Многим гитаристам хотелось бы изменить звучание электрогитары в лучшую сторону. Звучание во многом зависит от многих факторов: от самой гитары (т.е. от её исполнения, качества сборки, используемых струн, установленных звукоснимателей и их распайки), от используемого оборудования (начиная от комутации, заканчивая гит. комбо и педалями эффектов) и т.д. Одним из способов изменить звучание электрогитары - это замена звукоснимателей на более подходящие (дорогой способ) или их доработка (дешевый способ). В данной статье речь как раз пойдет о электромагнитных звукоснимателях, их свойствах, о способах измения звучания инструмента, учитывая конструктивные особенности звукоснимателей.

Пожалуй начнем с теории, чтобы понять все физические процессы, происходящие в звукоснимателе. Звукосниматель преобразует колебание струны в эл. энергию. Поэтому звукосниматель можно представить как электрическую цепь. Схема эл. цепи показана на   рис.1.

Катушку звукоснимателя можно описать как идеальную катушку с индуктивностью L в последовательном подключении к сопротивлению R и в параллельном подключении к конденсатору C. Самым важным качеством является индуктивность L, которая зависит от количества витков катушки, от материала магнита, конструкции магнита и сердечника звукоснимателя (более подробно о констукции звукоснимателя рассмотрено ниже). В основном индуктивность и определяют характер звучания звукоснимателя. Сопротивление и емкость оказывают меньшее влияние. Когда струны колеблются, в катушке возникает напряжение переменного тока. Поэтому датчик действует как источник переменного тока с электрическими компонентами   (рис.2).

Внешняя нагрузка состоит из сопротивления (потенциометры громкости и тембра и любое сопротивление заземления на входе усилителя) и конденсатора (из-за ёмкости между проводником и экранирующей оплеткой в гитарном кабеле). Емкость кабеля играет немалую роль, и ею нельзя пренебрегать. Эти пассивные компоненты образуют так называемый фильтр низких частот второго порядка   (рис.3).

Таким образом, этот фильтр обладает частотой среза fg (см. рис. 4); на этой частоте амплитуда сигнала падает на 3дБ (то есть, в v2 раз). При частоте выше fg происходит спад на 12 дБ (на октаву), а ниже частоты среза fg сигнал не меняется. Спада на низких частотах не наблюдается, однако, немного ниже fg существует электрический резонанс между индуктивностью катушки и ёмкостью нагрузки. На этой частоте fo, наблюдается пик амплитуды. Типичный контур частотной характеристики звукоснимателя на   рис.4.

Как видно из рис.4 обертоны в области резонансной частоты fo усиливаются, за этой частотой уменьшаются, а основная вибрация и обертоны до резонансной частоты воспроизводятся без изменений. Таким образом характер звучания звукоснимателя в основном определяется резонансной частотой fo. Резонансная частота большинства существующих звукоснимателей при нормальном гитарном кабеле находится в пределах от 2000 до 5000 Гц. В этой области человеческое ухо имеет наибольшую чувствительность. Вкратце субъективное соотношение частоты и звука таково, что при резонансной частоте 2000 Гц звук тёплый и мягкий, при 3000 Гц - звонкий, на 4000 Гц - пронзительный, на 5000 Гц и выше - хрупкий и тонкий. Звук, конечно же, зависит и от высоты пика. Высокий пик даёт мощный, характерный звук; низкий пик даёт более слабый звук, особенно на цельнокорпусных гитарах, которые не имеют выраженного акустического резонанса. Высота пика на большинстве существующих датчиков находится примерно в пределах от 0 до 12 дБ, в зависимости от магнитного материала звукоснимателя, от сопротивления внешней нагрузки и от наличия металлической крышки (без крышки пик выше, что многим гитаристам нравится больше), а также от внутреннего сопротивления звукоснимателя.

Существуют два основных вида звукоснимателей: магнитные и пьезоэлектрические. Поскольку пьезоэлектрические датчики используются в оновном на акустических, полуакустических и очень редко на электрогитарах сразу перейдем к более актуальной для электрогитары теме - кострукции магнитных звукоснимателей. Магнитный звукосниматель - это электро-магнитное устройство. Поэтому такие звукосниматели работают только со струнами из ферромагнитных материалов (т.е. со стальными струнами с оплеткой из никеля или стали и т.п.) и состоят из двух основных частей: магнитов и катушки.

Магниты звукоснимателя в свою очередь состоят из магнита и сердечника. Эти компоненты датчика являются элементом не изменяемым, именно от них в основном зависят динамические свойства датчика: уровень и копмпрессия выходного сигнала, уровень нелинейных искажений, воспроизводимые частоты датчика. Магниты, как правило, делают из определенных материалов, различающихся по химическому составу. Разделяют 4 типа магнитов: АЛНИКО-2, АЛНИКО-3, АЛНИКО-5 (это сплавы АЛюминия, НИкеля и КОбальта в разных соотношениях) и металлокерамика. Сердечники делают обычно из мягкого железа.
      В зависимости от типа магнита характеристика датчика определяется след. образом: датчики с магнитом АЛНИКО-2 будут иметь более мягкую атаку, насыщенные средние частоты, большую компрессию сигнала, а с АЛНИКО-5 или металлокерамикой - наиболее яркий, динамичный звук с сильной атакой. По форме магниты бывают либо в виде бруска, к которому приклеены сердечники из мягкого железа, проходящие сквозь катушку и подводящие магнитный поток к струнам, либо сами магниты в виде цилиндрических сердечников под каждую струну (типичный пример - стандартный стратовский сингл). По уровню создания неравномерности магнитного поля системы магнит+сердечники можно выстроить в следующую последовательность от меньшего к большему: полосовой магнит (нет сердечников), полосовой магнит + рельсовые сердечники, полосовой магнит + цилиндрические сердечники, собственно цилиндрические сердечники-магниты. Соответственно, чем более неравномерное поле создается магнитом, тем больше уровень нелинейных и динамических искажений, тем более индивидуальный звук будет давать датчик, отличный от истинного звучания струны.

Катушки звукоснимателя мотаются проводом из различных материалов (в основном медным проводом). Параметр катушки - ее индуктивность, которая определяется количеством и толщиной витков провода. Индуктивность катушки как раз и влияет на характер звучания датчика (как было сказано выше, в теории).

Теперь рассмотрим основные типы магнитных звукоснимателей. Магнитные звукосниматели подразделяются на одно-катушечные - синглы (single coil или просто single – один) и двух-катушечные - хамбакеры (humbucker – подавитель фона).

Однокатушечные звукосниматели или синглы. Магниты таких датчиков обычно распологаются под каждой струной (исключение - рельсовые синглы). Выходной уровень сигнала с сингла, по сравнению с хамбакером, небольшой. Искажения и уровень компрессии - невысоки. Сингл можно охарактеризовать хорошой "читаемостью" звука. Такие звукосниматели в основном используются для игры на чистом звуке или с небольшим перегрузом (овердрайвом или дисторшн). Единственный недостаток синглов - они чувствительны к внешним наводкам, создаваемых сетевыми кабелями, трансформаторами, лампами дневного света и другими источниками помех. Это приводит к добавлению посторонних шумов в полезный выходной сигнал с датчика. Наглядный пример сингла - стандартный стратовский сингл   (рис.5).

Двухкатушечные звукосниматели или хамбакеры. Типы конструкций хамбакеров в отличае от синглов очень разнообразны: Standart humbucker, side-by-side Humbucker, hum canceller и др. Но мы рассмотрим конструкцию только стандартного хамбакера (Standart humbucker). Конструкция хамбакера представляет собой два сингла, стоящих параллельно друг другу на одном уровне (рис.6). Катушки этих синглов включены электрически противофазно и (как правило) последовательно. Таким образом, магнитный поток в катушках при колебаниях струн меняется противофазно, однако, учитывая то, что катушки включены противофазно электрически, получаем, что сигналы, наведенные струнами в катушках, синфазны друг другу и в силу последовательного соединения катушек полностью складываются. При этом внешние наводки и шумы, на которые никак не влияет магнитное поле магнита датчика, взаимоуничтожаются. В результате в выходном сигнале с датчика не присутствуют шумы от внешних наводок, что является основным приемуществом хамбакера перед синглом, так же уровень сигнала намного выше, чем у синглов. Поэтому хамбакеры более подходят для использования эффектов с жестком ограничением сигнала (например дисторшн). К недостанком хамбакера можно отнести - размытость и низкая читаемость при чистом звуке без эффектов искажения. Это обусловлено удалением катушек хамбакера друг от друга. Катушками хамбакера происходит снятие колебаний струны с двух точек. Между этими точками существует разность фаз гармоник колебания струны. В результате получается, что в выходном напряжении хамбакера складываются не все гармоники колебания струны, а только их часть. Другая часть гармоник при этом взаимовычитается. В результате АЧХ хамбакера будет иметь периодические плавные провалы и подъемы в отличии от сингла (АЧХ сингла более равномерная).
      Фирмы-производители также обычно подразделяют хамбакеры на два типа: нековые (neck - гриф) и бриджевые. Нековые хамбакеры (которые предназначены для установки возле грифа) отличаются от бриджевых (устанавливаемые возле бриджа) только уровнем выходного сигнала: нековые имеют выходной уровень ниже, чем бриджевые, соответственно эл. сопративление некового датчика меньше, чем бриджевого. Эта конструктивная особенность обусловлена тем, что амплитуда колебаний струн начиная от грифа до бриджа постепенно понижается. Поэтому возникает необходимость усиления выходного сигнала снимаемого со струн возле бриджа, чтобы уровень сигнала с некового и бриджевого датчиков примерно были одинаковы.

Теперь перейдем от вышесказанного к практике. Т.е. к доработке звукоснимателей на конкретном примере. А именно доработкой датчиков гитары фирмы Godin, устанавливаемые на гитару модели Freeway Classic.

В отношении доработки звукоснимателей можно рассматривать следующие способы:

1. Поставить новые звукосниматели. Это самый распространённый, но и самый дорогой способ. Для этого нужно предварительно знать АЧХ покупаемого датчика, его выходные параметры (вых. напряжение) соот. требуемым вашим запросам. Кроме того звучание покупаемого датчика сложно проанализировать заранее, т.к. оно еще зависит от параметров эл. схемы распайки гитары на кот. они будут установлены. Поэтому лучше отталкиваться от советов людей, кот. имели дело на практике с конкретными датчиками утанавливаемыми на определенную гитару.

2. Изменение внешней нагрузки (параметров емкости и сопративления внешней нагрузки). Этот метод, несмотря на дешевизну, может оказаться эффективным. Лишь немного потратившись на электродетали, можно регулировать звук в широких пределах. Стандартные регуляторы тембра снижают резонансную частоту благодаря параллельному подключению конденсатора к звукоснимателю (обычно используя для управления переменный резистор). Поэтому одним из способов изменения звука является замена обычного регулятора тембра поворотным переключателем, который подключает к датчику конденсаторы различной ёмкости (например от 470 пФ до 10 нФ). Это даст гораздо большее разнообразие звуков, чем обычный регулятор тембра. Но не стоит забывать об используемом кабеле, т.к. ёмкость между проводником и экранирующей оплеткой в гитарном кабеле (как было сказано выше в теории) сильно влияет на звук. Но предотвратить воздействие емкости кабеля на характеристику датчика можно путем добавления дополнительного буферного усилителя. Но это сильно усложняет конструкцию звукоснимателя и требует подачи питания для усилителя, плюс еще затраты на покупку усилителя. С добавлением буферного усилителя мы практически получаем аналог активного звукоснимателя.

3. Изменить распайку катушек в существующем звукоснимателе. Это можно сделать практически со всеми хамбакерами. Обычно обе катушки подключены последовательно (как и на гитаре Godin мод. Freeway Classic). Если подключить их параллельно, индуктивность снизится в 4 раза, а резонансная частота (при прочих равных) удвоится. Использование в хамбакере только одной катушки снизит индуктивность в 2 раза, за счет чего увеличится резонансная частота. В обоих случаях звук изменится и станет более богат высокими частотами, т.е. значительно изменится АЧХ датчика. Кроме того при смене распайки заводских хамбакеров можно избавиться от фона (который присутствовал ранее), изменить конфигурацию переключателя звукоснимателей (напр.: путем отсечения одной катушки хамбакера можно получить сингл) и т.д.

Как добиться изменения звучания гитары из перечисленных выше способов рашать вам Самим - обладателям гитары, гитаристам.

Далее я постараюсь описать весь процесс, проделанный мной, при доработке распайки звукоснимателей электрогитары фирмы "Godin" мод. "Freeway Classic" (описание модели есть на оф.сайте Godin - www.godinguitars.com ). При доработке я придержевался 3-го способа, в основном из-за дешевезны и сравнительной простоты. Такой доработкой практически может заняться любой гитарист, если на гитаре установлены фирменные хамбакеры, а не китайские датчики.
      На данной модели установлены 3 звукоснимателя фирмы Godin: нековый хамбакер - GHN1, сингл - GS1, бриджевый хамбакер - GHB1(фото на рис. 7). С завода-изготовителя катушки хамбакеров были включены последовательно в противофазе. Обычно на многих хамбакерах, устанавливаемых на гитару фирмой-изготовителем, есть четыре выходных провода (по два на каждую катушку), чтобы можно было пробовать разные комбинации соединения катушек, не прибегая к вскрытию вукоснимателя. Но к сожелению хамбакеры Godin не имели 4 вывода.

Как видно по фото хамбакеры имеют два вывода, а обе катушки соединены перемычкой (красн. провод - у бриджевого хамбакера, тонкий белый - у некового), заходящей прямо в корпус катушек. Для наглядности схема распайки хамбакеров Godin GHN1 и GHB1 приведена ниже на рис.8. Здесь же на этой схеме я также привел распайку катушек хамбов параллельно в противофазе, кот. я использовал при доработке.

Самое главное при измении распайки хамбакеров не перепутать выходные концы катушек. Иначе если перепутать выводы можно включить катушки не в противофазе. В таком случае на выходе хамба получим шумы от наводок (как у сингла). Поэтому многие фирмы-изготовители, занимающиеся производством магнитных звукоснимателей (Seymour Duncan, DiMarzio) всегда предоставляют схему возможных распаек датчиков; выводы звучков всегда маракируются цветами соот. этой схеме. Например возможные схемы распайки датчиков Seymour Duncan  < здесь> , распайки датчиков других производителей  < здесь> .

Суть в том что любой датчик имеет поляность. Т.е. 2 вывода однокатушечного датчика имеиют полярность "+" и "-". То катушки хамбакера (двухкатушечного датчика) также имеют 2 вывода на каждую катушку с полярностью "+" и "-". Таким образом чтобы включить катушки хамба параллельно в противофазе необходимо соединять "+" одной катушки к "-" другой и наоборот - "-" к "+". Обычно "-" выводят на землю, а с "+" идет сигнал с датчика дальше по цепочке на переключатель, фильтр, состоящий из переменного резистора и конденсатора и т.д. На схеме распайки хамбакеров ( рис.8 ) все четыре вывода с катушек отмечены соот. их полярности "+" -ом и "-" -ом. Эту схему я составлял сам учитывая все возможные варианты распайки хамбов и беря за основу примеры распаек хамбов других фирм-производителей. Оригинальную схему распайки Godin я не нашёл даже в инете. Но на практике оказалось, что я все же не ошибся с полярностью катушек. Полностью схему доработанной мной распайки гитары Godin Freeway Classic привожу на   рис.9.

По схеме отрицательный вывод "-" двух хамбакеров и сингла соединен с металлическими корпусами звукоснимателей, потенциометров, бриджа, пятипозиционного переключателя (5-way switcher). Положительные вывода "+" датчиков идут через корпус гитары на переключатель (5-way switcher). Положение позиций переключателя соот. включеннию датчикков согласно этой схеме. Далее сигнал с датчиков поступает на фильтр (tone), состояшего из последовательно включенных сопративления и конденсатора, и на регулятор уровня выходного сигнала (volume). Согласно этой схеме и редполагалась доработка гитары.

Теперь попытаюсь описать весь процесс доработки, проделанный мной поэтапно.
Заводские хамбакеры не имели 4-х выводов (как я указывал раньше). Поэтому пришлось полностью разбирать корпус хамба и паять новые вывода. Для новых выводов я использовал экранированный провод небольшого сечения (примерно около 2 мм в диаметре цельная жила с экраном и изоляцией). Единственный недостаток, что у кабеля всего 2 жилы с раздельной экранирующей оплеткой. В идеале лучше использовать экранированный кабель с 4 жилами (по одной жиле на каждый вывод хамбакера). Но такого в наличае не имелось. Была идея вообще для одного хамба использовать два двухжильных кабеля с экраном. Но отверстие в корпусе гитары не позволяло просунуть эти кабеля и довести их до переключателя с тыльной стороны гитары. К тому же думаю вряд ли можно найти и тонкий 4-хжильный кабель -). Хотя и это попровимо если рассверлить отверстие в корпусе гитары. Но я не решился такое проделать с практически только купленной гитарой.
      Двухжильные кабеля я сразу припаял к выводам 2-х хамбакеров. Решил припаятся следующим образом: 1-ую жилу к "+" верхней катушки, экраном к "-" второй; 2-ую жилу с экраном аналогично. Т.е. припаивался по принципу - экраном к "-" выводам катушек, жилами кабеля к "+" выводам катушек. Экран от "-" вывода верхней катушки сразу припаял к металлическому корпусу хамба. После пайки собрал корпус хамбакера - скрепил катушки и закрыл нижнюю часть металлическим корпусом, обматал плотно изолентой так чтобы катушки вместе с корпусом не балтались. Конечно обычно в таких случаях катушки заливают парафином как было при фабричной сборке. Но парафина в наличае не было, да и много возни с ним. Результат сборки на фото ниже.

Сингл фирмы Godin имел 3 вывода: первый вывод (белый) - "+"; два вывода (черных) - "-" и вывод, припаянный к корпусу сингла. Вывода у сингла не менял, т.к. длины выводов хватало на протяжку через корпус гитары.
      Хамбакеры с припаяными эранированными проводами и сингл вставил в корпус гитары, провода аккуратно провел через отверстия в верхней части корпуса гитары. Все провода от датчиков вывел в отверстые с тыльной стороны корпуса. Остался даже запас провода от всех датчиков.

Далее сделал распайку гитары соот. схеме на рис.9. Вообще после того как уже выведены все вывода с 3-х датчиков (4 вывода - с каждого хамбакера, 3 вывода - с сингла) можно в дальнейшем эксперементировать с распайкой. Т.е. например можно сделать распайку катушек одного хамба параллельно в противофазе, второго - последовательно или у обоих хамбов - параллельно. Возможны и другие варианты: например установить дополнительно поворотный переключатель вместо регулятора тона и использовать его для отсечки одной катушки хамба. Вообщем доступно много вариантов, и при этом, чтобы поменять распайку датчиков уже не нужно снимать струны, вынимать и разбирать датчики -). Достаночно снять крышку с задней стороны гитары и менять распайку выводов по своиму усмотрению, в зависимости от того какой результат вам больше подходит.

Я сделал распайку катушек параллельно в противофазе по своим предпочтениям. По сравнению с заводской (параллельной) распайкой по слуховым ущущениям звук гитары стал более богат верхней серединой. Звучание хамбакеров более приблизось к звучанию синглов. При заводской распайке датчиков меня не устраивало то, что в звуке присутствовала размытость и недостаточная читаемость нот даже при достаточно большой атаке медиатором (конечно на звучание гитары тоже влияет и специфика используемого оборудования, так что - это всего лишь мои слуховые ощущения до и после доработки). К сожалению АЧХ датчиков до и после доработки снять при помощи программы не удалось.

Далее все выводы протянутого кабеля от датчиков, несоединеенных с землей, пипаял к 5-позиционному переключателю. Конфигурацию 5-позиционного переключателя датчиков оставил стандартной: верхнее положение - подключен нековый хамбакер; 2-е сверху - нековый хамбакер и сингл; 3-е сверху - сингл; 4-е сверху - сингл и бриджевый хамбакер; самое нижнее соот. - бриджевый хамбакер.
      Выводы датчиков соединенных с землей нарастил дополнительно проводами. Нарощенные провода спаял вместе на корпусе потенциометра вых. уровня (на фото ниже). Два черных провода от сингла (вывод с корпуса сингла и (-) вывод с катушки) соединил вместе а замем с землей. Также припаял к земле заземляющий кабель бриджа, корпус 5-позичионного переключателя тоже заземлил. Параметры фильтра, состоящего из сопративления и конденсатора, оставил без изменений. Поменял потенциометр вых. уровня сигнала датчиков. Родной потециометр был на 500 кОм. Установил на 250 кОм, для большей чувствительности регулировки. К тому же родной потенциометр давал шумы при повороте ручки громкости, требовалась его ревизия. Результат проделанной работы на фото.

Следующий этап, после того уже как установлены струны и проверена работоспособнось датчиков гитары - регулировка датчиков по высоте относительно струн. Здесь уже надо отталкиваться от следующего принципа: чем ближе приподнят датчик к струнам, тем выше по уровню выходной сигнал с него, но уменьшается сустейн (из-за того что магниты притягивают струны к себе и гасят их колебания) и наоборот - чем дальше датчик от струн, чем ниже выходной уровень с него, зато струны не подвержены силе притягивающей их к магнитам. Оптимальная настройка датчиков по высоте, относительно струн - когда уровень выходного сигнала с каждого из них примерно одинаковый. Выходной уровень сигнала с датчиков лучше сравнивать, прослушивая его в наушниках, подключив гитару к гитарному процессору или звуковой плате компьютера (в таком случае можно даже замерить вых. уровень в децибелах при помощи соот.программы). Естесственно выходной уровень сравнивается без использование каких-либо эффектов обработки (дисторшн, компрессор и т.п.), гитара должна быть подключена напрямую в звуковую карточку, а гитарный процессор использовать при байпасе (bypass).
      При настройке датчиков по высоте я сравнивал их вых. уровни на слух через гитарный комбо используя канал Clean. Наушники не использовал. Сравнивал уровни через динамик гит. комбо при среднем положении громкости и гейна. По результатам вышла примерно такая картина: нековый и бриджевый хамбакеры звучат примерно одинаково по вых. уровню, вых. уровень сингла - ощютимо меньше. Но этого и следовало ожидать (вых. уровень у хамбов всегда выше, чем у сингла). В итоге мне даже пришлось еще ниже опустить сингл, т.к. при игре на гитаре медиатор периодически за него задевал. Это не так было важно для меня т.к. я собирался использоваль сингл только в паре с хамбакером (нековым или бриджевым). Дальше я занялся регулировкой по высоте магнитов с сердечниками хамбакеров. Как видно по фото одна из катушек хамбакера Godin имеют магниты с сердечниками кот. настраиваются по высоте (есть прорезь под плоскую ответку у каждого магнита). Эта регулировка необходима для того, чтобы выходной уровень снимаемый магнитом с каждой стуны был примерно одинаковый. Здесь регулировка делается по тому же принципу как и регулировка датчиков - чем дальше от струны, тем ниже вых. уровень. Такую регулировку я уже производил через гит. процессор с наушниками, т.к. требовалась уже большая точность.

P.S. Результат доработки меня полностью устроил и пока по прежнему устраивает. Звук моего инструмента преобразился, чего мне и требовалось. По ощещениям прибавилась верхняя середина и большая читаемость при звукоизвлечении, динамика при различной атаке медиатора тоже стала более ощутима. На слух уровень шума от внешних наводок не ощущается при включении хамбакеров (как и было до доработки) даже при использовании канала с овердрайвом. Шумы появляются только при включении одного сингла. При включении сингла в паре с одним из хамбакеров шум почти не ощутим. Единственное что еще хотелось сделать в дальнейшем - это поставить дополнительно поворотный переключатель для отсечки одной катушки каждого хамбакера и поэксперементировать с заменой фильтра из сопративления и конденсатора, на фильтр из паллельно включенных конденсаторов различной емкости.
      Вся проделанная работа обошлась без каких либо финансовых затрат. Не было никаких расходов на дополнительный материал, использовался только уже имующийся в наличае подручный материал. Работа заняла у меня пару дней.