ZT: 电吉他拾音器专题 (电气篇)

pridejohn · 发表于 2007-7-14 20:30:30

前言:

要了解一个拾音器的特性不能光只从工作原理来看，因為它本身是电子零件，所以就得从电子的角度来看。常听人家说某个拾音器声音怎样音色怎样。但事实上一个拾音器并没有声音，它只是个转换器。它把弦的振动转换成电子信号。重点在於转换的过程，有所谓的频率响应问题。因為输入是弦的振动，输出是电子信号，在转换的过程中，拾音器有自己的个性，导致输入不等於输出。我们要探讨的就是不同的拾音器，不同的外部零件会引起转换特性產生何种变化。

举个例子，当我输入一个信号 A，送进一个增益為B的转换器，得到的输出為C，则C = A x B。 B不等於1的时候，C远永不等於A。当A与B為频率的函数时，C的变化才是我们关心的重点。

拾音器的电器性质:

被动拾音器在电气上的特性主要由几项参数决定，最常见的就是DC阻抗，电感量，还有线圈间的电容。当然磁石强度也会有影响，但是这部份无法选择，且在频率响应上是无关的参数，只是影响信号强度，所以电路模型裡没有磁石强渡这个参数。而外部的负载也影响拾音器的输出甚鉅。我们会在下面证明。

DC阻抗是很容易量测的，只需要一个电錶即可。Fender单线圈拾音器的DC阻抗通常在6K-7.5K欧姆上下。双线圈则在串联时為8K-14K欧姆左右，越高的DC阻抗通常表示绕线圈数越高，因此输出也较高。但越细的铜线阻抗也越高，因此DC阻抗没有办法作為绝对的参考。高遶线圈数虽然带来高输出，但同时也带来高杂讯。绕线数越少的话，声音则越偏明亮。反之，绕线越多则声音会偏中低频较多。超过16K的拾音器偏低频且无生命感。

拾音器的电感量是由绕线圈的多寡、线圈形状、铁心磁导率等参数决定，理想电感对DC信号来说是无阻抗，但在AC信号时，电感是有电感抗的。而铜线併排產生的电容，在AC信号当中也是具有电容抗。

在电感、电容、电阻三者的结合之下，拾音器在电路上形成一个RLC谐振电路。所谓谐振电路意思是信号通过此电路时，在某个频率下有最大的响应。超过或低於这个频率时，电路的响应则越小。通常拾音器的谐振频率多在2K-5KHz左右。但是外接的负载会改变这个数值。因為谐振频率分布在2K-5KHz，因此这范围内的泛音会被加强。而基频则没什麼变化。不同的频率的泛音强度就是让声音听起来不一样的主因。

[ 本帖最后由 pridejohn 于 2007-7-14 21:29 编辑 ]

pridejohn · 发表于 2007-7-14 20:55:09

拾音器的电路模型:

左图是拾音器的电路模型，由一个理想的电感与电阻串联，而铜线之间併排產生的电容则与其并联。

当PU安装在吉他上，接了音质控制、音量控制和导线、AMP之后，整个模型变成下图般。

R2是TONE可变电阻(全开状态)，C2是TONE电容，R3音量调整电阻(全开状态)，C3是导线的电容，R4是AMP的输入阻抗。

其中C1、C2、C3都会把高频信号导引入地，因此他们的数值越大，信号的高频衰减越多。TONE的控制就是调整C2影响信号的多寡。当R2為500K的时候，R2+C2的阻抗较高，C2影响信号较少。整个电路是个低通滤波器，频率越低的信号越可以通过，高频的信号因為电容在高频阻抗变低所以被衰减。另外，R3和R4的数值越高，则谐振频率点的振幅就越高，Q越大。因此使用高阻抗的音量和音质可变电阻可以让声音高频泛音在谐振点附近增加音量。而电感值的大小也会影响谐振频率的移动。越小的电感值可以得到较高的谐振频率点。

整个低通滤波器在信号功率降為一半时((-3dB)往后的频率每两倍会衰减12dB。所以频率越高衰减越大。低频的部份则很滑顺无大变化。

当然只用文字描述根本就让人看的一团雾水，因此免不了要给它模拟一下。

我们选定一些条件就是如上面的电路图所示，一般拾音器输出从0.1Vrms~1Vrms不等，我们取1V，其实这不是重点，我们是看增益(dB)，其他的数值是取自一些常见的拾音器的参数。

上图是TONE转最大的时候，在4.5KHz有个隆起，那就是谐振频率点。此点增益7.3dB表示信号放大了2.3倍。这是RLC谐振电路的特点，虽然是被动电路，但信号也可以被放大，但是整体功率不变。因為信号电压放大电流却变小。

上图是将TONE转到最小的状态。比较和上图的差异，谐振点的频率变成1.7KHz左右。到7KHz的部份就衰减-20dB。所以高频变少了，声音听起来就比较闷，没那麼活跳跳的感觉。
谐振点的峰值没太大变化。

从上面的例子可以看出，光是一个电容就可以让拾音器的频率响应改变，谐振频率点整个位移，进而改变输出的音质。所以其实除了换PU以外，在电路零件的变化上其实也有不少动手脚的空间。

回到最开始的话题，拾音器没有声音，只有转移特性。我们模拟的时候，输入的信号(不是吉他弦的振动信号)是不管什麼频率下大小都一样的，也就是说如果把响应图画出来，它会是一条0dB的直线。0dB就是没有放大没有衰减。就像下图。

输入是一条直线，输出却变成像山一样的曲线，这就是拾音器的转移特性，或是它的增益。输入乘上增益就是输出。红线代表的就是拾音器加上周边线路的转移特性。只要改变拾音器的组态(线圈的数量)或者外部电路，就可以改变这个转特性曲线。把谐振点位移到喜欢的位置。

实际上，弦的振动因為被木头影响，因此在不同频率也有类似的变化曲线，很少有吉他的弦在所有频率下振动的幅度都一样。木材和弦的相互影响是属於机械系统，有其自然共振频率。其实也可以用类似的模型来分析。就像汽车的悬吊系统可以用物理和力学的方程式导出它的转移函数，找出输入和输出的关係。还有桥樑為什麼要算共振频率，且要避掉地震的频率，如果两者频率相同，震动会达到最高值而產生破坏。

[ 本帖最后由 pridejohn 于 2007-7-14 21:32 编辑 ]

pridejohn · 发表于 2007-7-14 20:57:00

更多的模拟:

接下来我将用更多的模拟来说明其他参数改变对PU的转移特性会造成什麼改变。所以的对照标準都以下两图為标準。

1. 改变电感量: 假设L1电感2H变成4H。则结果会变成下图，注意谐振点从4.5KHz变成3.3KHz。

2.换可变电阻: 把电感恢復成2H，把音质和音量可变电阻(R2,R3)改成250K欧姆。则结果变成下图，注意谐振点没什麼变动，但是谐振点的峰值变小，Q度降低(山坡变和缓)。

3.换掉TONE电容: 把可变电阻恢復成500K，TONE电容C2改成0.1uF。变化却不大。原因是TONE可变电阻R2的阻抗很大，因此改变C2的作用必须在可变电阻值转到0时来分析。

把TONE转到最小变成下图这样，高频都不见了。

4.不好的导线: 如果把导线的电容C3加大(比如说用到滥导线，电容特大)成1nF，效果和TONE电容C2变大一样。谐振点从4.5KHz变成3.4KHz，也就是高频少了。所以大家导线要注意的应该是什麼?导线不要太长，因為越长的话电容越大，如果想要高频(泛音)越多的话应该知道怎麼做了吧?不管多贵多有名的导线，不要想的太神奇，都是电线的电容在作祟。通常明亮的导线表示电容量较小。

5.阻抗不匹配: 最后看的就是AMP的电阻R4，正常都是1M，这算是高阻抗。如果你接到其他设备的Line IN孔，输入阻抗是10K(对PU来说很低)，那会发生什麼事情?

只有一个惨字可以形容啊!不仅音量超小，高频都不见了。这就是阻抗不匹配的结果，拾音器内阻高，负载太小，声音变的超级无力。

最后两个模拟的重点在於告诉各位，导线不要用太长，也不要太迷信True Bypass效果器，因為全都是 True Bypass会造成效果器ALL OFF时导线太长反而电容变大导致吃痛，没想到本来想要不吃痛却出现反效果?所以建议尽可能第一颗效果器用缓衝功能(电子式Bypass)的效果器来做，或者使用内建的前级将吉他后面的负载隔离。并且注意阻抗的匹配问题，不是给吉他插的就别乱插，避免拾音器过载，声音死沉。如果通盘考虑，其实单一FET的内置放大缓衝电路是很好的选择，可以隔离拾音器的负载，增加高频输出，防止因為导线过长或太多True bypass效果器的吃TONE现象。

综合以上的分析模拟，我们可以知道其实拾音器和周边线路所造成的转移特性，才是影响整个音色最重的部份，所有后面接的器材不管如何处理信号，他们的来源都是经过这个转移特性处理过的。

[ 本帖最后由 pridejohn 于 2007-7-14 21:34 编辑 ]

631duizhang · 发表于 2007-7-14 20:57:33

沙发...:) :)

pridejohn · 发表于 2007-7-14 20:58:50

楼上兄弟动作好快啊，自己顶一个！

[ 本帖最后由 pridejohn 于 2007-7-14 21:36 编辑 ]

631duizhang · 发表于 2007-7-14 21:42:03

顶了再看...:) :) 学习ing

pridejohn · 发表于 2007-7-14 21:43:35

看了这篇文章后，我决定把我TRUE BYPASS的EH HOLY GRAIL圣杯混响卖了，换一个FET BYPASS的DD-3:)

http://bbs.guitarschina.com/thread-481240-1-1.html

http://bbs.guitarschina.com/thread-472068-1-1.html

kkposh · 发表于 2007-7-14 22:11:38

好帖子！

allenyoung · 发表于 2007-7-14 22:15:34

技术贴啊,虽然看的晕晕的~~

无声de雨滴 · 发表于 2007-7-15 01:25:29

我学电力的,有些都没有懂.郁闷看来要好好补补课~~

zy1983628 · 发表于 2007-7-15 06:33:26

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

nickin112002 · 发表于 2007-7-15 06:45:41

太复杂了
纯技术贴

顶一下!

pridejohn · 发表于 2007-7-18 18:43:39

看来技术帖没什么市场啊，尽管我也看得一知半解，尽管有些观点不能简单认同，但是本着交流提高的原则，看到好文章还是会拿来这里转载，但似乎远没有7ender and Marshall Man之类设备帖受欢迎啊，我本人也很喜欢看设备帖，但还是奉劝各位琴友，有时间的话还是应该看看技术帖，会有不少收获，呵呵。

zy1983628 · 发表于 2007-7-18 19:50:12

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

英语老师 · 发表于 2007-7-18 20:07:12

^13 ^13 ^13

pridejohn · 发表于 2007-7-19 19:10:37

好久不见啊英语老师

flyingnote · 发表于 2011-1-18 12:12:50

好贴，挺起！

a381620013 · 发表于 2011-1-18 18:22:22

[em13] [em13]

shakit · 发表于 2011-3-11 13:36:36

完全不懂...
但要顶！！！

一面湖水LJF · 发表于 2011-5-4 11:19:28

好帖，学习中

doodle · 发表于 2011-5-4 12:33:54

高端啊，理科白痴只能膜拜了

qinghedl · 发表于 2011-5-4 18:06:06

顶高人，虽然自己看不懂！

k900909 · 发表于 2012-1-1 18:55:38

这是绝对的技术贴啊！！！！必顶啊！！！必学！！！必看！！！

616700597 · 发表于 2012-1-1 20:15:57

教物理呢，顶

hancunyiyuan · 发表于 2012-12-22 22:09:18

太棒了，就是没看懂，继续学习

五洋捉鳖 · 发表于 2012-12-22 22:24:30

狂野的疯子 · 发表于 2012-12-23 00:02:13

中国农业金属 · 发表于 2012-12-23 08:22:34

我想国外一些牛B的吉他手也不都是物理学家。。

这尼玛也太深奥了。。

LetheMings · 发表于 2013-12-5 10:18:36

好东西，谢谢楼主

wuzhencheng905 · 发表于 2014-6-11 03:11:57

wuzhencheng905 · 发表于 2014-6-11 03:14:11

mark

背书包上班 · 发表于 2014-6-11 10:31:43

不懂帮顶

山鬼 · 发表于 2015-2-12 12:17:12

好文重读..............

superchaos · 发表于 2017-11-24 16:32:19

好贴子解决了我一直以来的不少疑问

飞天大巴 · 发表于 2017-11-29 14:00:01

帖子很好
但是磁石可不仅仅是强度的问题
磁导率也是在某些频率上的
可以去看看磁性材料的参数
还有磁滞回线这些也会影响到频响

bchf2003 · 发表于 2017-11-29 19:11:03

好贴，挺好的！

Zocllah · 发表于 2017-11-30 00:04:00

十年前的牛贴啊真是
发自吉他中国iPhone客户端

Tovi · 发表于 2018-7-26 04:13:45

好贴，受益匪浅

shuai725 · 发表于 2018-7-26 07:29:11

楼主是不是学电子专业的，写得很专业，看的很爽，然而很多不懂，但看着这样专业的帖子必须顶

楼主既然对拾音器研究颇深，可以考虑自己做一些拾音器，那样GC的伙伴们就不用花高价去买BKP，Tom Holmes这样价格高昂的拾音器了。

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