Звукосниматель – прибор, преобразующий механические колебания в электрические в целях воспроизведения механической записи звука. Звукосниматель состоит из двух основных частей: головки и тонарма. Головка является электромеханическим преобразователем, посредством которого механические колебания иглы, движущейся по канавке граммофонной пластинки, преобразуются в переменное электрическое напряжение. Тонарм в виде стержня, на конце которого укреплена головка, обеспечивает правильное положение иглы в бороздке. Применяют главным образом головки электромагнитного и пьезоэлектрических типов. Электрическое напряжение, возникающее в головке, обычно мало и требует дальнейшего усиления.

При более сложной физике преобразования механической энергии непосредственно в электрическую, пьезозвукосниматель является простым и прогнозируемым устройством. Пьезозвукосниматель – это пьезокристал с обкладками из проводника, поэтому его свойства полностью заранее определены физическими свойствами этого кристалла.

Пьезозвукосниматель имеет ровно одну характеристику – емкость. Его эквивалентная схема – это источник напряжения с последовательно включенной ёмкостью. Причем эта емкость имеет достаточно малую величину 100-500 пФ. Поэтому, чтобы получить от пьезозвукоснимателя какой-либо звук вообще, его необходимо нагрузить на повторитель напряжения с очень большим (3-10 МОм) входным сопротивлением, чтобы уменьшить влияние емкости на передачу низких частот. Поэтому вместе с пьезозвукоснимателем, как правило, всегда устанавливается активная электроника: эквалайзер или буферный каскад. Это его единственный, но вполне решаемый недостаток, в остальном он имеет много преимуществ по сравнению с индуктивными датчиками.

Пьезозвукосниматель не образует никаких фильтров НЧ второго порядка, он не подвержен шумам и наводкам, поскольку полностью отсутствует индуктивность, его емкость очень мала, а сам датчик является электромеханическим. Это означает, что колебания струны преобразуются в электрические не посредством изменения каких-либо электромагнитных параметров системы: струна-датчик (емкость, магнитный поток и т.п.), а непосредственно пьезокристалл обладает свойством при приложении к нему механических сил генерировать напряжение, появляющееся на обкладках этого кристалла. Это хорошо так же и тем, что колебания струны снимаются максимально в полной мере, а именно и продольные и поперечные колебания (по двум направлениям в пространстве), а также колебания деревянного корпуса гитары, в отличие от индуктивного датчика, который снимает только поперечные колебания струн перпендикулярные магнитной оси катушки! При этом такая проекция общего пространственного колебания может иметь минимумы вплоть до нуля.

Магнитные звукосниматели подразделяются на два вида: с подвижным магнитом (moving magnet) и с подвижной катушкой (moving coil). Основополагающий принцип действия одинаков для обоих типов - индукция тока в проводнике при его взаимодействии с магнитным полем. Однако в первом случае э.д.с. в проводнике возникает в силу изменения магнитного поля, а во втором в результате перемещения самого проводника в постоянном магнитном поле.

 

 

Звукосниматель выпускаются для воспроизведения монофонических звукозаписей и стереофонических звукозаписей на граммофонных пластинках с помощью электропроигрывателей, радиол и т.д.

Пьезозвукосниматели бывают в основном двух типов:
• в виде стержня, который кладется под порожек и снимает в первую очередь колебания струн;
• в виде кружочков разного размера (площади), которые прикрепляются к корпусу гитары и снимают в первую очередь колебания деки. 

В головках с подвижным магнитом маленький магнит прикреплен к иглодержателю. Он перемещается относительно неподвижных катушек в соответствии с колебаниями иглы. Изменяющийся по величине и направлению магнитный поток индуцирует в катушках э.д.с. Фиксированное расположение катушек внутри корпуса головки позволяет изготовлять их с большим количеством витков, что обеспечивает высокий уровень выходного сигнала, вплоть до 8 мВ. Головки с подвижным магнитом обеспечивают достаточно равномерную частотную характеристику, широкий диапазон воспроизводимых частот, технологичны и относительно недороги в производстве. Они обладают дополнительным потребительским удобством, так как вся подвижная система обычно выполняется в виде сменной вставки, что позволяет менять изношенные иглы самостоятельно в домашних условиях. Однако ММ головкам присущи два основных недостатка. Современная технология не позволяет изготовлять магниты меньше определенной массы, создающие достаточное магнитное поле, что лимитирует уменьшение массы подвижной системы ММ головки. Это приводит к ограничению возможности снижения искажений и полноценного воспроизведения высокочастотных сигналов. Кроме этого ММ головки очень критичны к характеристикам нагрузки. Стандартное сопротивление нагрузки должно быть не менее 47кОм, а суммарная емкость входа предусилителя - корректора, соединительных кабелей и проводов в тонарме в пределах 200-400пФ. Производители обычно указывают рекомендуемые характеристики нагрузки для каждой конкретной головки. Отклонение величины емкости от рекомендованной может привести к значительной неравномерности АЧХ головки в области высоких и средних частот.

В головках с подвижной катушкой к иглодержателю прикреплены миниатюрные индукционные катушки. Постоянный магнит, в поле которого они двигаются, неподвижный и закреплен в корпусе головке. Такая схема обеспечивает минимальные искажения в процессе преобразования механических колебаний в электрические, так как обмотки катушек двигаются в мощном однородном магнитном поле, а их перемещение не влияет на само поле.

Важным преимуществом расположения катушек на иглодержателе является значительное снижение массы подвижной системы. Благодаря этому головки с подвижной катушкой великолепно воспроизводят высшие частоты, обеспечивают лучшее разделение каналов и объемность стереопанорамы. Для сердечников катушек используются самые разные материалы - в более дешевых моделях это могут быть магнитные материалы для повышения индуктивности и соответственно чувствительности, в дорогих моделях немагнитные, в том числе рубин. Применение немагнитного сердечника исключает искажения, связанные с гистерезисными свойствами и остаточной намагниченностью ферритовых и железных сердечников. К тому же рубин обладает благоприятными, с точки зрения музыкального воспроизведения, резонансными свойствами. Снижение массы подвижной системы достигается уменьшением количества витков катушек, что и обуславливает низкое выходное напряжение (низкую чувствительность). Малое число витков, в свою очередь, вызывает необходимость применять мощные и массивные постоянные магниты. Более того, для увеличения силы магнитного поля применяется подмагничивание постоянным током. Питание катушки подмагничивания обеспечивается калиброванным ламповым блоком питания.

Несмотря на сильные магниты, чувствительность таких головок составляет всего лишь 0,1 - 0,2 мВ. Это не позволяет подключать головки с низким выходом напрямую к обычным фонокорректорам. Для первичного усиления сигнала с головки используются специальные повышающие трансформаторы. Очевидно, что при всей своей простоте это довольно деликатные устройства, т.к. при работе со столь слабым сигналом они должны обеспечивать высокое соотношение сигнал/шум, хорошо противостоять внешним наводкам и не вносить искажений, обусловленных магнитными свойствами сердечников. Кроме этого высококачественные трансформаторы могут иметь регулировки по входу и выходу, позволяющие оптимально согласовывать импеданс источника и нагрузки.

Еще одним достоинством головок с подвижной катушкой является то, что они практически некритичны к величине емкости нагрузки.

Игла звукоснимателя является первым звеном в канале воспроизведения грамзаписи. К этой детали подвижной системы звукоснимателя, находящейся в непосредственном контакте с микроскопическим рельефом канавки, предъявляются особые требования с тем, чтобы получить, возможно, более точное копирование иглой модуляции канавки в рабочем диапазоне частот и обеспечить достаточный срок службы самой иглы и пластинки. В патефонах и звукоснимателях ранних конструкций применялись стальные конические иглы с рабочей частью в виде полусферы. Такие иглы были пригодны для непрерывного использования в течение примерно 5 мин., иными словами к концу проигрывания одной стороны 30-ти сантиметровой пластинки на 78 об/мин игла имела заметные следы износа и во избежание порчи пластинки и искаженного звучания должна была заменяться. Кроме этого выпускались иглы для многократного проигрывания из твердых сплавов и корунда. Такие иглы требовали замены после 3-5 часов использования. Среди коллекционеров пластинок известны также бамбуковые, фибровые и другие "мягкие" иглы, применяющиеся из соображений сохранности пластинок и уменьшения помех при их проигрывании. На деле иллюзия уменьшения шума обуславливается неспособностью иглы воспроизводить высокие частоты из-за неудовлетворительной формы острия и его быстрой деформации. До появления легких магнитных звукоснимателей бамбуковые иглы использовались также при контроле металлических оригиналов.

Наиболее простыми в изготовлении и поэтому недорогими были и остаются сферические иглы. Радиус закругления острия игл первых звукоснимателей для долгоиграющих пластинок был 15-20 мкм. По мере совершенствования записи и расширения ее частотного диапазона до 20 кГц и выше, возникла необходимость уменьшения радиуса рабочей части, т.к. сферические иглы с большим радиусом просто не могли реализовать все возможности записи. Однако уменьшение радиуса приводит к уменьшению площади контакта игла - канавка, и, следовательно, к повышенному давлению в месте контакта и к необратимым деформациям материала пластинки. К примеру, при прижимной силе звукоснимателя 0,03 Н (3 гр.) давление на стенку канавки может достигать более 100 кг/мм².

К счастью материал современных пластинок до определенной степени хорошо противостоит кратковременным деформациям, возникающим при проигрывании. Форма канавки восстанавливается немедленно или через небольшое время после снятия нагрузки (т.е. по прекращении контакта между иглой и канавкой). Пластмасса, из которой изготавливаются диски, состоит из синтетических смол с добавками, растворяющимися или плавящимися в них. Наиболее широкое применение получила винилитовая смола - сополимер винилхлорида с винилацетатом. Она составляет порядка 97% среди компонентов пластиночной массы, в которую в незначительных пропорциях добавляются различные стабилизаторы, смазки, красители и прочие присадки, в зависимости от рецептуры производителя.

Эта часть является звеном, передающим колебания иглы подвижному элементу электромеханического преобразователя головки звукоснимателя. Иглодержатель должен быть жестким, легким и не иметь собственных резонансов. Как отмечалось раньше, минимизация массы, а, следовательно, инерционности подвижной системы головки повышает надежность следования иглы в канавке (trackability), улучшает воспроизведение высоких частот и разделение каналов. Для достижения указанных свойств, при изготовлении иглодержателей используются самые разные, иногда экзотические материалы, в том числе бор, бериллий, титан, алмаз, керамика, рубин и сапфир. Для уменьшения массы некоторые иглодержатели выполняются полыми внутри, а полость может заполняться демпфирующим материалом. Иглодержатель вставлен в эластичную муфту (compliance pivot) из полимерного материала, закрепленную в корпусе или шасси головки. Такой подвес обеспечивает определенную свободу движения иглодержателя и одновременно позиционирует его в пространстве. Эластичная муфта выполняет также роль демпфера, хотя иногда рядом с ней устанавливаются обособленные демпфирующие элементы. На конце иглодержателя, расположенном внутри головки, закрепляется магнит, либо катушка. Гибкость подвижной системы головки звукоснимателя практически полностью определяется механическими свойствами эластичного подвеса, т.е. его жесткостью и упругостью.