natuurkunde achter de gitaar
 

Hallo,

Ik ben voor mn profielwerkstuk natuurkunde een elektrische gitaar aan t bouwen. De werking van een elektrische gitaar is op zich vrij simpel, maar ik wil graag wat intelligente berekeningen erin stoppen :) Euhm, ik weet niet of iedereen hier die werking weet, maar ik neem nu ff aan van wel, zo niet dan leg ik t graag uit. Ik heb al geprobeerd het aantal windingen van de spoel te bepalen m.b.v. de uitgangspanning die we hebben gemeten bij verschillende frequenties, maar ik loop steeds vast bij de flux. Ja ik snap dat de flux van zo'n snaar niet zo simpel te bepalen is, maar ik heb gehoord dat je m.b.v. de inductantie op een makkelijkere manier kan rekenen. Nu is dit geen vwo stof dus mijn vraag is of iemand mij wat kan uitleggen over die inductantie, wat formules enzo, of weet iemand nog een andere manier om die windingen te bepalen? Alvast bedankt.

Zoek maar eens op Google naar Maxwell's vergelijkingen.

Als je ff duidelijk uitlegd hoe het werkt, wil ik wel wat voor je proberen.

/me oefent voor tentamen Elektrodynamica :/

Het werkt als volgt:

Een element van een elektrische gitaar bestaat uit een spoel die om 6 weekijzeren staafjes gewonden is. Onder het element maken de staafjes contact met twee permanente magneten. Daardoor worden de staafjes zelf magnetisch, en ook een stukje van de stalen snaren, die boven de staafjes lopen, worden magnetisch. Als je een snaar aanslaat, dan verandert dus de magnetische flux in de spoel en krijg je een elektrisch signaal, dat naar de versterker gaat en vervolgens naar de luidspreker, die het omzet in geluid.

Wat betreft die vergelijkingen van Maxwell, zulke integralen hebben we nog niet gehad hoor :bloos:

Als je een fluxverandering krijgt, veroorzaakt door de trillende snaar. Wordt de nadering en verwijdering van de snaar niet tegengewerkt? (Wet van Lenz)

Hmm, theoretisch gezien wel denk ik, maar je moet je wel voorstellen dat die fluxverandering van die snaar erg klein is he. De trilling wordt volgens mij sowieso al beïnvloed door het magneetveld.

Ja, vast wel, maar inductiekrachten zijn te verwaarlozen ten opzichte van de spankracht van de snaar en de kracht van de hand die de gitaar bespeelt.

Ooit een elektrische gitaar is je handen gehad? Die snaren staan goed gespannen.

Maar de pickups die ik in me handen heb gehad waren het magneten die in de spoel zaten ipv weekijzeren staafjes.

Ik moet nog ergens de uitgerekente berekening hebben voor het aantal windingen. Zal ff zoeken

Maar misschien de amplitude van de snaar berekenen een ideetje?

Het is trouwens inductie, toch?

Das weer wat anders volgens mij :)

Inductiestroom is de stroom die wordt opgewekt in een spoel bij verandering van het magnetisch veld in die spoel.

Sterker nog, inductantie bestaat niet in het Nederlands.

Vandale.nl:

in·duc·tie (de ~ (v.), ~s)
1 wijze van redeneren waarbij men besluit van het bijzondere tot het algemene
2 [nat.] het opwekken van een magnetisch of elektrisch veld d.m.v. een naburig magnetisch of elektrisch geladen lichaam => invloed
3 [biol.] opwekking van een beweging of een proces door een uitwendige prikkel

inductie [natuurkunde]. In de leer van het elektromagnetisme komt het begrip inductie in twee betekenissen voor: als magnetische en elektromagnetische inductie.

1. MAGNETISCHE INDUCTIE

De magnetische inductie of magnetische fluxdichtheid, symbool B, is een van de fundamentele grootheden ter beschrijving van het elektromagnetische veld in vacuüm en in materie. Het is een vector, die de richting heeft van de magnetische veldlijnen en een grootte zo dat de kracht op een in het veld geplaatste geleider met lengte l, die een hoek a met de richting van het veld maakt en waarin een elektrische stroom I loopt, bepaald wordt door de betrekking: F = I·l·B·sin a. Het hangt samen met de magnetische veldsterkteH volgens B = µ·H, waarin µ de permeabiliteit van het medium is. De eenheid van magnetische inductie is in het Internationaal Stelsel van Eenheden (SI) de tesla (symbool T). Een nog wel gebruikte verouderde eenheid is de gauss (symbool G of Gs); 1 G = 10-4 T.

2. ELEKTROMAGNETISCHE INDUCTIE

Onder de (elektromagnetische) inductie wordt het verschijnsel verstaan dat omstreeks 1830 bijna gelijktijdig door Michael Faraday en Joseph Henry werd ontdekt en de grondslag vormt van bijv. de inductiemachine, de transformator en vele andere elektrische apparaten. Men verstaat er het verschijnsel onder dat in een gesloten stroomkring een spanning (inductiespanning) en dus ook een inductiestroom opgewekt wordt als deze stroomkring in een veranderend magnetisch veld wordt geplaatst. De inductie is de oorzaak van het verschijnsel zelfinductie, bijv. bij spoelen.

:p ;)

Inductantie is echt iets heel anders. Het wordt ook wel zelfinductie genoemd en heeft als symbool L. Jammer genoeg is dat ook zo'n beejte alles wat ik ervan weet :)

En btw, niet alle wetenschappelijke termen staan in de Van Dale volgens mij. Lijkt me logisch, veel dingen kun je niet in enkele regels uitleggen voor de leek.

Geen de Van Dale, maar Encarta en misschien help dit wel, anders weet ik het ook niet meer.

zelfinductie, in de elektriciteitsleer het verschijnsel dat, als in een stroomkring een stroom loopt die in de tijd varieert, in die kring een elektrische spanning wordt opgewekt die de stroomverandering tegenwerkt. Deze inductiespanning ontstaat doordat een stroomvariatie ook een variatie veroorzaakt van de sterkte van het magnetische veld (zie magnetisme) binnen de stroomkring dat door de stroom zelf wordt opgewekt. Volgens de inductiewet van Faraday is de polariteit van de inductiespanning zodanig dat deze spanning de stroomvariaties tegenwerkt en is de grootte ervan, zolang in de buurt van de stroomkring zich geen materialen met niet-lineaire magnetische karakteristieken bevinden, evenredig met het tempo waarin de stroom i varieert: eind = L·di/dt. De evenredigheidsconstante heet (coëfficiënt van) zelfinductie of inductantie, en wordt in het SI uitgedrukt in henry (1 H = 1 Vs/A).

Van een spoel is zelfinductie de voornaamste eigenschap en is de inductantie, gedefinieerd als het quotiënt van de flux die de spoel omvat ten gevolge van zijn eigen stroom, en die stroom de voornaamste parameter. Van een spoel in lucht is zolang de stroom niet al te snel varieert, de zelfinductie constant. Als zich nabij of in de spoel een ferromagnetisch materiaal (zie ferromagnetische materialen) bevindt, raakt dat bij grote stromen verzadigd en dan neemt de zelfinductie af. Door stroomverdringing neemt de zelfinductie ook af naarmate de stroomvariaties sneller plaatsvinden. Dit effect is dus vooral van belang bij spoelen in apparaten of schakelingen voor hoge frequenties, maar ook als men de stroom in een gelijkstroomketen snel op een andere waarde wil brengen.

Zelfinductie ken ik, inductantie niet.

Maar het zal wel.

Lijkt mij overigens dat het gewoon een raar synoniem voor inductie is, van het engelse "inductance"...

Ja ik heb zelf ook Encarta hoor, maar ik heb formules nodig oid. Ik heb ook het Polytechnisch Zakboek, maar ik snap niet goed hoe je die formules in de praktijk moet brengen. Dus als iemand een berekening weet, dan zou ik dat erg op prijs stellen.

Zelfinductie = inductantie = het engelse inductance

Maar zelfinductie is toch alleen maar het verschijnsel dat binnen een spoel de stroom bij inschakeling van de schakeling als het ware langzaam op gang komt en geleidelijk afneemt na het uitschakelen?

In wat voor opzicht heeft dit verschijnsel te maken met je gitaarvoorbeeld?

Dat is zelfinductie ook ja, maar het is ook de karakteristieke grootheid van een spoel. Net zoals de capaciteit van een condensator zeg maar. En dat heeft erg veel met de gitaar te maken, want de werking daarvan berust op de wet van Faraday. Ik wil het aantal windingen gaan bepalen en ik heb gehoord dat je daar het beste de inductantie voor kan gebruiken.

Zelfinductie heeft op zich niet veel met de werking van de gitaar te maken, maar dat neemt niet weg dat de elementen van een gitaar zelfinductie kunnen vertonen en dat je daar dus gebruik van kan maken bij kwantitatieve bepalingen.

Trouwens, het is niet zo dat ons PWS over elektromagnetisme gaat en de gitaar daarvoor als voorbeeld dient, het werkstuk gaat over de werking van de elektrische gitaar en de natuurkunde daarachter :)

Ja ik weet meer over inductantie dan uit mijn eerste post schijnt. Het gaat mij ook meer om de kwantitatieve aspecten.

Da's opzich wel leuk, klasgenoten van me maken een distortionpedaal, ook erg vet :)

Bij ons heeft er een een complete versterker inmekaar gesoldeerd enigszins gebaseerd op de fender champ maar dan een scheurversie ervan.
Zeer netjes.

Ik wil niet egoïstisch zijn hoor, maar is er nog iemand die wat zinnigs over L kan vertellen? :D

Nou ja ik heb zelf nog een beetje gezocht over inductantie en ik heb wat formules gevonden die ik snap en misschien kan gebruiken:

E = - L * dI/dt

en

L = mu * N^2 * A / l

Ik heb ook de afleiding van die onderste formule gevonden mbv de Wet van Faraday en de formule voor de magnetische inductie van een spoel. Nou heb ik gelezen dat de magnetische permeabiliteit van een spoel met ijzeren kern (wat een element van een gitaar is) veel groter is dan die van een spoel zonder kern, waarbij de waarde dicht bij de magnetische permeabiliteit in vacuüm ligt. Heeft iemand een idee hoe ik de magnetische permeabiliteit van mijn element te weten kan komen?

Nou ja dit is allemaal goed gekomen, maar ik had ff geen zin om een nieuwe topic te openen. We naderen het eind van het profielwerkstuk en ik ben nu bezig aan het verslag, om precies te zijn, een paragraaf over piëzo-elektrische elementen (die zitten in semi-akoestische gitaren). Ik heb op Encarta genoeg informatie gevonden over het verschijnsel piëzo-elektriciteit en ik snap het allemaal. Het enige wat ik nog zou willen weten is waarom piëzo-elektriciteit nou juist zorgt voor een meer akoestisch geluid? Daar zijn ze immers voor gemaakt: conservatieve gitaristen vonden het elektrische geluid maar nix en wilden dat het akoestische geluid versterkt werd. Is het misschien omdat het piëzo-elektrisch kristal de resonantie van de klankkast ook oppikt? Alvast bedankt.

Dat laatste lijkt me sterk, een piezo-elektrische transducent werkt namelijk in een erg smalle frequentieband: zijn eigen resonantiefrequentie.
Misschien prefereren ze een piezo-elektrische boven een elektrostatische transducent omdat de eerste veel robuuster en goedkoper is ofzo

Volgens mij klonken die toch echt heel anders. Zou die smalle frequentieband dan betekenen dat hij niet alle boventonen kan detecteren, waardoor de klankkleur zeker niet hetzelfde is als die van een akoestische gitaar?

dat bedoelde ik eigenlijk te zeggen ja :)
maar van klankkleuren ed. heb ik niet veel verstand, alleen zullen boventonen dus niet gedetecteerd worden met een PET

Dan zal ik eerst eens op zoek gaan naar het echte verhaal op www.gitaarnet.nl. Toch nog bedankt. :)

Van het forum van gitaarnet.nl:

12] Q: Wat is een Piëzo?

A: Een piëzo is een andere manier van het signaal van de snaren om zetten in een elektrisch signaal. Het geeft een akoestisch geluid. Piëzo zit vaak ingebouwd in de brug. Het reageert op de trilling van de snaar in de brug. Het elektrische signaal wat deze afgeeft wordt bepaald door de trilling van de snaren. Het is daarom ook zo dat je met een piëzo veel percussiever kan spelen. Het verschil tussen hard aanslaan en zacht is veel beter hoorbaar dan bij magnetische elementen.

Ze geven dus wel een akoestisch geluid. De vraag is alleen waarom? Ik vind mijn theorie wel aannemelijk, maar als het echt zo is dat die dingen een smalle frequentieband hebben, dan weet ik het ook niet meer.

Vanwege parasitaire capaciteiten worden zeer hoge tonen sowieso weggefilterd.

Er geldt namelijk voor de impedantie van een condensator: Z = 1/iwC, waarbij w de frequentie voorstelt.

Fijn om te weten (meen ik echt :P ), maar nou weet ik nog niet waarom ze juist wél een akoestisch geluid geven. Ik begin te denken dat het gewoon zo flauw is als "een piëzo element is anders dan een elektromagnetisch element", omdat het bij elektromagnetische elementen nogal indirect gebeurd, maar bij piëzo elementen worden de geluidsgolven direct gedetecteerd.

Surface-Mounted Piezo Pickups: Piezo pickups (pronounced "Pee-ay-zo") are a very popular category of pickups. There are two basic types - surface mounted and bridge mounted. Surface mounted piezos can be affixed to the top of the guitar or inside up against the bridge plate. Because they are sensing the vibrations of the wood, placement is critical in terms of feedback potential and optimum tone. These pickups usually sound much better if a preamp or equalizer is used to beef up the often low output they emit. These Piezos can sound incredibly good, that is to say, very "acoustic", at relatively low volumes and usually in solo applications only. They tend to feedback other stage noise such as drums or bass at higher volumes. Schaller, McIntyre and Fishman all offer excellent pickups of this type.


Ik bedoelde in het begin dus te zeggen dat ze akoestischer klinken doordat ze de trillingen van het hout oppakken. Misschien heb ik het een beetje ongelukkig geformuleerd, maar dit stukje tekst geeft mijn theorie gelijk (wat ik eigenlijk bedoelde). Misschien kan iemand nog zeggen of dit stukje grote onzin vertolkt?

Nou ik heb nog ff navraag gedaan op een gitaristenforum, en daar was iemand die me kon verzekeren dat de frequentieband van een piëzo-elektrisch element iig de frequentie van de lage E-snaar en de hoogste harmonische van de hoge e'-snaar bevat. Is dat probleem ook weer verholpen.