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I pickups della chitarra elettrica

Introduzione

Non ci dilungheremo su questo componente della catena audio, occorrerebbe un libro solo per questo.
Ne daremo una breve descrizione solo per comprenderne i limiti e il tipo di segnale elettrico che possiamo trarne.

Utilizzo

Sono dei trasduttori che trasformano la vibrazione delle corde della chitarra in un segnale elettrico.

Fondamenti sul Funzionamento

Si basa sulla perturbazione di un campo magnetico le cui linee di flusso si concatenano con una bobina da parte di un oggetto metallico che si muove in prossimità del campo magnetico, nella fattispecie la corda della chitarra elettrica.
Per questo motivo le corde sono realizzate in acciaio.
Se fossero di materiali plastici come quelle della chitarra acustica sarebbero trasparenti al campo magnetico e non funzionerebbero.

La Catena del Suono

Ora cerchiamo di capire quali sono i parametri che influenzano il segnale prodotto all'uscita:

  1. Il segnale è direttamente proporzionale al campo magnetico
  2. Il segnale è direttamente proporzionale alla dimensione (diametro) della corda della chitarra
  3. Il segnale è direttamente proporzionale al numero delle spire della bobina
  4. Il segnale è inversamente proporzionale alla distanza fra il magnete e la corda della chitarra
  5. Il segnale è direttamente proporzionale alla velocità di variazione del campo magnetico, quindi alla frequenza con cui vibra la corda della chitarra (questo è un po' più difficile da capire e bisogna partire dalla legge di induzione elettromagnetica che vi consiglio di studiare per approfondimenti)

Quindi visto che ci occorre un segnale elettrico da mandare all'amplificazione il nostro interesse è che questo abbia un'ampiezza il più grande possibile per motivi legati a vari aspetti come il rapporto segnale/rumore e la complessità del preamplificatore, quindi gli approcci possono essere i seguenti:

  1. Aumentare il numero delle spire della bobina.
    Vi sono due limiti fisici legati all'aumentare del numero delle spire.
    Il primo è il più banale, lo spazio per allocarle, il secondo è legato alla capacità parassita che vi è fra una spira e l'altra e che aumenta all'aumentare delle spire.
    Questo fa si che la bobina del pickup si comporti come un filtro passa-basso che limita le alte frequenze.
  2. Aumentare il flusso magnetico mettendo un magnete più potente.
    A parità di spire avremo una tensione di uscita più alta ma nel contempo un magnete più potente ha un effetto freno sulla corda per via delle correnti parassite e del relativo effetto freno che ne deriva.
    In pratica un forte campo magnetico riduce il sustain dello strumento.

Come vedete è sempre una questione di equilibrio.

Dal punto di vista dei materiali in genere quello che caratterizza un pickup è il magnete che può essere in un unico pezzo alla base del pickup o essere inserito all'interno della bobina come nucleo e in tal caso sono uno per ogni bobina.
Può essere realizzato in ferrite, in neodimio o alnico, questi tre materiali producono un campo magnetico più o meno intenso e influenzano il livello del segnale in uscita e le caratteristiche sonore del pickup.
Per fare un esempio pratico se realizziamo un pickup in neodimio, questo tipo di magnete è di gran lunga più potente degli altri e per avere lo stesso segnale (come ampiezza) in uscita potremo utilizzare una bobina con più spire, quindi con meno capacità parassita e il suono sarà più brillante con note acute più marcate, qualcuno lo potrebbe giudicare più secco.
Con questo per dire che è sempre la combinazione di magnete e bobina che caratterizza il suono per la timbrica.
Poi sicuramente un pickup in neodimio in funzione della sua potenza frenerà di più la corda, quindi il sustain calerà.

Problemi tipici: in fase di costruzione la bobina deve essere impregnata per evitare che alcuni fili possano muoversi per effetto delle vibrazioni indotte dalla musica amplificata trasformando il pickup in un microfono.
Questo indurrebbe dell'effetto larsen che renderebbe il pickup inutilizzabile.
In genere si una una miscela di cera d'api e paraffina ma anche resina bicomponente per trasformatori.
L'unico vantaggio indiscusso della cera d'api è che in caso volessimo svolgere il filo dalla bobina basterebbe scaldarla.

Circuito equivalente di un pickup

Di seguito il circuito equivalente di un pickup.

La Catena del Suono

Come si può vedere Ls rappresenta la bobina ideale mentre RL è la resistenza parassita del filo di rame e CP è la capacità parassita che vi è fra le spire della bobina ed eventualmente sul filo di collegamento.
Gn è un generatore ideale che rappresenta il segnale prodotto dal pickup.
Dal punto di vista del generatore Gn l'induttanza e la bobina costituiscono un filtro passa basso e nel contempo un circuito risonante LC serie.
Quindi potremo aspettarci due fenomeni: il primo è l'attenuazione dei toni alti e il secondo è un picco di risonanza alla frequenza di risonanza del circuito LC composto da Ls e CP.

Di seguito analizzeremo un pickup single coil commerciale e faremo una analisi del circuito analizzandone l'impedenza nel dominio della frequenza vista dall'uscita utilizzando il famoso software ARTA LIMP.
Il circuito visto dall'uscita si modifica, nel senso che Gn diviene un cortocircuito e ci troviamo la serie Ls+RL in parallelo con la capacità CP.
Quindi il circuito si modifica e diviene un circuito risonante parallelo.
Interpretando i valori che vedremo potremo capirne le peculiarità e il comportamento.
Intanto vediamo che CP ed Ls risuonano a quasi 7,7 KHz, quindi una frequenza abbastanza alta, ribaltando il valore sul circuito equivalente precedente è facile supporre che per quel valore l'efficienza del pickup sarà massima quindi ci dovremo aspettare un pickup particolarmente brillante sulle alte frequenze.
Questo significa che la bobina ha relativamente poche spire e avremo un segnale abbastanza basso.
Nel primo tratto della curva a frequenze molto basse invece potremo leggere il valore della resistenza parassita RL (che è di circa 5 KΩ) in quanto l'influenza sia della bobina che della capacità sono praticamente nulle.
Potremmo anche calcolare il valore approssimativo dell'induttanza e della capacità.
Nello specifico ora che abbiamo il valore di RL possiamo prendere il dato dell'impedenza in un punto della curva in cui la componente capacitiva non è rilevante, come per esempio a 500 Hz punto in cui l'impedenza è 13,9KΩ, decurtandola del valore di RL otterremo la reattanza induttiva e da questa potremo calcolare il valore della induttanza e poi una volta nota questa sapendo la frequenza di risonanza calcolare anche CP.
Ma ai fini di questo libro non ci interessa.

La Catena del Suono

Si noti anche il piccolo picco in corrispondenza alla frequenza di 50Hz prodotto da un campo magnetico generato dalla rete elettrica.
Questo pick-up è molto sensibile ai disturbi.

Tipologie

Possiamo dividere i pickup in due macrogruppi, ovvero:

  1. Single Coil (ma vedremo in seguito che questa tipologia dovrebbe avere un nome diverso).
    Sono i pickup più semplici e hanno un suono più squillante, ma di ampiezza più ridotta.
  2. Humbucker ovvero a doppia bobina (parola composta che tradotta in italiano potrebbe essere "a ronzio abbattuto").
    Sono due pickup single coil messi in serie che grazie alla peculiare geometria annullano il ronzio indotto da campi magnetici esterni.
Pickup Humbucker e single coil in una chitarra

A loro volta queste due tipologie si possono ulteriormente suddividere in:

  1. Pickup passivi, sono quelli tradizionali dai quali il segnale viene inviato ad un preamplificatore per mezzo di un cavetto.
    Viste le impedenze di uscita abbastanza alte sono molto sensibili al tipo e alla lunghezza del cavo di collegamento e tendono ad avere per questo un rumore di fondo più accentuato rispetto agli analoghi preamplificati.
  2. Pickup attivi, hanno un piccolo preamplificatore direttamente cablato in prossimità e nello strumento trova alloggiamento anche la batteria che alimenta questo piccolo preamplificatore.
    Il vantaggio è che possono produrre un segnale molto basso, quindi una bobina più piccola e quindi una frequenza di risonanza molto alta, anche al di fuori della gamma audio, il preamplificatore comunque porta il segnale ad una ampiezza molto maggiore.
    Lo svantaggio è che necessitano di alimentazione (una batteria o più).

Poi per completare la carrellata occorre menzionare i pickup che hanno una piccola bobina per ogni corda dello strumento, a volte anche preamplificata separatamente (nel caso di pickup attivo) con la possibilità di variare l'ampiezza del segnale prodotto per ogni singola corda dello strumento.
Tecnologicamente sono l'ultima frontiera del pickup, poi i gusti sono gusti ed ogni musicista utilizza quello che più gli piace in barba alla tecnologia.

Pick-up neck (neck=manico) telecaster single coil Pick-up neck (neck=manico) telecaster single coil Pick-up neck (neck=manico) telecaster single coil

Tre inquadrature dello stesso pick-up, si tratta di un single coil che viene montato alla base del manico nelle chitarre tipo Fender Telecaster.
Si notano i punti in cui i fili per il collegamento si saldano su due piazzole in cui termina il filo smaltato utilizzato per avvolgere la bobina.

Pickup Humbucker

Sopra un disegno dello schema di principio di un Humbucker, da notarsi il senso di avvolgimento delle due bobine e la polarità dei magneti.
Al movimento della corda le due bobine producono due segnali sfasati di 180° che si sommano in virtù del collegamento.
I campi magnetici esterni si elidono.

Pickup Humbucker

Sopra un esempio di come con un semplice interruttore un pickup Humbucker si può trasformare in un single coil.

L'avvolgimento della bobina del pickup

In genere si utilizza un filo di rame smaltato dal diametro molto piccolo, misura compresa fra Awg 41 - Awg 43 (in più utilizzato è il Awg 42) che corrisponde ad un diametro che va da 0,054mm a 0,071mm AWG sta per "American wire gauge" una unità di misura utilizzata a partire dal 1857, soprattutto negli Stati Uniti d'America e in Canada, per conduttori di sezione circolare.
In Europa si utilizza il sistema MKS (unità di misura standard Metro-chilogrammo-secondo) ma ancora molti produttori danno la misura in AWG.
Di seguito una tabellina riassuntiva con la misura in AWG e mm dei principali diametri utilizzati.

AWG
Diametro in mm
Sezione in mm2
40
0.079
0.005
41
0.071
0.004
42
0.063
0.003
43
0.054
0.0025
44
0.050
0.0020
45
0.044
0.0016

Per quello che riguarda il numero di spire, in genere si va dalle 5000 alle 10000, in funzione dell'ampiezza del segnale che si vuole in uscita e della sua timbrica.
Per chi volesse cimentarsi nella costruzione di un pickup il materiale è di facile reperibilità, compreso il filo per avvolgere la bobina, i magneti e anche tutti gli altri pezzi, a dei prezzi abbastanza bassi.
Questa operazione deve avere come scopo la sperimentazione, non certo il risparmio, si trovano pickup già fatti a prezzi minori.

Caratteristiche del segnale prodotto

Il suono prodotto varia molto in funzione delle caratteristiche costruttive, dei materiali utilizzati e soprattutto del posizionamento del pickup (ponte, centrale o manico), sia per quello che riguarda la frequenza del segnale prodotto che l'ampiezza.

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