Пикапи (за това как се появи модерната електрическа китара)
Поред младият англичанин Майкъл Фарадей, който в началото на 19 век се опита да разкрие природата на електричеството, можеше напълно да си представи последствията от открития от него феномен на електромагнитната индукция. Може би още тогава той е предвидил бързото развитие на технологиите и индустрията, използваща електрически ток. Въпреки това може да се каже съвсем определено, че Фарадей дори не си е представял въздействието, което електромагнетизмът ще има върху световната култура. Междувременно, повече от сто години по-късно, рок музиката и съпътстващото я хипи движение не само обърнаха умовете на младите хора, но и отвориха нови, обширни пазари за музикалния бизнес. И всичко започна съвсем безобидно - с изобретяването на електрифицирана китара по идеите на Фарадей ...
Началото на миналия век е белязано от разцвета на "поп" джаз музиката, която е предназначена да забавлява хората. Големите банди и малките музикални групи, които изпълняват във всички видове места за забавление, станаха много популярни в цяла Америка и Европа. Отвсякъде се носеше силна весела музика. Мощният звук на оркестровата духова секция обаче доведе до проблем, който забелязаха само самите музиканти. Акустичните китари, които имат не твърде силен тембър, започнаха да се губят сред другите музикални инструменти. Като цяло стана невъзможно да се изпълняват солови партии на китара, тъй като те просто не можеха да се чуят!
Производителите на музикални инструменти веднага отговориха на повишените изисквания на китаристите. Обемът на китарата е увеличен чрез използване на уголемен корпус на инструмента. В същото време жиловите струни бяха заменени от по-„шумни“ метални, които освен това имаха висока якост. Тези половинчати мерки обаче явно не решиха проблема радикално. Изискваше се принципно нов и модерен подход,който се състои в усилване на звука на китарата с помощта на електричество.
Много музиканти-изобретатели се опитаха да решат този проблем, използвайки технологичните иновации на времето. Например, доста често китарата се озвучаваше с обикновен въглероден микрофон. Но този вариант имаше няколко недостатъка. Първо, китарата се „навива“ от появата на акустична обратна връзка, второ, всички околни звуци попадат в микрофона, включително от съседни музикални инструменти, и трето, китаристът не може да се движи свободно около сцената. Известният американски музикант Лес Пол, който е и талантлив инженер, тръгва по обратния път, експериментирайки през 20-те и 30-те години на миналия век с фонографски касети, които подобряват звука на китарата.
Въпреки това изобретяването на прототипа на съвременния пикап за китара не може без основание да се припише на Лойд Лоар, който е работил за американската компания за музикални инструменти Gibson. През 20-те години на миналия век той се занимава тясно с проблема за усилване на звуците на китара, опитвайки се да приложи на практика основни физически закони, а не да използва готови решения като микрофон. Така през 1923 г. е проектиран пикап, който всъщност представлява електрически капацитет: две малки медни пластини, изолирани една от друга, към които е приложен електрически потенциал с противоположна полярност. Впоследствие тази идея е разработена от американците Джордж Бучамп и Пол Барт, които през 1931 г. произвеждат магнитен пикап с индукторна намотка, както и Де Арман, който три години по-късно успява да доведе идеята до логичния й завършек.
И така, как работи пикапът за китара? За да разберете това, е необходимо да го разгледате внимателноконструкция (фиг. 1). Основата на устройството е постоянен магнит със стоманена сърцевина и индуктор, разположен над (или около него) - рамка с тел, навита около нея. При движение в магнитно поле на проводник, който е осцилираща китарна струна, в намотката възниква E.D.S. поради промяна в полето. индукция. Това явление, открито от Фарадей, е известно на всички от ученическите дни и се нарича електромагнитна индукция. Такъв пикап се наричаше Single Coil, което на английски означава „единична намотка“.
Ориз. 1. Магнитно прихващащо устройство
Появата на магнитния пикап автоматично доведе до създаването на електрическата китара, инструмент, който има много тих собствен звук, предназначен да бъде усилен по-късно. В повечето случаи съвременната електрическа китара се различава от акустичната китара предимно по липсата на кухо тяло (фиг. 2). Това се дължи на факта, че не е необходимо звукът на инструмента да се усилва акустично. Тялото на стандартна електрическа китара най-често се сглобява от няколко масивни парчета дърво. Съдържа магнитни пикапи. Тембърът на звука силно зависи от секцията на струната, под която се намира пикапът; това обяснява факта, че те се опитват да установят няколко.
Ориз. 2. Електрическа китара с едноспирални пикапи
Използването на магнитен пикап обаче разкрива редица недостатъци, присъщи на работата му. Най-значимият от тях е фонът на променлив ток, проникващ в звуковия път, който се възприема от ухото като нискочестотно бръмчене. В това няма нищо изненадващо, защото индукторът е отличенантена, чувствително улавяща всички пикапи наоколо.
За да се преодолее този недостатък, отново се използва феноменът на електромагнитната индукция. През 1955 г. Сет Лоувър, работещ за вече споменатата компания Gibson, проектира пикап с две намотки. Гениално в своята простота и ефективност, решението се състоеше във факта, че пикапът се състои от две отделни намотки, в които магнитите имат противоположна полярност, а намотката се извършва в противоположни посоки. Краищата на намотките бяха свързани паралелно една с друга. Какво се случва в този случай?
Магнитният поток е векторна величина. Това предполага, че положението на намотката спрямо потока има значение. Чрез обръщане на магнита в една от бобините, полярността на напрежението, индуцирано в нея, се обръща. Но тъй като намотката в него също е противоположна, полярността на индуцираното напрежение се променя отново, обратно. В резултат на това напрежението в краищата на двете намотки има еднакъв знак и се сумира на изхода.
Що се отнася до индуцираните смущения, полярността на магнитите не играе никаква роля за тях, тъй като те действат директно върху намотките. Поради факта, че намотките в двете намотки са направени в противоположни посоки, напрежението, индуцирано в тях, има различна полярност и когато сигналите се сумират, то става равно на нула. По този начин пикапите взаимно се компенсират.
Този пикап е наречен Humbucker (фиг. 3), което може да се преведе от английски като "потискащ смущенията". Подобно на Single Coil, и двата пикапа все още се използват днес без най-малката фундаментална промяна. Променени са сплавите на магнитите, броят на навивките и дебелината на намотката, използвани са активни системи за усилване на китара, но принципът на действиемагнитният пикап остава същият както преди.
Ориз. 3. Humbucker Pickup
Прогресът обаче не стои неподвижен. Преди повече от 20 години цифровите технологии започнаха да се развиват с безпрецедентни темпове. Разбира се, те засегнаха и музикалната сфера. Чрез усилията на основните разработчици на музикално оборудване (Yamaha, Roland, Korg, E-Mu и др.) През 1983 г. е разработен стандартът MIDI - съкращение, произлизащо от думите Musical Instrument Digital Interface. Това събитие не трябва да се подценява. Новият протокол за пренос на данни позволи на всяко цифрово оборудване, оборудвано със специален MIDI конектор, да „комуникира“ помежду си, да се обединява в системи и да се свързва с компютри.
Всъщност стандартът първоначално е разработен за клавишни инструменти - синтезатори. Всеки синтезатор, ако го разглеждаме по опростен начин, се състои от две основни части - клавиатура и тон генератор, който синтезира звука. Когато се натисне клавиш на синтезатора, определени контакти се затварят и на тонгенератора се съобщава коя нота е натисната и с каква скорост. В съответствие с тези данни тонгенераторът произвежда звук с необходимата височина и обем. Трябва да се отбележи, че стандартът MIDI, поради ниската скорост на трансфер на данни, не осигурява работа с аудио информация, а работи само с команди като „включване на звука“, „изключване на звука“, „промяна на тона“ и др.
Интерес към новата технология обаче имат и китаристите. Това, което ги вдъхновява най-много, е възможността да възпроизвеждат „чужди“ тембри, съдържащи се в тонгенераторите. Всъщност в този случай палитрата от звук на китара ще бъде значително разширена, което от своя страна ще позволи решаването на художествените задачи на музикалното произведение с нови средства. Остана"малко нещо" - разберете как да превърнете китарния сигнал в MIDI команди, дадени на модула на тон генератора. Очевидно за това е необходимо да се разработи система за разпознаване на ноти, която да проследява точно не само височината на звучащата нота (което по принцип не е толкова трудно), но също така да разбира такива хармонично сложни сигнали като например взет акорд. И това е очевидно нетривиална задача, изискваща нестандартни решения. Няколко големи производители на музикално оборудване с изследователски лаборатории се ангажираха да го овладеят. Разработката, която доведе до нов инструмент, наречен MIDI китара, отне няколко години.
В сърцето на MIDI китарата е магнитният пикап, който вече познаваме. Вярно, трябваше леко да се подобри. За да може системата за разпознаване на ноти да разбира сложни сигнали, беше решено да се улови и анализира звукът на всяка струна отделно, което направи задачата много по-лесна. Следователно пикапът всъщност представлява шест (според броя на струните) малки индивидуални пикапи, обединени в едно тяло (фиг. 4). Шест сигнала от пикапа се подават през многожилен кабел към MIDI конвертор, където нотите се разпознават и преобразуват в последователност от MIDI команди. Освен това, за по-стабилно разпознаване, пикапът е разположен почти близо до мястото на опора на струната, на седлото. В този момент струната има малка амплитуда на трептене и съответно влиянието на съседните струни върху всеки от отделните пикапи намалява.
Ориз. 4. MIDI пикап
MIDI китарите станаха доста широко разпространени сред професионалните музиканти. Достатъчно е да се каже, че те са играни и периодично играни от почти всички известникитаристи на нашето време, включително имена като Робърт Фрип, Ол ди Меола, Джон Маклафлин, Пат Метини и др. Трудно е да се каже дали такава китара ще придобие масова популярност, тъй като използването й има своите специфики. Освен това цената на MIDI китара е много висока. На него се изпълняват предимно солови партии.
По-нататъшна "дигитализация" на електрическата китара беше предложена през 1999 г. от отново вездесъщата компания Gibson. Това се случи на 107-ото изложение AES (Audio Engineering Society), проведено в Ню Йорк. Разработеният от нея стандарт GMICS (Global Musical Instrument Communication Standard) може до известна степен да се сравни с MIDI, само че не работи с MIDI команди, а вече с цифров звук. Целта на този проект беше възможността за цифрово свързване на различно оборудване (включително китари) и тяхната работа в отворена инфраструктура. Физическата основа на стандарта беше 100-мегабитова Ethernet локална компютърна мрежа, чрез която звуковите данни се предават в цифров вид. Обменът на данни се осъществява по 16 независими канала с 32-битов капацитет и честота на семплиране 96 kHz.
При използване на GMICS в електрическа китара е инсталиран аналогово-цифров преобразувател (ADC), който преобразува сигнала от изхода на китарния пикап в сигнал, представен в цифров вид (фиг. 5). Освен това този сигнал може да бъде подаден към ефект процесора, усилвателя, смесителната конзола, които работят в мрежата GMICS. В същото време самата електрическа китара, с изключение на вградения ADC и мрежов контролер, не е претърпяла значителни промени. Използваните пикапи са традиционни, магнитни.
Ориз. 5. Платка, интегрирана в електрическата китара за връзка с GMICS
За съжаление, GMICS не се наложи на музикалния пазар. Ипричината за това не са някои недостатъци на стандарта, а най-вероятно нежеланието на музикалната общност напълно да изостави традиционните методи за предаване на сигнал. Но рано или късно най-новите технологии ще заменят до известна степен остарялата аналогова технология, както се случи с CD, DVD и цифровите фотоапарати.
Това е кратка история на появата и развитието на електрифицираната китара. Благодарение на няколко страстни, иновативни музиканти, запознати с основните физически принципи, музиката е революционизирана. Появата на електрическата китара предопредели цяла ера на съвременната култура - ерата на рок музиката, която от своя страна породи много други музикални стилове. И въпреки факта, че съвременните високи технологии безцеремонно нахлуха в областта на китарното оборудване, пикапът, изобретен преди много десетилетия и работещ на принципа на електромагнитната индукция, все още е източникът на китарния сигнал.