Pickups
Um captador é um transdutor eletroacústico ( sensor ) que converte vibrações mecânicas em sólidos ( ruído proveniente da estrutura ) em voltagem elétrica (som ou sinal de áudio ). Isso distingue a captação de conversores de som transportados pelo ar ( microfone ) e conversores de som transportados por líquidos ( hidrofones ).
O sinal de áudio é processado em termos de tecnologia de som e / ou tornado audível, por exemplo, por meio de um amplificador de áudio com um alto - falante .
Exemplos típicos são captadores de toca-discos , que captam as vibrações da agulha deslizando pela ranhura do disco , bem como captadores de instrumentos de cordas . B. Guitarras elétricas .
Predecessores mecânicos
Tal como acontece com os movimentos mecânicos da agulha no fonógrafo ou gramofone , no violino de canudo a vibração mecânica da corda é transmitida a uma membrana, as vibrações do ar são amplificadas por um sino e, portanto, audíveis. O estilete era uma agulha de aço afiado (mais raramente de madeira ou borracha dura).
Coletas para registros
A pickup é um conjunto do toca-discos que é montado no tonearm e consiste em uma caneta, porta-caneta, transdutor e caixa. Um diamante lapidado é preso à ponta do porta-agulha , raramente uma safira ou rubi . No eixo do porta-agulhas montado elasticamente, as vibrações são transmitidas ao transdutor por meio de uma construção em garfo. Isso converte o movimento em uma voltagem elétrica . Às vezes, uma chamada vassoura de acompanhamento é fixada no alojamento do porta-agulha, que tem como objetivo principal remover a poeira e sujeira na frente da agulha de digitalização.
Com o captador de cristal - com um cristal piezoelétrico como transdutor - e o captador magnético - com um sistema de bobina magnética - o registro de longa duração foi possível, que só foi operado a 33⅓ min -1 e, portanto, permitiu tempos de reprodução significativamente mais longos em comparação o registro de goma - laca (78 min -1 ). Em comparação com as agulhas de gramofone, esses captadores exigiam forças de rastreamento consideravelmente mais baixas, o que aumentava a vida útil do disco e da agulha de acordo.
A fim de ser capaz de escanear dois canais de áudio independentemente para estereofonia , captadores estéreo consistem em dois sistemas transdutores na agulha ainda única, que são inclinados em 45 ° na vertical e transversalmente ao sulco de gravação, de modo que sejam deslocados de cada outro por 90 °. Isso significa que eles são ortogonais e alcançam o desacoplamento desejado.
Com a ajuda de uma escala de pickup , a força de rastreamento correta do pickup pode ser ajustada.
Conversor eletromagnético (MM)
Os captadores eletromagnéticos são os captadores mais usados para discos de vinil. Eles são relativamente baratos de fabricar e a caneta pode ser substituída na maioria dos sistemas. No transdutor eletromagnético do tipo Moving Iron (ferro móvel) é movida uma pequena peça de ferro nas proximidades de bobinas com núcleo de ferro. O circuito magnético é excitado por um ímã permanente. Ao alterar a distância entre as partes de ferro, uma mudança no fluxo magnético é gerada nas bobinas, o que leva a uma tensão de indução . Uma variante é o princípio do shunt magnético variável , em que uma peça de ferro na extremidade do porta-agulha do ímã reduz o fluxo através das bobinas, desviando o fluxo magnético.
O porta-agulha geralmente carrega um pequeno ímã em sua outra extremidade, que se move entre as peças polares das bobinas dos dois canais estéreo. Captadores com ímãs em movimento são designados como ímã em movimento (dt., Ímã em movimento ') ou MM. A mudança no fluxo no circuito magnético está ligada à não homogeneidade do campo magnético - quanto maior for, maior será o sinal. Portanto, em princípio, eles causam distorção não linear e intermodulação quando a deflexão é grande.
Os captadores eletromagnéticos geram tensões de sinal mais altas do que os sistemas eletrodinâmicos porque a bobina pode ter um grande número de voltas devido à sua massa menos limitada.
Os conversores eletromagnéticos requerem um pré-amplificador de equalização para a reprodução, que corrige a resposta de frequência do registro ( redução da ênfase , característica de corte ). O captador é conectado ao pré-amplificador de equalização, normalmente integrado em um amplificador de alta fidelidade, por meio da entrada fono . Até o final da década de 1990, os amplificadores de alta fidelidade eram equipados com essa entrada fono como padrão, cuja resistência de entrada é geralmente de 47 kOhm.
Conversor Eletrodinâmico (MC)
Os captadores de bobina móvel eletrodinâmica com são chamados de bobina móvel (dt., Bobina móvel ') denominada ou abreviada como MC. No sistema de varredura dinâmica, as bobinas são movidas em um campo constante e tão homogêneo quanto possível de um ímã permanente. Devido à indução, uma tensão é gerada nas bobinas quando elas se movem. Para manter as massas em movimento, mais precisamente os momentos de inércia (agulha de varredura, porta-agulhas, porta-bobinas e bobinas) o mais baixo possível, as bobinas geralmente têm apenas um pequeno número de voltas. Um fio leve muito fino é difícil de trabalhar e não é confiável. Como resultado, a tensão do sinal em scanners eletrodinâmicos é muito baixa. Na prática, é feita uma distinção entre saída baixa (abaixo de 0,3 mV), saída média (cerca de 1 mV) e saída alta (3 mV e mais). Uma indicação baseada em uma velocidade de 5 cm / s é comum, a indicação é um valor de tensão efetiva com base em um valor de pico de velocidade. Os sistemas MC requerem um pré - amplificador (pré-amplificador) de muito baixo ruído particularmente sensível ou um transformador correspondente ( transformador ) na frente do pré-amplificador do equalizador, que aumenta a tensão por um fator de 30 ou 10 (30 ou 20 dB). Os sistemas de nível de linha às vezes são usados sem um amplificador especial. Em termos de tecnologia de medição, os sistemas podem ser simulados com 3,2 ohms, 32 ohms ou 150 ou 316 ohms. (Para sistemas MM, 1 kOhm é normal.) As impedâncias de entrada associadas dos amplificadores são em torno de 20 ohms a 1000 ohms, com os transformadores geralmente um pouco mais baixos.
A substituição de uma caneta desgastada ou danificada por cartuchos MC só é possível com tipos especialmente projetados, pois as bobinas devem ser firmemente conectadas ao suporte da caneta vibratória. Alguns fabricantes oferecem programas de substituição para sistemas com agulha desgastada. Empresas especializadas podem instalar uma nova agulha no porta-agulhas (recurtimento).
Conversor piezoelétrico
Com o captador piezoelétrico (captador de cristal), as tiras cerâmicas piezoelétricas geram a tensão do sinal quando são dobradas pela agulha de varredura. O sal de seignette , hoje titanato / zirconato de bário , era usado como material piezo . Os scanners piezoelétricos primeiro entregam uma carga elétrica, que é convertida em uma voltagem proporcional a ela por um amplificador de carga para uma boa reprodução de profundidade . Devido à curvatura necessária das tiras de cerâmica, elas são bastante rígidas e requerem altas forças de apoio. A reprodução é influenciada pela ressonância natural. Devido a essas propriedades, esse tipo de conversor é usado apenas em dispositivos de preço muito baixo hoje.
Os conversores piezoelétricos geralmente não utilizam um pré-amplificador equalizador, pois a tensão de saída não é determinada pela velocidade - como é o caso dos captadores eletromagnéticos - mas pela deflexão. Isso corrige a característica de corte (RIAA) em uma aproximação (muito) grosseira . A tensão é tão alta que os amplificadores podem ser controlados diretamente. A impedância de entrada deve, entretanto, ser alta, o que hoje quase só é encontrada em amplificadores de 'instrumentos'.
Diferenças e outros procedimentos
Enquanto o captador de cristal gera uma tensão de sinal proporcional à deflexão da ranhura do registro , com o captador magnético isso é proporcional à velocidade da agulha. Em baixas frequências, captadores magnéticos, portanto, geram níveis de sinal que são muito baixos - seria necessário produzir registros diferentes para ambos os captadores, pelo que uma largura de faixa maior teria que ser fornecida para o captador magnético devido à maior deflexão, com um correspondente redução no tempo de jogo. Com o ajuste da resposta em frequência pelo RIAA - característica que no equalizador pré- compensa os sistemas magnéticos é adaptada ao sinal gravado para que os registros possam ser escaneados tanto com captadores cristal quanto magnéticos.
O desenvolvimento da pick-up atingiu seu pico na década de 1980 após o estabelecimento dos padrões HiFi, quando registros de quadrofone (quatro canais) puderam ser digitalizados com baixo desgaste e forças de rastreamento de menos de 10 mN e faixas de frequência de 20 Hz a 30 kHz .
Para melhorar a qualidade do som reduzindo o ruído, os métodos úmidos também foram testados, além dos métodos usuais de varredura a seco, em que a agulha de varredura se move em um líquido de varredura. Aqui, a fricção mais baixa e o resfriamento aprimorado resultam em menos desgaste da placa e da agulha. A qualidade do som é aumentada significativamente. No entanto, este método tem a desvantagem de que as partículas dissolvidas se juntam na ranhura após a secagem e os discos praticamente só podem ser reproduzidos molhados ou precisam ser limpos, o que é demorado. Se, entretanto, for usada água desmineralizada e não isopropanol , ela seca quase sem deixar resíduos e não tem mais a desvantagem (uma vez úmido, sempre úmido). A composição testada e comprovada do líder de mercado foi o etanol 40% e um aditivo surfactante . Os críticos do processo atribuem os agudos estridentes quando reproduzidos a seco a um desgaste na faixa dos agudos, que se deve ao amortecimento do movimento mais rápido da agulha no líquido. Isso contradiz a afirmação de que os registros são poupados quando são digitalizados. A experiência mostra que os diamantes escaneados duram mais de cinco vezes, desde que estejam secos no resfriamento, até mostrarem sinais de desgaste.
Como alternativa, também houve estudos de viabilidade para digitalização sem contato usando laser ou diodos infravermelhos . A digitalização não tem desgaste, mas esses dispositivos reagiram com muito mais sensibilidade do que os scanners de agulha à poeira e pequenos arranhões. Nas décadas de 1950 e 1960, havia captadores eletrostáticos no mercado que exigiam dispositivos operacionais ou pré - amplificadores especiais , e a implementação óptica do movimento da agulha era similarmente complexa (por volta de 1975).
Com certos processos ópticos sem contato, a regeneração de placas destruídas (rachadas ou quebradas) é possível. Como esses métodos são muito caros, eles são usados apenas para gravações com valor histórico.
Pickups para instrumentos musicais
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Em instrumentos musicais, os captadores são usados para converter a vibração do gerador de tons ( corda , língua ) do instrumento em voltagem elétrica alternada, que pode ser alimentada em um mixer ou amplificador .
Isso se aplica principalmente a instrumentos de corda, especialmente guitarras e baixos elétricos , mas também instrumentos de teclado ( pianos elétricos , órgãos Hammond ). No caso de instrumentos de sopro, por outro lado, é comum gravar o som aerotransportado gerado de qualquer maneira usando microfones .
Dependendo de como eles funcionam, é feita uma distinção entre captadores eletromagnéticos e piezoelétricos.
Captadores eletromagnéticos
Por meio de um captador eletromagnético (engl. Pickup ), a vibração das cordas em uma guitarra elétrica , transformando um baixo ou pianos elétricos eletromecânicos em sinais elétricos ( voltagem AC convertida). No caso mais simples, consiste em um ímã permanente em torno do qual uma bobina é enrolada. O movimento das cordas (elas devem ser feitas de um material ferromagnético) no campo magnético altera sua intensidade de campo. Assim, uma tensão alternada com a frequência de oscilação da corda é gerada na bobina por indução eletromagnética . Essa tensão está em torno de 0,1 V , mas isso também depende da espessura da corda e de sua direção e amplitude de vibração: quanto mais grossa a corda, maior a tensão que ela induz. As vibrações na direção do pólo magnético levam a uma indução de tensão mais alta do que as vibrações na lateral do pólo. A voltagem gerada desta forma é então alimentada para um amplificador de áudio (possivelmente processado por dispositivos de efeitos) . Para reduzir a sensibilidade do captador às ondas sonoras ( microfonia ) e, portanto, a tendência de realimentação, as bobinas costumam ser fixadas em parafina com adição de 20% de cera de abelha.
No caso de captadores para guitarras e baixos elétricos, é feita uma distinção entre os designs de single coil (single coil) e humbucker (double coil), que são caracterizados por duas características sonoras muito diferentes. Os captadores de bobina única frequentemente (mas nem sempre) têm um som mais nítido e rico em sobretons, enquanto os humbuckers soam mais suaves e com ponderação central. Além disso, graças à interconexão especial de suas duas bobinas, os humbuckers oferecem melhor proteção contra ruídos de interferência causados por radiação eletromagnética das fontes de alimentação, entre outras coisas. ser gerado. A posição do captador também é importante para o som. Um som forte e agudo é criado perto da ponte , enquanto um captador perto do braço da guitarra oferece um timbre mais suave, profundo e pesado. Guitarras e baixos elétricos são geralmente equipados com dois ou três captadores separados que podem ser combinados para criar o som desejado.
Os captadores de guitarra são diferenciados entre
- passivos , que tornam o sinal de áudio não processado disponível para processamento posterior, e
- Captadores ativos : possuem um pré-amplificador eletrônico integrado ao instrumento, que normalmente é alimentado por uma pequena bateria. Freqüentemente, também possui controles de tom e volume.
Dependendo do tipo, as características do som podem ser muito diferentes. Isso se baseia amplamente na resposta da frequência de transmissão, que é quase tudo menos linear e, em menor grau, também na sensibilidade (relação entre a tensão de saída e a velocidade do movimento da corda). Uma resposta de frequência totalmente direta (HiFi), que seria tecnicamente viável, geralmente não é apreciada pelos guitarristas, é mais provável que seja considerada chata.
No caso dos tipos passivos (que são muito mais difundidos do que os ativos), a resposta em frequência pode ser descrita como uma primeira aproximação como um filtro passa-baixo de segunda ordem com amplificação de ressonância. A indutância da bobina, junto com a capacitância de carga paralela (capacitância interna do enrolamento mais cabo da guitarra), forma um circuito oscilante, cuja frequência de ressonância é enfatizada em maior ou menor grau. No caso da maioria dos captadores disponíveis comercialmente, isso está na faixa entre cerca de 2.000 e 5.000 Hertz em conexão com cabos comuns. Dependendo da localização, o resultado é uma impressão sonora diferente. A frequência de ressonância pode ser definida mais baixa com capacitores de carga externa adicionais. Isso atenua os agudos altos e o som fica mais quente nas partes médias, o que muitos guitarristas apreciam.
Para caracterização técnica, a indutância é a grandeza mais importante, medida em Henry . A maioria dos graus comercialmente disponíveis está na faixa de 2 a 10 Henry. A resistência de corrente contínua em kOhm frequentemente declarada pelos fabricantes diz quase nada sobre as propriedades de som.
Com humbuckers, além da resposta de frequência, há também o efeito de cancelamento como resultado da varredura em dois pontos da corda. É criada uma característica de "filtro comb", diferente para cada string. O efeito tonal é mais fraco do que o da mesma resposta de frequência para todas as cordas.
A sensibilidade - o volume, por assim dizer - tem efeito no som quando o amplificador é operado na área de overdrive (área "crunch"). Aqui, captadores "mais altos" produzem um som mais agressivo com sobretons mais ricos do que os "mais baixos", mesmo que as respostas de frequência sejam as mesmas. A sensibilidade pode ser alterada trocando os ímãs por outros. Z também. B. Os ímãs de Alnico5 geralmente são muito mais fortes do que os ímãs de Alnico2; Com o mesmo número de voltas e a mesma geometria de bobina, a tensão de saída é correspondentemente mais alta e o amplificador continua a ultrapassar. É assim que resultam as diferentes impressões sonoras. Uma atribuição direta de timbres a diferentes materiais magnéticos - como muitas vezes alegado por leigos técnicos - não funciona na prática.
Com captadores ativos, a resposta de frequência pode ser projetada de quase todas as formas, projetando adequadamente o pré-amplificador embutido. Tipos com uma resposta de frequência "montanha", ou seja, atenuação de graves e agudos e transmissão mais forte em frequências médias, z. B. na faixa de cerca de 500 a 700 Hz. Isso prova ser benéfico para sons de hard rock, onde os amplificadores são fortemente sobrecarregados.
Pickups piezoelétricos
Os captadores piezoelétricos são feitos de cerâmica piezoelétrica : a pressão mecânica ou o som transmitido pela estrutura do corpo sonoro cria uma tensão elétrica.
Como não há efeito magnético subjacente, os captadores piezoelétricos funcionam com instrumentos de corda com todos os tipos de cordas, incluindo cordas de náilon ou tripas.
Os captadores Piezo são adequados para uso em todos os instrumentos acústicos com os quais o corpo ressoa. Eles são usados em violões (guitarras de western, guitarras de concerto), contrabaixos e outros instrumentos dedilhados , como bandolins . Violinos e violinos elétricos também usam predominantemente esses clientes. Algumas guitarras elétricas usam transdutores piezoelétricos para captar um som semelhante ao de um violão, em vez do captador magnético. Eles são úteis para peças de música em que o acústico e outras passagens se alternam - o músico não precisa trocar o violão, mas apenas operar um interruptor para trocar o captador.
Normalmente, o captador é embutido na ponte ou preso entre a ponte e o corpo. Ele então recebe as diferenças de pressão diretamente. Se estiver colado ao corpo do instrumento, funciona como um microfone de som de estrutura: a vibração da corda, que é transmitida para o topo através da ponte, é convertida de uma flutuação de pressão em uma voltagem alternada pelo captador devido à sua inércia. Não é apenas importante ter uma posição a partir da qual o maior número possível de vibrações seja transmitido ao consumidor, mas também o caráter sonoro desejado, que pode ser muito diferente em diferentes pontos.
Como os captadores piezoelétricos têm uma impedância de saída alta , o sistema quase sempre inclui um pré-amplificador operado por bateria embutido no instrumento e geralmente possui um controle de volume e um controle de tom simples .
Uma vez que captadores sensíveis, cada um gravado a partir do som transportado pelo corpo converte (batidas, arranhões , ruído de fundo) em sinais que interferem, pode ocorrer feedback (também feedback fornecido) quando esse tipo de captação de sinais de som do alto-falante é recebido. Para combater esse efeito, muitos pré-amplificadores são equipados com filtros notch ou interruptores de fase, que permitem minimizar o incômodo ruído de fundo.
Os captadores Piezo também são usados em afinadores . Os tons de um instrumento musical são gravados em um ponto de vibração e medidos com o dispositivo. A pickup geralmente é projetada como uma braçadeira. Esta braçadeira pode ser firmemente presa ao afinador, mas também está disponível como uma parte separada.
Captador MIDI
Os captadores MIDI captam as vibrações das cordas individuais de um violão ou outro instrumento. Tanto o sensor piezoelétrico quanto o eletromagnético da oscilação da corda são usados aqui. As vibrações convertidas em sinais elétricos são digitalizadas por uma unidade eletrônica adicional ( conversor A / D ) e convertidas em sinais MIDI por um microprocessador (ver sintetizador de guitarra ).
Os primeiros sistemas analisavam o intervalo de tempo entre os cruzamentos de zero da oscilação das cordas. No entanto, isso levou a latências significativas no sinal MIDI, especialmente em baixas frequências. Os sistemas modernos usam o ataque característico de uma corda para análise de frequência. Com esse método, as latências ficam na faixa de 1 a 5 ms, um atraso quase imperceptível.
Outros usos
Os captadores também incluem o microfone a laser , que é popular entre os serviços secretos, bem como o microfone de laringe e o microfone de condução óssea usados para comunicação em ambientes ruidosos . Todos esses conversores usam som da estrutura para transmissão de voz.
Um caso especial de pickup é o geofone , um instrumento para detectar vibrações mecânicas na terra.
literatura
- Helmuth Lemme: Pickups, Potis & Co. - O funcionamento interno da guitarra elétrica e do baixo. PPVMEDIEN, Bergkirchen 2018, ISBN 978-3-95512-121-1 .
- Helmuth Lemme: Guitarras elétricas - tecnologia e som. Elektor-Verlag, Aachen 2003, ISBN 3-89576-111-7
- Bernhard Walter Panek: Sistemas de captação para instrumentos de corda: Visão geral de guitarras acústicas e elétricas, baixos elétricos, captadores eletromagnéticos, eletrodinâmicos, hexafônicos e piezo, captadores de microfone. Facultas University Press, Viena ISBN 978-3-7089-0323-1
- Cathy van Eck: Entre o ar e a eletricidade. Microfones e alto-falantes como instrumentos musicais. Bloomsbury Academic, New York 2017. ISBN 978-1-5013-2760-5