Controlli di tono sugli amplificatori

Un sistema hi-fi abbina comunque dei controlli tono attivi di tipo Baxandall a due vie (bassi e acuti) per compensare le caratteristiche del sistema di diffusione sonora, comunemente chiamate casse acustiche. Queste possono avere carenze agli estremi della banda audio, che saranno corretti con i due controlli di tono, spesso meno necessari quando ascoltiamo la stessa musica con un paio di buone cuffie. Il sistema Baxandall permette d’intervenire su delle frequenze precise e con un’esaltazione e attenuazione di svariati decibel.

I valori tipici, per le frequenze basse, sono di 50-100 hz con una variazione di 10-15 dB in più o in meno rispetto alla posizione centrale del potenziometro, spesso prevista di un leggero scatto. I valori per le alte frequenze sono in genere di 10-15 Khz sempre con la stessa variazione.

Come si può notare si è agli estremi della gamma audio, proprio per compensare le mancanze del resto dell’impianto o anche per correggere una registrazione non perfetta. Le frequenze medie, invece, sono normalmente non toccate dai controlli di tono, se non in minima misura, specie alla frequenza centrale di mille hz.

I filtri a selettore, a volte presenti negli amplificatori hi-fi più evoluti, vanno generalmente ad attenuare frequenze al limite della banda audio, per evitare alcuni rumori o frusci fastidiosi. Anche gli equalizzatori grafici o parametrici sono di tipo attivo e permettono d’intervenire in maniera selettiva su una precisa porzione di frequenze, con una mirata attenuazione o esaltazione della zona interessata.

Questi controlli attivi di tono, pur se molto precisi riguardo alle frequenze in cui agiscono e alle variazioni di risposta, hanno un difetto: possono introdurre delle distorsioni indesiderate e poco musicali quando si esalta una o entrambe le bande di frequenza. Questo perché in fase d’esaltazione introducono un’amplificazione del segnale. Nel caso di un amplificatore per hi-fi questo non accade poiché si limita il segnale nella zona lineare del componente. Un sistema di controllo passivo, invece, prevede comunque un’attenuazione del segnale anche con tutti i controlli al massimo e quindi è esente sia da distorsioni indesiderate, sia dall’aumento di rumore, dovuto all’utilizzo di un elemento attivo. Di contro, non attenuano con la stessa precisione di un sistema attivo, quindi non è mai riportata né la frequenza d’intervento, né la sua attenuazione in decibel.

I suoi controlli possono interagire anche con le frequenze fuori gamma e tra di loro, producendo cancellazioni marcate per effetto della rotazione di fase del segnale. Tutto questo, però, è da sempre sfruttato in maniera positiva dai musicisti. L’idea comune di ascoltare il vero suono dell’amplificatore, semplicemente ponendo al massimo i controlli di tono, oltre al vero significato di quest’affermazione, non trova quindi riscontro pratico per ciò che è stato appena detto.

Con quest’articolo, vorrei parlare delle differenze tra i controlli di tono montati su tre amplificatori storici come il Fender Twin, il Marshall Plexi e il Vox AC30, grazie all’uso di un software chiamato Tone Stack Calculator della Duncan Amplification. Gli stessi controlli di tono sono installati su altri modelli dei tre marchi, anche con minime variazioni nei valori.

Fender Twin
Lo schema Fender prevede tre controlli di tono: Bass, Middle e Treble per la regolazione timbrica e sicuramente è una delle circuitazioni più sfruttate in assoluto. Una delle particolarità di questa circuitazione è il non emettere alcun suono quando i tre controlli sono al loro valore minimo. Il debole segnale residuo dipende solamente dalla bontà dei potenziometri ed eventualmente dalla pulizia del contatto strisciante interno.

Questa particolarità tipicamente Fender permette degli interventi molto ampi sul segnale, arrivando a variazioni teoriche anche di 90 dB sulle basse e alte frequenze, quando si utilizza un solo controllo alla volta, lasciando al minimo gli altri due.

Per le frequenze medie, invece, abbiamo una variazione teorica comunque superiore ai 70 dB. Se però poniamo i controlli di tono nella posizione centrale, l’efficacia è ridotta a circa 30-35 dB per le basse frequenze, 10 dB per le medie e ancora intorno ai 35 dB per le alte. Con i controlli al loro massimo valore, l’efficacia d’intervento è ulteriormente ridotta, scendendo a circa 15 dB per le basse frequenze, appena 2 dB per le medie e oltre 15 dB per le alte.

Questo si verifica perché più ci si avvicina al limite teorico dello zero dB, cioè nessuna attenuazione, più è difficile ottenere un incremento di segnale in quella banda. L’intervento di ogni singolo controllo non è poi molto regolare nell’incremento della banda di frequenze.

Per esempio: il controllo dei bassi inizia con un deciso incremento di tutta la banda audio, poi aumenta sempre meno a frequenze sempre più basse, fino a scendere sotto la banda del nostro strumento. Il controllo dei medi, invece, è poco attivo fino a quasi metà corsa del potenziometro, e aumenta tutto lo spettro audio, se gli altri due controlli sono al minimo. La regolazione degli acuti è più efficace a inizio corsa e taglia di alcuni decibel anche le frequenze basse. Tutte osservazioni sicuramente notate da migliaia di musicisti nel mondo.

Un’altra particolarità di questo circuito è l’interazione tra il controllo Bass e il Treble, quando il Middle è posizionato ai minimi valori. In questa maniera si cancellano alcune frequenze medie, che regalano il tipico pulito Fender.

La posizione del controllo Treble determina la frequenza della massima attenuazione (maggiore è il valore di questo controllo e minore è la frequenza della zona attenuata), mentre la profondità dell’intervento dipende dalla differenza tra il controllo Bass e il Middle (maggiore è questa differenza e maggiore sarà la mancanza delle frequenze medie). L’intervento varia da circa 300 hz a circa 900 hz.

Nel grafico riportato sotto, possiamo vedere la risposta con i tre controlli al massimo e la relativa variazione dei medi, come pure i tre controlli a metà e l’attenuazione del controllo dei medi.

Tutti i controlli al massimo: Bassi = -8 dB – Medi a 300 hz = -23 dB – Alti = -4 dB.
Bassi e acuti al massimo, medi al minimo: Bassi = -8 dB – Medi a 300 hz = -36 dB – Alti = -4 dB.
Tutti i controlli a metà: Bassi = -19 dB – Medi a 900 hz = -32 dB – Alti = -23 dB.
Bassi e acuti a metà, medi al minimo: Bassi = -20 dB – Medi a 900 hz = -35 dB – Alti = -24 dB.

Marshall Plexi
Molto simile nello schema elettrico al Fender, si distingue per il diverso valore dei componenti, che lo fa lavorare su frequenze diverse. Anche qui troviamo i tre classici controlli Bass, Middle e Treble ma non la particolarità di chiudere il suono quando sono al minimo i tre controlli. In questo caso, si ottiene un suono improntato sulle medie frequenze, con picco a circa 250 hz.

L’intervento dei controlli è minore rispetto al Fender, infatti ha una regolazione media di circa 10 dB sulle basse frequenze e una massima variazione di circa 20 dB per le frequenze ultrabasse. La variazione maggiore si riscontra a valori minori degli altri controlli. Per le frequenze medie, abbiamo una variazione minore di 10 dB in qualsiasi combinazione, mentre per le alte frequenze la massima variazione è di oltre 20 dB e di oltre 30 dB per le frequenze al limite della banda, con gli altri controlli al loro minimo valore. Questa variazione scende però fino a circa 6 dB quando abbiamo il controllo dei medi al massimo.

Anche qui la variazione dei controlli non è molto lineare: il potenziometro dei bassi inizia con un deciso incremento dei medio-bassi, poi aumenta sempre meno a frequenze sempre più basse fino a scendere sotto la banda del nostro strumento, in maniera simile al Fender. Il controllo Middle, invece, aumenta sia i medi sia i bassi ma soprattutto gli acuti, se gli altri due controlli sono al minimo. La regolazione degli acuti è più efficace a inizio corsa e taglia di pochissimi decibel anche le frequenze basse. Anche queste affermazioni saranno state notate da migliaia di musicisti nel mondo.

L’interazione tra bassi e acuti, in questo caso, è nettamente inferiore a ciò che ho scritto sopra, ma con le medesime considerazioni. La cancellazione dei medi è quindi minore e il pulito è ben diverso da quello in stile Fender. L’intervento varia da circa 250 hz a circa 850 hz.

Nel grafico riportato sotto, possiamo vedere la risposta con i tre controlli al massimo e la relativa variazione dei medi, come pure i tre controlli a metà e l’attenuazione del controllo dei medi. Ho aggiunto la curva blu che visualizza la risposta con i tre controlli al minimo.

Tutti i controlli al massimo: Bassi = -4,5 dB – Medi a 400 hz = -9 dB – Alti = -0,5 dB.
Bassi e acuti al massimo, medi al minimo: Bassi = -4 dB – Medi a 600 hz = -18,5 dB – Alti = -0,5 dB.
Tutti i controlli a metà: Bassi = -5,5 dB – Medi a 700 hz = -10 dB – Alti = -5 dB.
Bassi e acuti a metà, medi al minimo: Bassi = -6 dB – Medi a 850 hz = -17 dB – Alti = -7,5 dB.
Tutti i controlli al minimo: Bassi = -14 dB – Medi a 250 hz = -11,5 dB – Alti = -25,5 dB.

Vox AC30
Lo schema di questo Vox è una versione semplificata del tipo Marshall, avendo tolto il controllo dei medi, ma presentando due condensatori su tre dello stesso valore. Come il Marshall, non avviene la chiusura del suono quando entrambi i controlli sono al minimo, ma il filtraggio di questa rete produce una risposta piatta, cioè con un’attenuazione costante per tutta la banda della chitarra.

L’intervento del controllo Bass è sempre maggiore di 15 dB in qualsiasi condizione e di oltre 20 dB per le ultrabasse, mentre per il controllo Treble si ha una variazione media maggiore di 10 dB, tranne la situazione con il controllo dei bassi al massimo in cui il controllo Treble arriva a una variazione maggiore di 25 dB. Per le frequenze alte al limite di banda, questi valori aumentano a oltre 15 dB, fino a superare i 35 dB nella particolare condizione prima citata. La variazione del controllo Bass è simile al Marshall: il potenziometro inizia con un deciso incremento dei medio-bassi, poi aumenta sempre meno a frequenze sempre più basse, fino a scendere sotto la banda del nostro strumento, attenuando a fine corsa anche gli acuti. La regolazione degli acuti è meno efficace a inizio corsa e taglia di alcuni decibel anche le frequenze basse. Anche queste affermazioni saranno state notate da migliaia di musicisti nel mondo.

Mancando il controllo dei medi, l’interazione tra bassi e acuti è molto pronunciata, come sullo schema Fender. In questa maniera si cancellano alcune frequenze medie, che regalano il tipico suono Vox. La posizione del controllo Treble determina la frequenza della massima attenuazione (maggiore è il valore di questo controllo e minore è la frequenza della zona attenuata), mentre la profondità dell’intervento dipende dall’esaltazione del controllo Bass (maggiore è la sua posizione e maggiore sarà la mancanza delle frequenze medie). L’intervento varia da circa 500 hz a circa 1.300 hz.

Nell’ultimo grafico, riportato sotto, possiamo vedere la risposta con i due controlli al massimo, a metà e al minimo.

I due controlli al massimo: Bassi = -12 dB – Medi a 500 hz = -43 dB – Alti = -7 dB.
I due controlli a metà: Bassi = -13 dB – Medi a 1.300 hz = -24 dB – Alti = -20 dB.
I due controlli al minimo: Bassi = -25 dB – Alti = -24 dB.

Naturalmente, a queste differenze, occorre aggiungere la diversa risposta dinamica e armonica dovuta al tipo di valvole utilizzate, come pure alle varie reti fisse che tagliano alcune frequenze anziché altre e come ultimo elemento della catena, ma non per questo meno importante, i diversi altoparlanti utilizzati.