方向的。 双线圈拾音器往往能带来更大的输出（同样的二个单线圈），有着比单线圈拾音器更沉、更厚的音色。在音色上由于双线圈拾音器内阻×2，线圈感抗×2，输出电压×2，线间电容×2从而声音更加响亮、低音强劲、中音响亮、但高音衰减了，听起来高音就模糊了，这就是双拾音器音色特点。03 封闭式拾音器特性 密闭式拾音器也有单、双拾音器，特性基本与其一样，但就是加了屏蔽，噪声更低了。04 被动、主动式拾音器特性 被动式（无源）拾音器由于线圈多匝数（一般在7000匝或更多）电阻值大多在5kΩ~18k左右，漆包线径一般在0.03~0.07mm，线径细同骨架上绕的匝数多，电阻、电感、匝间电容也就大，输出电压也大，反之亦然。线圈的电感量一般在2~8H左右，双线圈串联后就得加倍，线圈产生的电动势大（几十~几百毫伏），而电流微弱。（根据欧姆定律，按输出电压100mV、线圈内阻15kΩ、线圈不接负载计算，输出电流约6.67μA，输出功率：666pW=0.000000666W）由于被动式拾音器输出阻抗高，所以电吉他的音量、音调控制电位器都在250kΩ-500kΩ左右。被动式拾音器输出后，信号质量与后级放大器、效果器之间连线的电磁、屏蔽、阻抗（感抗和容抗）性能有很大的关系，由于输出阻抗高，带负载能力差，就需要后级增大放大倍数、所以：线越长、线间电容越大，高频衰减越大、干扰越多，对电吉他引线也就很讲究，为了减少这些影响，于是就有了主动式拾音器。一根5m长的信号屏蔽线的电容可以达到近1nf（1000pf）在频率3kHz，1nf的容抗约53kΩ。相当于在拾音器输出两端并联了个53kΩ的电阻，所以有些电吉他在拾音器电路中加入了高频提升电路，一般是串入用阻容并联电路，这类似与音响电路中的等响度电路。（等响度：在音量小的情况下，人耳对高频感知力就低一些，会感觉高频声音变小，于是在音量电位器热端与输出滑动端子间串入阻容器件构成的高频提升电路，用来弥补小音量下的人耳高频感知力低的情况）主动式（有源）拾音器是在被动拾音器后加了有电源供给的阻抗变换器（也可以是阻抗变换+信号放大器），阻抗变换器输出电阻可以设计很低（几百欧姆），就是说输出电压与输入电压可以是一样，但驱动能力增大，输出阻抗降低，推动负载能力增强了（所以主动拾音器用的电位器可以是几kΩ），从而减少输出信号对后面引线长短引起的的感抗、容抗的、电阻衰减和杂散干扰。最简单的阻抗变换器就是用一个三极管和阻容器件构成的射极跟随器。但由于加了电子阻抗变换器，输入阻抗可以达到数Ω，输出阻抗可以是几百欧姆甚至更低，被动式拾音器+输出线的容抗、感抗，成就了被动式拾音器的特殊音色。 这个叫法如同音箱的有源音箱与无源音箱一样。 还有就是拾音器里的永磁体一般用两种材料来制作：磁钢（如：铝镍钴合金）和陶瓷(烧结铁氧体)。陶瓷磁铁成本比较低，能产生比较多的高频；而磁钢磁铁的声音则比较温暖。此种感觉应该的磁场强度与磁体导电特性的不同，磁钢，具有导电性，琴弦振动的信号会被涡流损耗损失一点，（高频损失会大一些，频率越高、涡流损耗效应越大）而陶瓷磁铁电阻率高，电磁信号的涡流效应比较小一些（高频损失会小很多）。 还有就是磁钢和陶瓷磁体（铁氧体）的磁特性不同（导磁率、磁通密度），也会影响拾音器线圈的电感量。 其实无线拾音器（电吉他无线发射接收器）也相当于一个主动拾音器，因为被动拾音器输出插头之后直接连接无线拾音器，少了长电缆的衰减和干扰。
这点上电吉他拾音器与有线话筒和无线话筒不太一样，有线话筒的线圈输出阻抗低（动圈话筒一般在600Ω）带负载能力强，而被动拾音器的阻抗达到几kΩ~十几kΩ。
准备组个电吉他
五、影响拾音器特性的因素 拾音器的输出功率大小与永磁体的磁力的强弱和线圈匝数（绕的圈数）的多少成正比。但它同时也会对音色特征产生影响，使设计者在输出功率强度与音色之间寻找平衡。任何线圈都是会接收电磁辐射的感应器，感应器的接收频率与它的阻抗相关（频率越高，阻抗越高，电感量达到几H）。增加线圈匝数的同时会增加线圈电磁感应强度，增加输出电压，但会改变线圈的频率响应。 所以就有了：磁力弱的磁芯和线圈匝数少——清晰的音色（低音不足）。磁力强的磁芯和线圈匝数少——纯净的音色（杂音小）。磁力弱的磁芯和线圈匝数多（或者双线圈）——圆润，饱满的中音。磁力强的磁芯和线圈匝数多（或者双线圈）——高音少，中低音强劲的“金属”风格的声音。01 拾音器等效电路图 一个拾音器的线圈可以被描述成多个电感器（L=L1+L2+L3+…Ln）和一个电阻器R串联，并且与多个匝间电容（C=C1+C2+C3+…Cn）并联。电感量和线圈内阻是主要参数，电感量由线圈匝数、磁芯材料和线圈的几何形状决定。内阻与漆包线的线径和铜质纯度有关，电容与漆膜及线圈骨架材料的介电常数有关。当琴弦运动时，线圈中产生交流电压。所以拾音器可以等效看作交流信号源后附带阻容电子元件的电路结构。同样特性的二个单线圈并连成一个双线圈拾音器，它的电感量、匝间电容量、内阻就是二倍了，频响曲线也就越斜（下降）。单线圈拾音器等效电路图双线圈拾音器等效电路图拾音器线圈匝数越多，电阻、电感L越大；匝间电容C越大，从而频响曲线越下滑，但是由于电感和电容增大，低音信号越大。这个理论如同电子功放绕输出变压器一样。虽然几乎所有的电磁拾音器的频响都不是平直的（决定了各品牌间的音色的区别），但它们的频响没有扬声器那样的许许多多相邻的波峰和波谷。实际上拾音器的频响曲线可以是很平滑下降斜线。
02 影响拾音器特性的因素 拾音器制作中各类因素的不同，就会造成拾音器的特性有所不同，基本如下所述： 1、改变线圈绕线的直径（更换不同粗细的线来绕制线圈）可以改变线圈阻值，从而改变阻抗特性。2、改变线圈形状与大小（单双拾音器）和绕线匝数能够改变电感量，从而变频率响应特性。3、改变线圈的绝缘材料如骨架、线圈浸蜡（主要是线间绝缘的介电常数不一样，浸蜡可以固定漆包线在拾音器里的位置，可以减小漆包线震动，减小高放大率情况下的扬声器与拾音器间的正反馈，减小或消除啸叫，这在后级使用过载类、失真类效果器时正反馈尤为突出）和绕线方式（正反绕或者加层间绝缘、分段绕制——电子管输出变压器理论，但是拾音器的体积限制了这些技术的运用，但也可以用一部分）从而改变匝间电容，影响频率响应特性。还有就是浸腊温度对永磁铁的磁性强度或许也有影响，因为温度高到一定值时永磁体可能会失磁，当然这与永磁体固有特性（材料配方）是有一定关系的，有的永磁体几十度就会失磁，有的可以达到几百度（比如电饭煲的温度开关失磁点在105°左右），当然温度降下来后又恢复了磁性，但还是分开浸腊要好一些吧，线圈可以时间长一点浸透，整个拾音器浸腊可以快速的让腊填充缝隙即刻拿出。4、改变磁路铁心材质和体积可以改变线圈电感量，从而改变频率响应特性。5、改变磁铁材质合金（可导电的金属如：铝镍钴合金）或陶瓷（烧结铁氧体）可以改变线圈电感量和涡流损耗效应，从而变线圈频率响应特性。6、改变琴弦与拾音器间距也可改变声音特征。7、改变磁铁的磁场强度，用磁性更强的磁芯在增大输出功率的同时同样会影响音色，通常是让声音更大、响应速度更快，音色更重。但是大的磁场强度直接的影响是强大的磁芯磁性会吸引琴弦，减弱它的振动强度，也就是影响延音。又改变信号大小和部分频率响应特性。8、再就是基于被动式拾音器加了电源驱动的主动（有源）拾音器，其电路的结构形式也就改变了拾音器特性了。
六、结 语综上所述，不同的拾音器线圈绕线工艺结构与配件材质能够对拾音器线圈的匝间电容、电感、电阻产生影响，从而影响拾音器的响应特性。再加上琴体（各类木料的密度不同、机械共振不同、形状不同）、琴颈、琴枕、拉弦板（固定式、单摇、双摇、小双摇）的材质不同，电路结构形式、切单电路、主被动拾音器、效果器、晶体管功放、电子管功放、扬声器等的特性、听音环境等的不同，造成了各吉他、拾音器品牌间的不同特性。 拾音器把震动产生的电信号最后变成声音，最后就又牵扯到了音响，音响本来就是主观的东西，就是玄学（据说有人通过高级音响能听出火电、风电、水电、核电、太阳能电的区别），金银铜铁木耳朵，弹琴、听众的心理要求与喜好不同等等，最终就成了五彩缤纷的电吉他大世界。 著名品牌 Seymour Duncan的型号就有几百个，Dimarzio也是，这些品牌拾音器动辄几百上千的价格与就一点漆包线+磁铁石+软铁心+塑料骨架的几十元钱价格的反差，再加上各大电吉他厂商品牌自己的拾音器，更是客观上的五彩缤纷乘以主观上的千变万化=∞了。以上是最近自己的国产史提芬电吉他琴颈变形修理和网购了个Ibanez RG970 的琴改造电路时学了些相关知识，加上自己纯手工做过电吉他（拾音器也是自做），在这里总结一下，供大家参考，不妥之处，请多多指教。公众号：许遐客图文：shahe
双线圈拾音器结构图（大） 绝世好文，点赞 学习到了，谢谢楼主
所以从不买那些发烧牌子，最多3大牌。 3015 发表于 2022-4-9 09:31
所以从不买那些发烧牌子，最多3大牌。
8848小罐茶 发好贴，好文 以后科普拾音器的物理原理的时候别再说是琴弦切割磁感线了，这是错的，都没有闭合回路切啥切。。。真正原理是可被磁化的琴弦震动时牵动了磁感线，造成拾音器线圈内的磁通量发生变化，拾音器线圈就有感应电动势了。接上乐器线就形成闭合回路了，就有了电信号。 425358558 发表于 2022-7-27 16:21
以后科普拾音器的物理原理的时候别再说是琴弦切割磁感线了，这是错的，都没有闭合回路切啥切。。。真正原理 ...
正解。就是金属导磁琴弦的振动，改变了拾音器的磁通量，拾音器线圈产生了感应电动势。
顺便说下拾音器线圈浸蜡，浸蜡可以改善漆包线的耐腐蚀效果，但也限制了吉他的反馈啸叫，而实际上很多场合职业吉他乐手需要要这种反馈，例如一个泛音后利用反馈啸叫来渲染音乐。这个用法还常用，是一个非常有用的效果，我的拾音器从不封蜡的。 好专业！长知识了！ 到电容处看不懂，得恶补高中物理电学知识。但是这个文章是近年来少有的好文，深度解释了各种拾音器的工作原理，大长见识。 专业！ 学习学习了，一天懂一点点，顺便问一下，我的RG350如何升级好的音色啊，比较喜欢SOLO newman21 发表于 2023-11-6 20:26
学习学习了，一天懂一点点，顺便问一下，我的RG350如何升级好的音色啊，比较喜欢SOLO ...
只有自己试着更换自己喜欢的拾音器了 425358558 发表于 2022-7-27 16:21
以后科普拾音器的物理原理的时候别再说是琴弦切割磁感线了，这是错的，都没有闭合回路切啥切。。。真正原理 ...
对的，仅有一点中学物理知识的我以前就很困惑——切割磁感线产生电流的前提条件就是要使用闭合回路的导线进行切割，琴弦都不是闭合回路，切割磁感线也不会产生电流呀。今天看了您的回复豁然开朗，谢谢解答！
还是要感谢楼主科普，瑕不掩瑜，大部分知识还是很受用的，希望以后多看到这种好帖子
页:
[1]