Chitarre e bassi elettrici

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La storia della chitarra elettrica inizia negli anni ’30 del ‘900 (neanche 100 anni fa). In quegli anni un certo Adolph Rickembacker realizza il primo pick-up per rendere amplificabile una chitarra acustica. Da allora le evoluzioni sono state tante ma i principi di base sono rimasti gli stessi (pare che i chitarristi e i bassisti siano molto tradizionalisti).

Ancora oggi ci sono, sostanzialmente, due tipi di pick-up:

  • single coil – caratterizzati dalla presenza di un solo avvolgimento
  • humbucker – che sfruttano in modo furbo due avvolgimenti per ridurre il rumore di fondo

Il single coil è realizzato con una serie di magneti permanenti in corrispondenza delle corde che generano un campo magnetico fisso. Le corde (che devono essere di un materiale sensibile ai campi magnetici), con il loro movimento, influenzano il campo magnetico che varia in analogia (eh, sì, succede sempre così) con la vibrazione della corda. Questa variazione è catturata da un avvolgimento di qualche migliaio di spire in grado (quando sottoposto a campo magnetico variabile) di generare una tensione (anche questa varia in analogia con la vibrazione della corda, eh!) che può essere amplificata per rendere, finalmente, chitarre e bassi in grado di suonare ad un volume confrontabile con fiati, percussioni, pianoforti (il motivo originario che ha portato alla amplificazione degli strumenti a corda era questo).

La legge che regola la generazione di tensione all’uscita da una bobina attraversata da un campo magnetico variabile si chiama Legge di Lentz. Questa legge dice pure che ogni volta che c’è un campo magnetico variabile intorno a una bobina questa si comporta in modo da cercare di ridurre la variazione. La bobina è conservatrice o… reattiva. È questo è il motivo per cui la componente dell’impedenza dovuta a  induttanze (che sono bobine anch’esse) e capacità si chiama Reattanza (induttiva o capacitiva). Altra cosa importante da notare è che se si girano i magneti cambia la polarità della tensione generata (questa cosa la useremo tra poco).

Abbiamo detto che le variazioni di campo magnetico e tensione elettrica sono analoghe alla vibrazione della corda ma, per effetto delle non linearità insite in tutti i dispositivi che hanno a che fare con i campi magnetici, il timbro è molto lontano da quello che si ascolta con la chitarra non amplificata. Questa, tra l’altro, ai primordi era una chitarra flat top o arch top ma, sostanzialmente, acustica.

Si era risolto il problema del volume ma se ne erano creati di nuovi (succede sempre così con l’evoluzione).

Il primo problema è che l’avvolgimento del pick up non è sensibile solo alle variazioni di campi magnetici indotti dalle corde ma raccoglie tutti i segnali che (sotto forma di campo elettro-magnetico) vanno in giro per l’etere. Il risultato è un rumore di bassa frequenza (quella della rete elettrica che va a 50-60Hz) che gli americani chiamano “hum” più altre interferenze legate, ad esempio, alle luci del palco o alla presenza di Radio Maria (onnipresente) nei dintorni. Una buona schermatura aiuta ma, ovviamente, non risolve.

La soluzione migliore è stata portata sul mercato da Seth Lover (con i soliti conflitti di attribuzione dei brevetti). Il sistema si chiama “hum-bucker” (perché distrugge lo “hum”) ed è realizzato con due avvolgimenti avvolti in senso opposto in modo da presentare in controfase i segnali raccolti dall’esterno (se le bobine sono uguali i segnali in controfase si annullano, ricordate?).

L’inversione dell’avvolgimento metterebbe però in controfase anche la tensione buona (quella che fa suonare lo strumento) ma, come detto sopra, basta invertire i cilindri magnetici e le polarità tornano a posto. Come effetto collaterale si ha un aumento di volume e (per effetto dei giochi di impedenze degli avvolgimenti) una enfasi sulle medie frequenze con contemporanea attenuazione delle basse. In sostanza i pickup humbucker suona più forte e più medioso rispetto a un single coil.

Dai tempi di Rickembacker e Lover le evoluzioni sono state molte ma i principi non sono cambiati.    

Un altro problema da risolvere era l’effetto Larsen che le casse (vuote e costruite per risuonare) creavano facilmente quando il volume dell’amplificatore era troppo elevato.

La soluzione arrivò da due fronti diversi. Les Paul (Lester William Polfus) realizza “The Log” una chitarra con un blocco di legno massello nella zona dei pickup (che servirà da base per realizzare la Gibson Les Paul) e Leo Fender introduce la Fender Esquire che poi diventerà la Fender Telecaster.

Leo Fender fu anche il primo (1951) a introdurre sul mercato il basso elettrico. Il suo Fender Precision Bass che divenne subito famoso perché, al contrario del contrabbasso, aveva i tasti e consentiva a tutti di suonare… intonati.

Leo Fender era un tipo pratico così, dopo aver inventato il basso elettrico presenta il primo amplificatore per basso della storia. Nasce così il Fender Bassman che, per ironia della sorte, diventa l’ampli più copiato dai costruttori di amplificatori… per chitarra. Da questo semplice schema derivano i Marshall e… praticamente tutti gli amplificatori che hanno fatto la storia della chitarra. Fanno eccezione i Vox che sono in classe A e con soluzioni circuitali diverse.

Nello schema elettrico si nota, da sinistra il circuito di input con le due coppie di ingressi (alta e bassa sensibilità) Normal e Bright serviti da un doppio triodo 12AY7 (indicato dai due semicerchi con i tre elettrodi – plate, grid, cathode). Seguono due stadi di amplificazione realizzati con un doppio triodo 12AX7. Il secondo dei due ha la cosiddetta configurazione “emitter follower”. Questo circuito ha guadagno unitario e impedenza di ingresso molto alta. Serve, in questo caso, per diminuire la sensibilità del preamp alle variazioni della rete di controllo dei toni. Lo stadio di equalizzazione che segue è passivo e realizzato con resistori (i componenti a “zig-zag”) e condensatori (due segmenti affiancati). Il circuito prosegue con un amplificatore differenziale fatto con 12AX7 che prende le due semionde e le distribuisce ognuna alle valvole finali (che sono tetrodi 5881). Come già sapete i finali a valvole (questo è in classe AB) richiedono un trasformatore di uscita (disegnato con due spirali vicine e due linee ad indicare il nucleo magnetico) prima di arrivare agli altoparlanti che, nel caso del Bassman, sono 4 da 10”.

La parte inferiore dello schema è dedicata all’alimentatore che fa uso di un trasformatore per generare le tensioni richieste a partire dalla tensione alternata di rete e un doppio diodo (indicato con 83). La tensione raddrizzata da questo viene filtrata da una rete costituita da condensatori e da una induttanza “choke”. Il filtro serve ad eliminare tutte le variabilità dalla tensione raddrizzata ed ottenere una valore pressoché costante nel tempo (con una serie di limitazioni che sono state superate dagli alimentatori stabilizzati e, negli ultimi anni, dai circuiti switching).

Nel frattempo arrivano i Rolling Stones e Jimi Hendrix, si scopre la distorsione e il mondo non è più lo stesso. Il suono originale della chitarra non interessa più a nessuno.

Nei primi amplificatori la distorsione si otteneva (lo si può ancora fare) alzando il volume al massimo e, così facendo, saturando il finale. Questo tipo di distorsione è bello e dinamico, si controlla con la forza della pennata e col volume della chitarra ma implica pressioni sonore molto alte. Gli amplificatori per chitarra, come tutti sapete, possono suonare molto forte…

Per ovviare a questo inconveniente si sono costruiti dapprima i pedali (fuzz, overdrive e distorsion) e poi dei canali di pre-amplificazione dedicati disegnati per portare alla saturazione le valvole del preamp mantenendo il volume generale a livelli gestibili. Randall Smith di Mesa Boogie fu pioniere di questa tendenza (sempre a partire da un circuito Bassman) seguito da tutti i produttori.

Tutti i circuiti che generano distorsioni lo fanno portando alla saturazione componenti attivi (transistor, amplificatori operazionali, valvole). In qualche caso si usa la non linearità dei diodi messi in punti strategici del circuito.

Un altro effetto tipico dei chitarristi è lo Wah-Wah realizzato attraverso un filtro risonante (passa banda) fatto con un condensatore e un induttore in parallelo. Con il pedale si varia la frequenza di accordo del filtro che provoca il classico suono del bambino che piange (a cui fa riferimento il classico Dunlop-Cry Baby).

Tutti gli altri effetti (analogici e digitali) sono molto utilizzati da chitarristi e bassisti.

Per seguire le esigenze dei chitarristi e, in misura inferiore, dei bassisti, gli ingegneri si sono sbizzarriti per creare catene di effetti ed amplificatori estremamente sofisticate che, intorno agli anni ’80, hanno portato alla moda dei rack pieni di dispositivi e di articolati sistemi di connessione.

È importante notare che il suono della chitarra e del basso elettrico è fatto dall’intero sistema strumento-catena effetti-amplificatore (e poi va detto che conta molto anche la tecnica dello strumento). In qualche caso il connubio è talmente importante che il musicista diventa riconoscibile dal proprio suono. Vi cito ad esempio Carlos Santana, Brian May, Mark Knopfler, Eddie Van Halen, Angus Young (ma ce ne sono molti altri). Tutta gente che si può riconoscere alla terza nota stando con le spalle rivolte al palco.

La moda dei rack a forma di frigorifero è (fortunatamente) passata per l’accresciuta capacità di realizzare circuiti miniaturizzati e perché, con l’avvento dei grandi sistemi di Public Address (PA) non è più necessario (anzi!) avere un volume elevato sul palco.

Il segnale della chitarra viene mandato al banco attraverso l’utilizzo di microfoni. Un super classico è lo Shure 57 ma anche Sehnneiser MD421 ed E906 sono, tra i dinamici, molto utilizzati. In studio è frequente inserire ulteriori microfoni a condensatore o a nastro per raccogliere altre sfumature che i dinamici non riescono a catturare.

Con il basso, invece, non è inusuale riprendere il segnale dalle uscite line dell’amplificatore. In questo caso le riprese microfoniche sono utilizzate soltanto in studio.

Dopo decenni di valvole la tecnologia digitale è entrata pesantemente a far parte anche del mondo di chitarristi e bassisti. Questo perché il progresso della tecnologia ha reso disponibile la potenza di calcolo necessaria ad applicare il physical modeling.

Per ognuno dei componenti dei circuiti elettronici è possibile realizzare un modello matematico che ne riproduce le caratteristiche principali e, se si vuole fare bella figura, anche quelle secondarie. Ovviamente più è accurato il modello e più è necessaria potenza di calcolo.

I vantaggi di questa tecnologia sono molti:

  • versatilità – i modelli possono rappresentare centinaia di amplificatori ed effetti nella stessa macchina. Questi possono essere connessi nei modi più vari.
  • programmabilità – è possibile memorizzare centinaia di rig (così si chiamano le catene di dispositivi emulati, ma il nome vale anche nel caso reale)
  • riproducibilità – il suono è sempre lo stesso ed è facile riprodurre dal vivo il suoni utilizzati in studio
  • compattezza – con una sola pedal board ci si porta dietro molto di più di quanto fa David Gilmour nei suoi concerti

C’è però, soprattutto per i chitarristi, un difetto importante. Il suono riprodotto è quello che si ascolta a valle del microfono e non quello che arriva direttamente dallo speaker dell’amplificatore. La differenza si sente e non tutti riescono a farsene una ragione. Molti sono i tentativi di creare speaker specifici per i modeler ma il buon vecchio amplificatore è ancora vincente soprattutto per la sensazione che si sente mentre si suona. Per chi ascolta la differenza, quando si riesce a percepire, è minima e molti sono gli album registrati facendo ricorso a questi dispositivi.

Un altro approccio che fa uso della tecnologia digitale è quello del profiling. Con questa tecnica si trascura la topologia dei circuiti che costituiscono il sistema e si realizza un profilo (che deve essere non lineare per funzionare bene) di macchine reali scegliendo opportunamente i segnali di ingresso ed elaborando con algoritmi molto complessi (e, ovviamente, coperti da segreto industriale) il segnale di uscita in modo da ottenere un sistema (digitale) che rappresenta in modo adeguato quello reale che si è profilato.

I vantaggi e gli svantaggi sono gli stessi del caso precedente. Con il profiling è possibile, però, portarsi in giro emulazioni di rig di qualità che per la loro delicatezza o pregio è meglio non portarsi in giro.

Questa possibilità è negata ai sistemi basati sul physical modeling con i quali è possibile leggere Impulse Response che però (essendo lineari) non riescono a rappresentare la complessità degli apparati reali. Per questa ragione le IR sono utilizzate soltanto per modellare gli speaker.

L’arrivo sul mercato dei modeler/profiler è stata la prima rivoluzione del mercato dei device per chitarra e basso (chitarristi e bassisti, come già detto, sono tradizionalisti) che ha generato la richiesta di altri dispositivi quali, ad esempio:

casse Full Range Flat Response (FRFR) – sono speaker con risposta piatta su tutta la gamma audio (il segnale della chitarra difficilmente supera gli 8KHz) in grado, a detta dei costruttori, di supportare adeguatamene l’uscita di modeler/pofiler

piccoli amplificatori di potenza – tutti in classe D, consentono, con l’ingombro di un pedale, di pilotare casse FRFR (passive) o speaker per chitarra/basso in modo da consentire al musicista il monitoring personale.

Dispositivi di interfaccia – per evitare problemi di loop di massa o effetti negativi della phantom power sulle uscite dei modeler  

Ovviamente è possibile un approccio ibrido che integra modeler/profiler con i sistemi tradizionali (sia effetti che amplificatori) in modo da avere i vantaggi di entrambe le tecnologie.

Terminiamo qui questa puntata. Nella prossima cominciamo ad affrontare il mondo dei sintetizzatori. A presto!

Sono un ingegnere elettronico con la passione per la musica ed il suono. Mi sono avvicinato alla musica da autodidatta (salvo una breve parentesi alla University of the Blues di Dallas) e ho suonato nei peggiori locali italiani (con casuali puntate all'estero).
Ho costruito la mia prima radio FM appena finita la terza media. Ho continuato con amplificatori a valvole e transistor fino ad arrivare alla produzione di circuiti integrati.
Collaboro da anni con varie riviste (cartacee e web) di musica nelle quali mi occupo di recensioni di strumenti musicali e sistemi per l'elaborazione del suono. Trovate le mie pubblicazioni su Accordo (accordo.it), la rivista Chitarre (dal 2010 al 2015) e su Audio Central Magazine (audiocentralmagazine.com).
Produco musica da un po' nello NTFC Studio che serve sostanzialmente per le produzioni di NTFC Band.

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