继续设计主动拾音器

dione

上次发帖研究
http://bbs.guitarschina.com/viewthread.php?tid=1505309&extra=page%3D1%26amp%3Bfilter%3Dtype%26amp%3Btypeid%3D113
想要解决emg-81类型的效果器供电时间的问题，无果。
想来自己学艺不精，对运放研究还是不透彻。
那么换个思路，能不能使用外接供电呢，答案当然是可行的。
比如常见的卡农头就能使用幻象供电，或者自行定义接头，甚至可以供电和信号分离。
或者直接来个简单的----------暴力加大电池容量

dione

既然电池不是问题，那么可以以简单的方式提高拾音器性能
1、一根弦一个拾音器
2、降低磁铁强度增加延音时间
3、减少线圈圈数减少分布电容和直流电阻对吉他信号的衰减
4、多级放大减少失真
5、选用低噪音运放不用考虑电流

常见的被动拾音器直流电阻为6k-16k欧姆，分布电容在10nF-300nF，输出电平在60mV-180mV，频响从50Hz-16KHz 有+-6db
看起来挺容易满足的，就以兼容传统单线圈兼容方式设计

dione

首先考虑拾音器的结构：
在芬得吉他中，单拾音器的孔距77mm，线圈宽度18.5mm长度70.5mm，弦距10.4mm。
如果在这样的空间内安装6组12个线圈，每个线圈的安装直径不能大于9.25mm,扣除电路安装空间，高度也会降低一半。
如果使用普通铁芯的话，高度降低一半，磁通降低75%，线圈降低一半，感应电压降低75%，输出电平就从80mV降低到只有5mV

dione

慢慢来啊，我是想做个吉他中国的开放项目，欢迎大家讨论

dione

原帖由 dione 于 2013-1-18 13:24 发表
首先考虑拾音器的结构：
在芬得吉他中，单拾音器的孔距77mm，线圈宽度18.5mm长度70.5mm，弦距10.4mm。
如果在这样的空间内安装6组12个线圈，每个线圈的安装直径不能大于9.25mm,扣除电路安装空间，高度也会降低一半 ...

按照这样计算，每个线圈的直流阻抗阻抗会降低到有800欧姆左右。我觉得这样还不够，800欧的电磁抑制能力还是很差，提高一倍线径，减少闸数到输出电平只有2mV不到了
这样计算，我们需要80倍 就是38db的增益，才能接入传统效果器和吉他箱

dione

dione

第一级反向差分放大20倍后，汇入第二级放大正向10倍。使用常见ne5532。轻松把输入阻抗50欧1mV放大到200mv，每根弦拾音器独立，放大独立，缓冲输出。
C2为可选电容，装上有利于第一级的品质，避免直流互相扰

dione

dione

板子设计成两块，运放是直插当贴片用，这样肚子底下可以放0805的电阻，双面板另外一面可以全覆铜屏蔽，跟输出-端连接。或者可以使用单面板运放另外一面直插，贴片电容电阻都是没有方向性的，反面印板即可。
第一块直接装在拾音器下面，信号一产生立即放大，第二块板装在电路槽里，通过8芯排线连接，或者直接屏蔽网线都可以

dione

谢谢

dione

有点bug回头整理完发个可以直接转印的

裂空雷痕

电磁抑制力是指？

阿拉斯库李

虽然看不懂，但强烈支持，等更新

qingjiaotu

期待，等最后成品，哈哈

dione

线圈宽度等同与有线宽截面积的匝数，会对内阻行成负载产生电压，不能通就过共模抑制掉，当信号小放大倍数高就需要注意

裂空雷痕

匝数对内阻产生电压？实在是没听懂，您能再解释得详细些吗？

dione

pickups和himbucker的区别，就是差分传输在信号采样的区别。抑制共模信号，放大差模信号。拾音器拾取的是内源性的磁场变化，反向的磁场，和反向的线圈，产生对地的差模信号。外源的干扰是同向的磁场，在两个反向的线圈上产生共模信号，可以被差分放大抑制掉。但是线圈有宽度，垂直与线圈磁力线的磁场会被线圈拾取，以内阻除以负载电阻的倍率加载在线圈负载上。反向差分反大的内阻不大，所以这个比率比较大，有1/1000左右，被高倍数放大还是很可观的。由于要把第一级反大做在拾音器上，反向差分放大只要一个运放，正向放大要三个运放，不够空间安装仪表放大，专用芯片又贵交流性能又差，5532是5nvsqrhz以下噪音最便宜的运放，很适合大家自己做，我就这么设计了。要是追求极致性能，可以用ad797这样加上外部元件，6通道正向放大会做出一大块pcb，安装就很麻烦，元件成本会翻几百倍。

金属暴徒

看不懂，但是要顶楼主这样的技术人才。

裂空雷痕

我觉得楼主可以节奏放慢点，讲的深入浅出一点，这样更基于大家交流。我觉得我的理解力应该还算凑合，不过还是有些听不懂。

有个地方我觉得您应该是说错了，humbucker，也就是我们常说的双线圈，应该是反向的磁场同向的线圈，产生差模信号。线圈如果不是同向的话，干扰磁场产生的噪音就不会是共模的了。

您说的线圈的宽度同样可以拾取水平方向的磁场这个我听懂了，不过我觉得这个应该也是共模信号。因为在水平方向上两组线圈也是同向的。

另外您说的内阻和负载电阻都是指什么我没想明白，线圈的直流电阻和放大器的输入阻抗吗？这个倍率又是咋回事，最好是能画个简单的等效电路便于大家理解，比文字叙述直观得多，谢谢。

dione

humbucker的双线圈你可以这样理解，弦靠近磁铁的时候，一个磁力反向增强，一个正向增强。增强的信号一个对地产生正信号一个对地产生负信号，看下是右手定律，就就知道接地的线圈是反向的了。
第二个主要是你忽略了，实际电磁感应产生的是电流信号，在负载上产生电压。作用于对地内阻会折算出电压信号。
我画的电路u1a输入阻抗是0.5k,


emg81输入阻抗是178k但不是差模放大，只是反向放大而已。


[ 本帖最后由 dione 于 2013-1-20 21:16 编辑 ]

dione

这种单运放的差分输入正负输入阻抗不等，负端输入阻抗500欧，正端输入阻抗20 .5k，有20k的的差额，正负线圈的对地阻抗导致干扰会在这个差额上会有源阻/2输入阻抗的干扰产生。而平行于线圈磁力线的干扰会被差分抑制掉。
如果要避免这个问题，只有用高输入阻抗且正负输入对称的仪表放大才行，我是有想直接做仪放版本的，要做就做完美。但是INA128好贵啊 一个拾音器用6个

[ 本帖最后由 dione 于 2013-1-20 21:39 编辑 ]

裂空雷痕

一个正向增强一个反向增强，本身就产生的是互为反相的差模信号。如果线圈又互相反向的话，不就又变成同相了？换个角度想，干扰磁场的变化对于两个线圈可以认为是一样的，这时如果线圈是反向的话那么干扰磁场产生的感应电动势不是变成差模的了吗？

而不论是对于垂直还是平行于线圈方向的干扰磁场来说，两个线圈的环绕面积和宽度面积都是一样的，缠绕方向也一样，那么产生的都是共模信号，应该都可以被抑制，不存在差别。

至于电磁感应产生的是电流信号这个我个人也不认同。如果是电流信号，那么拾音器端电压会随外接负载电阻阻值的增加而增加，极限的情况下如果输出端开路，输出端电压会变得非常大——不过实际情况应该不是这样的，拾音器的开路端电压应该是一个相对的定值（弹奏力度一定前提下），随外接的负载电阻阻值降低而降低，这说明拾音器产生的还是电动势信号，等效为电压源与内阻（线圈直流电阻）串联。

至于差分放大正反相输入端输入阻抗不同的这个情况，其实倒也简单，前面各加一级跟随就行了。我觉得楼主的设计就是走的大手笔路线，再多加几路跟随应该也没关系。

dione

第一总之是这样，反向是指接地方向是信号反向输出处接地，不是线圈反绕。这个只是“反”这个字是相对什么东西反而言，很多时候语言是一个障碍，图片比较好用

第二个共模抑制问题不在于拾音器线圈结构，而在于放大器。反向放大的差模抑制对于内阻无限小的信号源没有问题，就是电压信号没有问题。但是对于电动势，要在负载上产生电压，负载不同造成电压不同

第三个，正规来说，电磁感应是感应电动势，然后在负载上感应出励磁电流，负载无限大磁通变化率一定是有无限小的励磁电流和无限大的感应电压。可以参见楞次定律
常规被动拾音器的负载其实是电位器，所以最高电平是一定的，当然也有分布电容和频率积分造成的交流内阻，直流电阻等等原因，不过如果运放输入不设定阻抗，是很有可能被感应电压击穿。
想5532的正反输入端有二极管保护，ina128 有40V输入电压的保护

[ 本帖最后由 dione 于 2013-1-21 12:44 编辑 ]

dione

我只是想设计一个拾音器，如果不能兼容现有吉他。那么等同于还要设计一个吉他，考虑安装方式，安装位置啥的。
也不能不考虑经济的东西，要不直接上797裸片，高精电阻，绑定到陶瓷基片上，一并烧结出铁氧磁芯。没有个几十万件的订单谁也不敢这么做。
不过我是在考虑买ina128，在自己烂板自己烙铁焊接，两三百的成本还是可以的。反正自己只做一片玩玩。
ina128片内集成高精电阻和一个3运放仪放，不需要补偿，100倍放大转折点在100khz，然后双列直插封装比较适合diy。
不过很奇怪，怎么论坛似乎没人对这个有兴趣

裂空雷痕

画出来就直观了，对于第一个问题看来咱俩的意思是一样的。

不过对于第三个问题，这个是有待论证的。感应电动势的大小等于磁链的变化率，磁链等于磁通量乘以匝数。琴弦振动的振幅和频率都是有限的，那么磁场的变化率也是有限的，线圈的匝数是固定的，所以感应电动势必然是有限的，拾音器感应电压击穿运放的事不会发生。想验证这个事很简单，把拾音器线圈开路接入示波器观测，示波器输入阻抗一般是1MΩ的样子，如果照楼主的理论必定产生极高的感应电动势，不过事实上是不会的。这种实验我做过，即便是我手上的高输出型的拾音器，信号峰值也只在一两V的样子。

总之是拾音器应该是等效为电压源与线圈直流电阻串联（忽略电感和分布电容的话），而不是像楼主描述的那样是电流源与电阻串联。放大器输入阻抗确实直接影响最终效果，但是原理不是楼主描述的那样。

dione

这个就不必论证了，楞次定律已经说的很明白了，琴弦振动的能量是固定的，信号幅度肯定也是固定的

高输入阻抗情况，是可以看做有内阻的电压源，但是我想做的是估计只有200闸，内阻10欧的左右低阻拾
音器，这样可以用2K以下的输入电阻来避开低噪运放的电流噪音问题。

至于选择有输入保护的放大器是因为，吉他并不是总是在弹的。比如摔到地上，啥金属的东西倒在拾音器上
或者调音台带电，安装的时候螺丝刀被吸上去了。足够的保护能力目标要让主动拾音器的寿命“与天同寿”

拾音器怎么说来还是电感，理想的模型既不能用电流源也不能用电压源，还是得用电感
只有在定量分析的时候可以取舍，简化用电流源和电压源取代

裂空雷痕

哎呀……实在是跟不上楼主思路了，楼主你说电磁感应的实质是电流信号，而负载无限大会有无限大的感应电压。我学习是不好，不过我敢肯定楞次定律不会解释出磁通变化一定、负载开路时会产生无限大感应电压。换句话说，拾音器就算开路也就产生那么一两V的电压，外边带载只能越带越拉低，不会更高，担心放大器阻抗设置不当被击穿是没有必要的。

另外说金属的东西啊螺丝刀什么的这个也不用担心，即便是常规拾音器也不会产生足以伤害运放的电压，何况楼主的200匝的。调音台带电……这个应该保护的是运放输出端吧？

最后说一句，降低运放的输入阻抗，确实是降低了运放输入噪声电流产生的噪声电压，但是拾音器匝数降低同样降低了输入信号电压，对于信噪比是不是产生绝对的正面影响这个我个人不敢肯定。

我感觉我的理解能力还是不够，跟不上楼主的思路，暂时先不插话了。祝楼主成功。

wyhasdf

看不懂啊，头都大了。。。 顶啊

dione

中文名称：楞次定律
英文名称：Lenz law
定义：感应电动势趋于产生一个电流，该电流的方向趋于阻止产生此感应电动势的磁通的变化。
应用学科：电力（一级学科）；通论（二级学科）

感应电动势产生的电流抑制磁通的变化，如果磁通变化不能被抑制，就是磁通变化率一定，则电流将会无限增加，负载无限大则电压无限大。
关于这个我不想再解释了，定律就是定律。
至于运放输入级被击穿，你可别不信，看看ne5534的差分输入级，为什么要正反并两个二极管，
你再看看in128的内部框图，输入级有40V的击穿保护电路模块，
但是信号尖峰超过运放的速度的时候，输入级两端超过晶体管开启电压并且保护来不及反应，就会烧了输入级。
有很多仪放是不带输入保护的，不能用在开放式的感应器上，因为不知道外部会有什么样的磁场。
这样如果作为产品来设计的话是很不负责的。

最后一点，30年的努力，晶体管专家才把运放的输入级电压噪音从50nVsprHz降低到了1nVsprHz，
然后1千欧的电阻约翰逊噪音就是4nVsprHz，随便一个被动拾音器都10千欧。
内阻10千欧，前级输入电阻至少100千欧，轻松干掉了晶体管科学家40年的努力。

所以我觉得，在科技日新月异的今天，乐器，特别像电吉他这样的乐器，不能老停留在50年甚至更早以前的设计上。
一些个性化的东西可以保留，电子管的音色，变压器的音色，木头的音色，模拟的感觉。但是噪音这种东西，都是人
人除之而后快的。

[ 本帖最后由 dione 于 2013-1-21 22:26 编辑 ]

dione

今天买了三片贴片双仪放，明天抽空设计电路争取这周把电板设计出来

裂空雷痕

哎呀呀...谢谢楼主让我复习了一遍楞次定律。不过如果楼主坚持认为磁通变化率一定时开路线圈两端能产生无穷大电压的话那我只能闭嘴了。我是搞电机控制的，电磁理论这块也还算凑合，楼主这样解释感应电动势还真是颠覆了我的基本理论认知。

约翰逊噪音这个我确实不懂，不过我感觉那个单位应该是nVsqrHz，想必楼主打错了一个字母。还有就是，大家总讲信噪比信噪比，抛开信只谈噪貌似也不合适。匝数降低了内阻减少了，噪确实是低了，可是信也低了，具体信噪比是提高了还是降低了还得看信和噪随匝数的减少谁降得比较快。谁快的问题我就不懂了，理论匮乏，明天找资料学习一下再说。

dione

磁通这个词有好几个概念我搞混了：“磁通量””磁感应强度“磁通密度“。
一个单位是韦伯一个单位是斯特拉
拾音器是改变斯特拉，导致韦伯改变，你在说韦伯不变安培不变，两码事吧。
电机是被励磁，拾音器是改变结构磁通，琴弦的震动和滑落的铁锤是产生不同的电压。通过更高饱和磁通的材料会改变更大的饱和磁通量。

对于信噪比，一般吉他拾音器的噪音来源主要是非闭合的磁路拾取空间磁场，这个只能通过ｈｕｍｂｕｃｋｅｒ结构改进。缩小磁开路面积可以减少拾取噪音的能力，但是也只有更少的线圈空间，一弦一对线圈是能减少磁开路面积的最好方式。对于匝数，当然能不减少匝数而减少内阻最好，只是结构的妥协不得已减少匝数。

其实我开始是有考虑升压变压器，有极高的共模抑制比，这个东西不需要电，不存在电源抑制问题，不过还是被价格打败了。

蝎之狂舞

思路想法不错，实践检验下吧，电路部分相对容易，那6个线圈有点麻烦，好在匝数不多。
    关于拾音器匝数与输出信号幅度的关系，多年前我做过一组匝数区别实验，3千-7千匝同材料做了5只不同的单拾音器，测试结果5只却无区别，找了2个人听结果都一样。当时没有专业测试仪器，一只LANEY 65R音箱，一把SQ（琴身铣槽，方便快速更换拾音器对比）。加工设备是5轴自动绕线机，恒温浸腊池，手工只是焊接跟缠胶布。当时很纳闷，原本实验目的只是想找到一个最佳音色的匝数，结果无情的打击了我原来对拾音器的认识（跟大家一样，从网络上专家处被灌输的知识，匝数越多，输出越大，音色越暗），最终因为种种原因，没能继续探明到底什么原因造成的这种现象。
    以上实例只是公布一次实验的结果，不排除实验方法不当，失误错误等可能。实验结果并无权威性。仅共参考。
    但我个人仍保持对一些“公认正确理论”的怀疑。
    现在又想了下，感觉明白点了，1只单拾音器线圈等同于多只电感线圈的串联，输出信号的能力可理解为多只电池串联，电池串联只会增大输出电压，而不会增大输出电流，需要输出电流的场合串联不起作用。这么理解的话双线圈应该是电池并联的原理提高了输出，那么降低匝数提高线径是能提高输出的。期待楼主的实验。
     .

dione

电吉他输入都是高阻输入，降低阻抗说实话没多大用，对于12H和3H的拾音器，是挺难用耳朵听出差别的。但是单电感降低到100mH，这个就挺麻烦了。