Судя по публикациям и форумам в Интернете, вопросы адаптеризации таких распространённых музыкальных инструментов, как гитары, интересуют многих радиолюбителей. И хотя современная промышленность предлагает для этой цели очень широкий ассортимент разработанных профессионалами звукоснимателей, радиолюбители продолжают экспериментировать и создавать свои оригинальные конструкции, нередко используя в новом качестве детали самых обыденных вещей.
Сегодня мы предлагаем вниманию читателей описание звукоснимателя для гитары, изготовленного на основе пьезоэлементов… от газовых зажигалок.
Изготовление предлагаемого пьезозвукоснимателя состоит из трёх основных этапов:
- первого и самого трудоёмкого — извлечения из зажигалок и доводки пьезоэлементов для их использования в гитаре;
- изготовления подставки, на которой крепятся струны и пьезоэлементы;
- правильной установки и крепления подставки на верхней деке гитары.
Итак, начинаем первый этап. Извлекаем содержащий пьезоэлементы узел (назовём его для краткости модулем) из зажигалки и разбираем его. Весь ударный механизм вместе с гвоздиком 6 (рис. 1) удаляем, оставляем только корпус 2 с пьезоэлементами. Их в модуле два: верхний 3 и нижний 1. Между ними находится медная токовыводящая пластина 7. На верхней части элемента 3 закреплена малая наковаленка 5, а нижний конец элемента 1 утоплен в массивную нижнюю наковальню 8. При срабатывании ударного механизма (ударе по верхней наковаленке) пьезоэлементы деформируются и вырабатывают высокое напряжение. Пьезоэлементы включены параллельно. В момент удара верхняя наковаленка 5 через ударный механизм, пружину и гвоздик взаимодействует с нижней наковальней 8 и коромыслом, включающим газ в зажигалке. Выводом высокого напряжения является медная пластина 7, в которую впрессован «высоковольтный» (условно назовём его так) алюминиевый провод. Место соединения герметизировано клеем. Для работы в качестве звукоснимателя гитары необходимо соединить верхнюю и нижнюю наковальни одну с другой и с общим проводом, а объединённые «высоковольтные» выводы пьезоэлементов всех струн — с входом усилителя ЗЧ.
Рис. 1
Но прежде необходимо удалить алюминиевые «высоковольтные» провода и подпаять вместо них медные. Для этого лобзиком вначале делаем пропилы по штриховым линиям 1—4, как показано на рис. 2 (перпендикулярно стенке А до касания с ней), а затем — по линии 5 (до встречи с пропилом 1). Всё, что подрезали, аккуратно удаляем. Медный вывод пластины 7 находится между пропилами 1 и 2. Остатки алюминиевого провода аккуратно удаляем из него иголкой. Затем обрабатываем надфилем стенку А и облуживаем медный вывод, не перегревая его.
Рис. 2
Далее лобзиком обрезаем пластмассовый корпус модуля чуть выше наковаленки 5 и аккуратно опиливаем его надфилем до уровня верхнего торца этой детали (см. рис. 1, линия 6). После этого подгоняем верхнюю наковаленку под струну, делая в ней кончиком круглого надфиля полукруглую выемку радиусом 0,6 мм на глубину 0,6 мм (диаметр самой толстой нейлоновой струны — 1,13 мм, а металлической — 0,91 мм, следовательно, они будут лежать в такой выемке надёжно). Для первых трёх (нижних) струн выемку можно сделать меньше — радиусом 0,3 мм на глубину 0,3 мм. Одновременно пропиливаем и противоположные стенки пластмассового корпуса модуля. Но их следует дополнительно доработать тем же инструментом: выемку в задней стенке А дополнительно углубить на 2 мм, не уширяя её (струна будет уходить к месту своего крепления через этот паз, и его боковые стенки будут дополнительно предохранять её от соскакивания с наковаленки), а в передней стенке Б расточить по всей полуокружности на 0,2…0,3 мм, чтобы при максимальных колебаниях струна не касалась стенки (иначе будут искажения звука).
Внутреннюю полость корпуса (где ранее располагались пружина и гвоздик 6) заливаем эпоксидным клеем 4 (см. рис. 1) до уровня линии 7. Отверстие снизу, где ранее находился гвоздик 6, снаружи временно залепим пластилином. Клей нужен для того, чтобы избежать поломки пьезоэлемента в процессе эксплуатации, так как на него будет действовать не только сила давления струны, но и поперечная сила. При заливке надо обратить внимание на то, чтобы клей не попал на поверхность корпуса, прилегающую к наковаленке, так как иначе ухудшится передача колебаний струны через неё на пьезоэлемент.
Что касается нижней наковальни, то, с одной стороны, она должна быть массивной, чтобы при колебаниях струны вырабатывалось большее напряжение, но с другой — чем массивнее каждый модуль и вся подставка в целом, тем хуже будут передаваться колебания струн верхней деки гитары, и она перестанет звучать как акустическая. Значит, уменьшив массу нижней наковальни, надо жёстко закрепить её в подставке (например, капелькой суперклея).
Гитарных дел мастера рекомендуют высоту струн над декой в зоне подставки в пределах 9… 15 мм. Высота доработанного, как описано выше, модуля с пьезоэлементами — 14,5 мм, нижней наковальни (от основания до пластмассового корпуса) — 6,4 мм, а толщина подставки из органического стекла в авторском варианте — 5 мм. Значит, высоту наковальни можно уменьшить до 5 мм, одновременно снизив и её массу. Высота струн в этом случае составит примерно 13 мм, т. е. в пределах нормы. Стачивать наковальню надо на абразивном бруске или круге вручную, часто останавливаясь, чтобы не допустить даже едва заметного её нагрева (иначе нижний пьезоэлемент модуля может оторваться от наковальни). Это самая рутинная работа, к тому же, если в распоряжении будут только модули от использованных зажигалок (от длительной эксплуатации в их пьезоэлементах могут появиться трещины, значительно снижающие выходное напряжение), надо подготовить не менее десятка модулей (потом из них надо будет отобрать самые работоспособные, о чём будет сказано ниже).
Если будут применяться только металлические струны, то для завершения работы с модулями к ним надо припаять по два вывода. Для выводов я использовал полоски размерами 0,7…0,8×10 мм из лужёной меди толщиной 0,1 мм. Одну такую полоску припаиваем маломощным паяльником к залуженному ранее медному лепестку в средней части модуля, вторую — к верхней части нижней наковальни, под первым выводом (рис. 3). Предварительно на месте пайки в наковальне делаем пропил глубиной 1 мм, залуживаем это место и впаиваем вывод. Работу следует выполнять острым жалом мощного паяльника, причём быстро. Чтобы не допустить нагрева нижней наковальни, её и верхнюю наковаленку перед пайкой следует несильно сжать в ручных тисках.
Рис. 3
Верхняя наковаленка будет соединяться с общим проводом через струну. Если предполагается использовать синтетические струны, то нижние три не имеют металлической навивки, поэтому в модули необходимо добавить ещё одну деталь — контакт 9 (рис. 4), соединяющий наковаленку 5 с общим проводом. Его вырезаем из той же лужёной фольги и сгибаем по штриховой линии. Перед заливкой эпоксидного клея контакт 9 изогнутой частью вставляем между верхней наковаленкой и задней стенкой корпуса модуля. Узкую часть контакта загибаем через пропил в задней стенке, а широкую — на наковаленку, выгнув в форме желобка (в последующем он будет прижат к наковаленке струной). После этого заливаем клей. Во избежание искажения звука желобок контакта не должен выступать за пределы наковаленки. Все острые кромки притупляем, чтобы они не резали струны.
Рис. 4
Доработанные модули, как уже говорилось, необходимо протестировать. Для этого рекомендую изготовить простое приспособление на основе доски сечением примерно 60×15 и длиной около 700 мм (рис. 5). В её правом (по рисунку) краю сверлим три отверстия диаметром 7 мм, а перпендикулярно им — три отверстия диаметром 12 мм. С гитары временно снимаем колки и вставляем их в семимиллиметровые отверстия. Возле левого (рабочего) отверстия диаметром 12 мм забиваем в доску П-образную скобу 3, согнутую из проволоки диаметром 3 мм, а слева, в 50 мм от конца доски 2, сверлим отверстие диаметром 5,6 мм, в которое будем вставлять модули для тестирования. В торец доски забиваем гвоздь 1. На нём будем закреплять один конец испытательной струны, а второй через наковаленку проверяемого модуля и скобу 3 пойдёт на колок. Испытательную стальную струну диаметром 0,3 мм я извлёк из военно-полевого провода, разделав его отрезок длиной 700 мм (эта струна позже понадобится для изготовления прижимных пружин).
Рис. 5
Тестирование модулей сводится к установке нижней наковальни в соответствующее отверстие доски 2, натяжению струны и оценке уровня сигнала, формируемого пьезомодулем. Для сопоставимости результатов струну всякий раз необходимо натягивать приблизительно одинаково (довольно точно это можно установить по её звучанию на слух). Струну и вывод от нижней наковальни объединяем в один (общий) провод, а другой соединяем со средним («высоковольтным») выводом и входом усилителя для подключения пьезозвукоснимателя. Модули отбираем по одинаковому уровню звучания. Можно использовать для тестирования и НЧ-осциллограф, отбор в этом случае ведут по уровню выходного напряжения (его размаху примерно 0,1 В).
Второй этап — изготовление подставки. Пытаться использовать «родную» деревянную я не пробовал, так как она в моей гитаре отсутствовала. На похожей я определил её примерные размеры (170×30 мм) и расстояние между струнами — 11 мм. Это для гитары с мензурой (о мензуре позже) 610 мм. У гитары с мензурой 620 мм расстояние между струнами на подставке равно 11,5 мм. Так что разметку отверстий для пьезомодулей производите исходя из размеров на вашей гитаре.
У меня под рукой оказалась прямоугольная пластина с завёрнутыми краями из листового органического стекла толщиной 5 мм. Поскольку натянутые струны стремятся опрокинуть подставку и создают суммарное усилие в 70 кг (такое значение приводится на многих сайтах в Итернете для металлических струн, первоисточник неизвестен), ширину её принял равной 35 мм. Исходя из этих условий, выполнил чертёж подставки в натуральную величину (рис. 6, деталь 10). Из-за сомнений в надёжности клеевого соединения и, главное, сохранения возможности лёгкой замены пьезомодулей решил крепить подставку четырьмя винтами (в точках 1—4) с широкими гайками с внутренней стороны верхней деки корпуса гитары. Однако первоначально на месте отверстий под эти винты просверлил отверстия сверлом диаметром 1 мм, а доводку до нужного размера оставил до установки подставки на место.
Рис. 6
Разметку подставки 10 делал острой чертилкой, разместив заготовку прямо на чертеже. Выпилил подставку лобзиком. Шесть сквозных отверстий под струны просверлил диаметром 2 мм, а затем с наружной стороны рассверлил до диаметра 4 мм на глубину 2 мм. Перед сверлением отверстий под модули с пьезоэлементами необходимо уточнить, какое сверло для этого потребуется: его диаметр надо подобрать таким (пробным сверлением в том же материале), чтобы наковальни модулей входили в отверстия с небольшим усилием или свободно, но без люфта (у меня оказались модули с наковальнями диаметрами 5,4 и 5,7 мм). С нижней стороны подставки 10 их закрепляем капельками клея.
Затем из органического стекла той же толщины, что и подставка 10, изготовляем упор 13 и стойку 12, приклеиваем их к подставке, после чего капелькой клея приклеиваем к упору модули. Далее из лужёной медной фольги вырезаем шину 21 и экран 17, сгибаем последний по штриховой линии под прямым углом, приклеиваем к подставке 10 рядом с модулями 12 (раскрывом к ним) и припаиваем к нему все нижние выводы (от наковален) пьезомодулей, обрезая чрезмерно длинные. Затем из пропара- финенной бумаги по размерам экрана вырезаем прокладку 19, изгибаем её по той же линии и вкладываем в разворот экрана 17, накрыв таким образом места паек выводов модулей. В разворот прокладки вкладываем шину 21 и припаиваем к ней средние выводы всех модулей, после чего накрываем её верхней стороной прокладки 19 и прижимаем верхней стороной экрана 17. Получился этакий «слоёный пирог», «начинка» и оболочка которого объединяют пезоэлементы модулей в единое целое. Сверху к экрану 17 (напротив каждого модуля) припаиваем по пружине 15, изготовленной из той же стальной жилки военно-полевого кабеля (навивал ровно три витка на сверло диаметром 1,4 мм, после высвобождения конца оставалось примерно 2,75 витка — ровно столько, сколько нужно). На одном конце пружины формировал небольшой (диаметром примерно 2 мм) крючок для захвата струны снизу, на другом — треугольничек, чтобы крепче держала пайка. Назначение пружин — соединять с общим проводом все струны, а через них — верхние наковаленки всех модулей. Вид на подставку с установленными на место пьезомодулями 14, упором 13, стойкой 12, экраном 17 и пружинами 15 показан на рис. 7.
Рис. 7
Декоративную П-образную крышку 11 изготовил из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм. Для крепления её к подставке 10 использовал три винта М 1,5×4, в одной из боковых стенок закрепил выходное гнездо звукоснимателя под разъём мини-джек 3,5 мм моно (рис. 8). После полировки на крышку химическим способом или с помощью бормашины можно нанести желаемый декоративный рисунок. Разъём обёрнут полоской фольги, которая припаяна к его выводу, соединённому с гайкой крепления. К этой же точке припаяна и оплётка короткого (длиной 25 мм) отрезка экранированного провода, идущего от экрана 17 и шины 21. Головки винтов крепления крышки следует сделать максимально тонкими.
Рис. 8
Чтобы правильно закрепить подставку с пьезозвукоснимателем на верхней деке, необходимо определиться с мензурой вашего инструмента. Мензура акустической гитары — это расстояние между двумя крайними точками опоры, на которых свободно колеблется струна (рис. 9): с одной стороны краем верхнего порожка 2 (или нулевого лада), с другой — вершинкой нижнего порожка (косточки) 7. Мензура должна быть выдержана очень точно, так как именно по ней рассчитано положение ладов на грифе 1 (при отклонении мензуры в ту или иную сторону гитара не будет «строить»). Таким образом, прежде чем заменять имеющуюся деревянную подставку 8 с косточкой 7, вновь изготовленной по рис. 6, необходимо точной (стальной) линейкой измерить мензуру вашей гитары. Есть общее правило: вершинка 12-го лада (3) делит мензуру ровно пополам.
Рис. 9
Поэтому, если подставка вашей гитары по какой-либо причине отсутствует, необходимо точно измерить на накладке 4 расстояние от нулевого лада до середины 12-го и его значение умножить на два. Вершинкой нижнего порожка для каждой струны в новой подставке будет левый (по рис. 9) край верхней наковаленки пьезомодулей 6. Более подробно об устройстве гитары, её частей и важнейших размерах можно прочитать в Интернете (например, на сайте [1]).
Зная мензуру, приступаем к креплению подставки со звукоснимателем. Для её временного крепления изготовим четыре шпильки из отрезков стальной проволоки диаметром 1 мм, остро заточив их для надёжной фиксации на деке. Сначала ориентируем подставку так, чтобы верхняя и нижняя струны находились на одинаковом расстоянии от конца грифа (вернее, от краёв верхнего порожка 2). Затем выставляем мензуру гитары по первой (нижней) струне с допуском в сторону увеличения на 0,5 мм. Мензуру верхней струны можно выставить с допуском (в ту же сторону) 1,5…2 мм. В высококачественных гитарах с металлическими струнами допуск может достигать +3,5 мм. Это делается для компенсации строя гитары. Зажатая на ладу струна не только уменьшается в длине, что увеличивает частоту колебаний, но ещё и натягивается, дополнительно увеличивая их частоту. О компенсации строя гитары можно подробно прочитать в Интернете (например, в [2]). Учитывая компенсацию строя на каждой струне, можно расположить соответствующим образом и пьезомодули под каждой струной, что только улучшит строй.
Ещё раз уточнив положение закреплённой четырьмя шпильками подставки, переходим к её окончательному креплению: вынимая шпильки по одной, сверлим одновременно в подставке и верхней деке отверстие диаметром 3 мм и закрепляем подставку винтом М3х20 с гайкой. Для переноса гаек на внутреннюю сторону верхней деки использовал указательный палец, к подушечке которого прикреплял их двухсторонним скотчем.
Для предварительного усиления сигнала звукоснимателя использовал однокаскадный усилитель на полевом транзисторе, схема которого показана на рис. 10 [3]. Переделанная гитара звучит хорошо как в акустическом, так и в электроакустическом варианте.
Рис. 10
ЛИТЕРАТУРА
- Части гитары. — URL: http://mastergitar.com/chasti-gitary (06.01.2016).
- Настройка гитары. — URL: http://mastergitar.com/tuning (06.01.2016).
- Предварительный гитарный усилитель. — URL: http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=84545 (06.01.2016).
Автор: Н. ПОПОВ, д. Левино Вологодской обл.
Источник: Радио №4/2016
