2019年06月09日

ギターピックアップの仕組み【翻訳】 ピックアップにおいて弦は磁石の一部であり、コイルの一部ではない

電磁気学の常識からエレキ・ギターのピックアップの作動原理をやさしく説明した英語記事の翻訳。
最初の説明で、絃は強磁性である必要があり、それが磁場で磁性を帯び、振動で磁石が作る磁場が乱れることで、コイルに電流が流れるとちゃんとファラデーの電磁誘導の説明に従って解説している。
したがって弦のコイルの一部説は誤りである。それはマイクやスピーカーで、可動ユニットがコイルであることから類推しただけの誤解である可能性が高い。エレキギターは、なんと磁石の方が弦をその一部とした可動ユニットなんである。よってマイクやスピーカーとエレキピックアップは原理も若干違い、仕組みは別である。
これでもやはり十分とはいいがたい。アウト・オブ・フェイズについての説明は不十分だし、フェライトのスピーカーは脆くも弱くもなく、作りが単純であるのに対し、アルニコのスピーカーの磁石は平板ではありえないため、大きなアルニコ磁石の板を箱型に曲げてコイルを挟むという不細工な方式になってしまう。またネオジム磁石は百斤で買えるほど安価になった。
次に暇なとき、アウト・オブ・フェイズについてわかりやすく説明した英語記事の翻訳を掲載するつもりだ。


ギターピックアップはどのように働くか?
(C)2004ハンク・ウォレス
ピックアップにはたくさんの特徴がある。これは「ホット」、それは「メロウ」、もう一方は「スムース」とか。しかし、ピックアップはどのように働くか?何がそれを動かすのか?

磁気ピックアップの中心にはもちろん磁石がある。君が楽器屋で展示されているピックアップでは、細い銅線がピックアップ本体の周りに巻かれているのを見ることができる。だからピックアップの主な要素は磁石と導線のコイルだとわかる。

ピックアップの機能の背後にある基礎科学はファラデーの電磁誘導の法則だ。それは、変化する磁界が近くの導線に電界を生じさせ、導線がクローズドサーキット(例えば、ワイヤのループ)の一部である場合に電流が流れると言う。

おそらく科学の授業で、君は導線のコイルに電流計を接続し、それからコイルの近くの磁石を打ったことがあるかもしれない。磁界の変化によりメーターの針が飛ぶ。運動のエネルギー(あなたの動く手)は磁場の運動を通して電気に変換される。それが発電機の仕組みと同じだ。

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この図は、ピックアップ、ブリッジ、弦を含む、ギターのピックアップ側の非常に簡略化された図を示す。赤い線はピックアップの磁界を表す(説明のためにシングルコイルピックアップ)。ピックアップの磁極片は、実際にはピックアップのワイヤコイルを貫通する。

ファラデーの法則により、電流を流すためには変化する磁場が必要であると言われるが、永久磁石からの磁場はどのように変化するのか。それが弦が役割を果たすところだ。

弦はニッケルと鋼(鉄+炭素)、強磁性の材料でできている。つまり、磁石がギターの弦を引き付ける。この強磁性金属がピックアップの磁界中で振動すると、これもまたコイル(図示せず)を横切る赤の磁力線を乱す。その変化する磁場は弦の振動を捉える電流を作生む。かくして私たちはちゃんと働くピックアップを手にする!

弦の振動

すぐにピックアップに戻るがが、振動する弦の物理的性質を見てみる。これは非常に興味深く、理解しやすいものだ。君の楽器がどのように機能するのかをあなたが理解すれば、この見えないものは明らかになる。振動する弦を理解することは、ピックアップがどのように聞こえるかを理解するのに役立つ。

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この図は3つの状況を示す。上の図は、基本波と呼ばれる弦のピッチの1st(第一倍音)を示している。これは開放弦を弾いたときに聞こえる音だ。(楕円形の範囲は、弦が振動するときの弦の動きを示す。)

「2nd」と表示された図は2倍音だ。弦は基本ピッチの整数倍(1倍、2倍、3倍など)でしか振動できない。振動するギターの弦ではそれをよく見ることはできないが、新譜の大きいポイントと小さいポイントがある。最小振動ポイントはノードと呼ばれる。最大振動ポイントは振幅と呼ばれる。高調波の数は、弦の振幅の数を数えることでわかる。

「3rd」と表示された図は、3つの振幅を持つ3倍音を示している。

重要:弦のノードの位置は変わらない。つまり、いったん2倍音で弦が振動するようになったら、ノードで弦に正確に触れることができ、それは音を出し続ける。

これで、楽器でこれらの倍音を簡単に作って聴くことができる。開放弦を弾くことが基本。 弦の12フレットに指を軽く当てて、弦を弾きます。高音は2倍音。ノードは12フレットの真上にある。その倍音を弾き、ピックで12フレットの弦に触れる。トーンが鳴り続けるのを確認します。弦上の節点は動いていません!

3倍音は、弦を弾いて7フレットでミュートすることによって得られる。これは別のノード。

ピックアップに戻る

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ノードがピックアップの動作とどのように相互作用するかを見てみる。次の図は、ピックアップが弦の中央に配置された同じ3つの倍音を示している(現実的ではないが、説明には役立つ)。

ピックアップが弦の振動を拾うのは、弦がピックアップの近くで振動しているときだけだ。上図と下図、基本波と3倍音では、弦はピックアップ付近で大きく動いています。しかし、2倍音の場合、ピックアップはノードの上に配置されます。つまり、ピックアップは2次高調波を拾わない。なんと面白い!

この図は非常に単純化されすぎている。実際には、弦を弾くと第一倍音、2倍音、3倍音、4倍音などの振動がすべて同時に起こる。しかし、ピックアップは、ピックアップが配置されているノードを持つトーンを無視する。これには弦のトーンをフィルタリングする効果がある。

ダイアグラムを見て、君は(少し考えて)倍音に何が起こるか見ることができる。たとえば、奇数倍音はすべてピックアップの近くで振幅を持ち、ギターアンプに伝わる。

しかし、すべての偶数倍音はピックアップの近くにノードを持ち、無音です。それで、このピックアップポジショニングは全ての偶数倍音を除去します。

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2つのピックアップが使用されているとき、状況はさらに面白くなります。ピックアップは通常ブリッジの近くに取り付けられているので、それぞれがある程度第一倍音を拾う。つまり、弦は同時にすべてのピックアップに振幅運動をする。これにより、ピックアップから出てくる信号が加算される。

7倍音では、右側のピックアップでは振幅があり、多くの信号を受け、左側のピックアップはノードにあり、信号はほとんど出力しない。この倍音は強く伝わる。

10倍音では、右側のピックアップから離れて振幅しているときにもう一方のピックアップに向かって振幅していることがわかる。これにより、ピックアップからの信号がキャンセルされるため、この倍音の音量が小さくなる。

ピックアップ間の距離が、どの倍音が追加され、どれがキャンセルされるかに影響することがわかる。ビンテージ楽器の音を真似ようとしているのなら、ピックアップのポジショニングがとても重要なのはそのためだ。

すでに述べたように、弦を弾くと弦が倍音がたくさん発生するので、この2つのピックアップシステムでは多く倍音がフィルタリングされる。これがストラトキャスター・サウンドの5ウェイセレクターのソースだ(詳細は下記)。フィルタリングはハムバッカーでも発生するが、2つのピックアップコイルがはるかに接近しているため、はるかに高い周波数で発生する。これは、ハムバッカーがシングルコイルのピックアップよりもハイが小さい、よりメロディックなサウンドを持つ理由のひとつだ。倍音が相殺される。

さらに複雑さを増すと、実際には各弦に2つのフィルタがある。1つはブリッジピックアップまでの距離によって決まり、もう1つはピックアップから、プレイするときもちろん継続的に振動する弦上のフレット位置までの距離によって決まる。すべての弦について、すべてのフレットで、弦の鳴りかたをピックアップで決定する一対のフィルタがある。

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図はピックアップの上で振動する弦を端から見たものだ。弦を弾くと、その弦は平面内(赤い線)ではなく、任意の数の平面内、円(緑色)、楕円形(白色)で振動するため、さらに興味深いものになります。実際には、音符が減衰するにつれて、楕円は中心を中心に回転することさえある。これは、君が聞く倍音がどの弦を選ぶかにも依存することを意味するが、あなたはそれをすでに知っている。それに加えて、ピックアップ構造のさまざまなバリエーション(マグネットの種類、マグネットの位置、マグネットの強さ、ワイヤサイズ、コイルのターン数、ギターのピックアップの位置)を使用すると、何十億ものサウンドが利用できることは明らかだ。

ハムバッカーの働き

ギタリストからのよくある質問は、「ハムバッキング・ピックアップはどのように働くか」だ。ハムバッカーのデザインは、何十年もの間賢い革新であり続けている。ハムバッキングピックアップは、ギターの弦の振動を通過させながら、電線やその他の電子機器からギターの周囲に存在するハムやノイズを減衰させる。これはどのように可能か?

ハムバッカーは、ギターの弦の振動を拾うために2本のコイルを使っている。しかし、磁石は2つのコイルに反対の極性で設置されているので、それらは各コイルにおいて事実上位相がずれている信号を発生する。コイルが正しく接続されている場合、弦からの信号は2つのシングルコイルから加算される。しかし、照明器具のように外部電源から両方の単一コイルに当たる電磁界は、コイルが相互接続されている方法のために相殺される。このように、優れたギター信号は、単一のコイル単独で得られるであろう強度の2倍であり、そして干渉はプロセスにおいてかなりの程度まで打ち消される。

5ウェイピックアップ切り替えの秘密とは何か?

私が初めてストラトキャスターを手に入れたときのことを覚えている。ある友人が、私があこがれるギタリストたちが、「アウト・フェイズ(位相がずれた)」サウンドと呼ぶものを手に入れるため、前のの2つまたは後の2つの位置の間に3ウェイスイッチを設定する方法を教えてくれた。私はそれを試してみて、その音に恋をした。私はフェンダー "F"を使用かって「I Found the Soundサウンド」というロゴのTシャツを一つ作ったくらいだ(弁護士には言わないが、私は自分でアイロンをかけた材料から "F"を切り取った。16歳ころだった)。私の学校の友達は誰も理解していなかった、そして私は体が大きくなって着られなくなって久しいが、サウンドはそのままだ。

何がそのサウンドを生むか? 3Wayスイッチは、エンジニアが「make before break」操作と呼んでいたものを持っていた。つまり、2つのピックアップを切り替えるときは、次のピックアップだけに切り替える前に、2つのピックアップを一瞬接続する。これにより、ピックアップの切り替え中に音が途切れるのを防いだ。特にアジアのテクニカルサポートコールセンターがまだ設立されていなかったので、レオ・フェンダーはその新しいギターでテクニカルサポートの電話を受けたくなかったのだと思う。 (Michael Dell、ありがとう。)

2つのピックアップが互いに接続されているとき、上述のように、ピックアップ間の距離の関数である信号のフィルタリングが起こる。レスポールギターの3wayスイッチの場合でも、センターの位置でほぼ同じ効果があるが、音が離れている2つのハムバッカーを組み合わせているため、サウンドは違う。ピックアップはアウト・オブ・フェイズで接続されて「いない」ことに注意しなければならない。あなたがその操作のためにギターを再配線するならば、基本的レスポンスが大幅に減少することがわかるだろう。そのシグネチャーサウンドを生み出すのは、フィルタリングの物理学だけです。

私たちは今日5wayスイッチを持っており、それらはその音を得るのを容易にする。スイッチメーカーは、元の3ウェイスイッチにさらに2つの戻り止めを追加した。配線は同じだ!

磁石のタイプはどうか?
一般的に使用されている磁石には多くの種類がある。セラミック磁石は安価だが、脆くて磁気的に強すぎない。これらは工芸品や冷蔵庫のドアの磁石として一般的に使用されている。

他の一般的な種類は次のとおり:

アルミニッケルコバルト[AlNiCo:アルニコ](安価)
サマリウムコバルト(強力だが高価)
ネオジムボロン鉄(最強かつ高価)
ピックアップ設計にはいくつかのトレードオフがある。第一に、より強い磁石は、特定のオーディオ出力に必要なワイヤの巻数が少ないことを意味する。それはピックアップが小さくなることを意味する。ピックアップが標準的なサイズで作られている場合は、より強い磁石でより多くの音声出力が得られる。

しかし、より強い磁石タイプははるかに高価だ。そのため、ほとんどのピックアップがより安価なアルニコ磁石を使用する。

また、より強い磁石はエレキギターのための万能薬ではない。ギターの弦は強磁性で磁石に引きつけられているので、ピックアップは弦の振動に影響を与えるが、ピックアップは振動を感知するためのものであり、変更することはできないため、好ましくない。この感じを体験するには、ポールピースが非常に近くなるまでギターのネックピックアップを調整する(最強の磁石、ネオジムボロン鉄を選択し、君のレスポールに100ワットの電球を差し込むことができるほどピックアップを熱くするのがスマートかもしれない)。しかし、その磁石は弦に悪影響を与えるか、磁場を過度に集中させるため小さくする必要がある。 弱い磁石は、使用できるように必然的に直径が大きくなければならず、反り曲げられながら弦の動きに耐えるより広い磁場を生み出す。
posted by Mondayota at 16:24| ギター