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Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico
Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico
di [user #33863] - pubblicato il

Le suggestioni e le imprecisioni inevitabili di una prova empirica potrebbero far sentire differenze timbriche che, in realtà, non ci sono. Un nostro lettore mette in guardia con una serie di rilevamenti.
Ho deciso di scrivere questo articolo prendendo lo spunto da un esperimento condotto da un lettore e descritto a questo link.

Siccome non ero molto convinto da quanto affermato ho deciso di fare qualche prova, complice anche un cambio pickup su una mia Ibanez GAX30 (humbucker sostituiti con dei P90). Inutile dire che le modifiche suggerite nell’articolo di cui sopra non hanno sortito alcuna differenza alle mie orecchie (notate bene: addirittura ho messo uno switch per commutare il circuito da Modern 1 a Modern 2 per poter sentire in tempo reale se cambiava qualcosa). Pertanto da buon san Tommaso ci ho voluto mettere il dito facendo anche delle prove a banco con una adeguata strumentazione elettronica (analizzatore di spettro audio).
Preciso che ho usato gli humbucker smontati dalla chitarra e pertanto tutte le misure sotto riportate si riferiranno ad essi. In effetti l’humbucker è la scelta giusta per fare queste prove: essendo la sua impedenza di uscita elevata, molto di più di un single coil, è uno schizzinoso, molto suscettibile anche a piccole variazioni circuitali, basti pensare a cosa succede quando si usa un potenziometro da 250Kohm al posto di uno da 500K.
In più, già che c’ero, ho rilevato cosa succede nella risposta in frequenza di un pickup: da solo, quando gli colleghiamo solo il potenziometro del volume, se ci aggiungiamo il tono, cosa fa il cavo jack che utilizziamo, se “sbagliamo” il valore del potenziometro e altro. Insomma tutte cose che se effettivamente a orecchio sono udibili, devono per forza essere riscontrate con la strumentazione. Giusto per non prendere fischi per fiaschi e lasciarci travolgere da autosuggestione e profezie che si autoavverano.

Il fluire di questo scritto partirà proprio da queste prove, dalle più semplici e in crescendo per poi nel finale esaminare la diatriba tono "Modern 1 - Modern 2".
Vi avverto, l’articolo non sarà breve, armatevi di pazienza. Cercherò inoltre, nei limiti del possibile, di utilizzare un linguaggio il meno tecnico possibile per rendere semplice la comprensione.

Per capire come ho operato è giocoforza partire dalla descrizione del banco di misura e della strumentazione utilizzata.
Il banco di test è formato da una normale scheda audio M-Audio Audiophile, un attenuatore di precisione bufferizzato e con impedenza d’ingresso da 1Mohm (autocostruito), un PC dotato di software di misura (io uso ARTA SW ma ve ne sono in giro diversi).

Nell'immagine che segue è riportata la risposta in frequenza del sistema così composto. Si può notare come sia piatta e con un leggero calo di 0,2dB agli estremi di banda. La risoluzione è dell'ordine della seconda cifra decimale.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

L’attenuatore, visto l’ampiezza dei segnali misurati, viene tenuto con un rapporto di attenuazione unitario (quindi nessuna attenuazione) ma soprattutto è indispensabile per avere una impedenza di ingresso alta, dato che la scheda M-Audio specifica una impedenza di ingresso di solo 10Kohm, cosa che ci falserebbe le misure effettuate. A tutti gli effetti simula l’input ad alta impedenza di un amplificatore per chitarra.
Di seguito è riportato lo schema a blocchi del banco di misura.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Il suo funzionamento è il seguente:
- tramite il sw viene attivato l’output della scheda audio con un segnale di tipo pink noise (rumore rosa). Questo segnale è un insieme di tutte le frequenze dello spettro audio da 20Hz a 20KHz
- il segnale viene applicato al pickup 1 che emette un campo magnetico, in pratica simula la vibrazione delle corde ma non con la frequenza di una sola nota o di un accordo e le sue armoniche bensì di tutto lo spettro sonoro
- il pickup 2 (quello della nostra chitarra) è magneticamente accoppiato al pikup 1, riceve il segnale e lo passa alla circuitazione collegata (volume, tono, solo volume ecce cc, insomma i comandi della nostra chitarra)
- dal circuito il segnale passa per l’attenuatore che fa solo da buffer e lo gira all’input della scheda audio
- a questo punto ARTA SW riceve il segnale elaborato dalla scheda audio, analizza l’ampiezza delle singole frequenze dandoci a monitor la curva della risposta in frequenza del circuito in esame.

Qualche info su come leggere il grafico: l‘asse orizzontale rappresenta le frequenze, quello verticale le ampiezze espresse in dB/V, la curva in verde è la risposta in frequenza. Troverete anche una riga verticale gialla: è il cursore che viene mosso dal mouse e dove posizionato permette di leggere immediatamente il valore dell’ampiezza e della frequenza in quel punto, valori riportati in basso a sinistra, di fianco alla voce "cursor".
Dopo tutto 'sto lagnoso preambolo, partiamo con le misure.
Attenzione: tutte le misure sono state effettuate con potenziometri di volume regolati a 10 e toni tutti aperti a eccezione della prova al punto 6) effettuata prima con tono a metà e poi completamente chiuso.

1) Risposta in frequenza del solo pickup
In questa prova il pickup 2 viene connesso direttamente all’attenuatore, riferendosi allo schema a blocchi dell'immagine precedente non c’è il blocco giallo. In questa prova potete vedere la  risposta in frequenza: notate il cursore giallo, posizionato su un picco a 5kHz.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

2) Risposta in frequenza pickup + potenziometro volume 500Kohm
Questa è roba di moda negli anni ’80, Van Halen dei tempi andati o stile Kramer Baretta. Di seguito c’è la risposta in frequenza e rispetto alla prova precedente è cambiato qualcosa, il picco a 5kHz si è attenuato ma anche spostato in frequenza, ora è a 4,7kHz circa e con circa 3dB in meno.
E se su questa semplice circuitazione sbagliamo potenziometro di volume? Vedi il punto successivo.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

3) Risposta in frequenza pickup +  potenziometro da 250Kohm
È sparito il picco, tutta la curva di risposta da 200Hz a 5kHz si è leggermente abbassata ma soprattutto tutte le frequenze sopra i 5kHz circa hanno avuto una maggior attenuazione.
Ma questa cosa non è mica proprio quello che succede nella pratica? Il pickup suona più cupo o ovattato?

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

4) pickup + pot. Volume 500K + cavo jack
Ok, finora abbiamo fatto le misure usando come cavi di connessione solo quelli di misura. Se inserisco il nostro bel cavo per chitarra tra il circuito e l’attenuatore, succede qualcosa? In soldoni, la Baretta la prendo e la collego all’amplificatore per suonare. Come cavo ho impiegato uno autocostruito, lunghezza 5mt, cavo impiegato RG58 c/u, con capacità di 615pF misurata con capacimetro.
Di seguito potete vedere cosa succede. Confrontate con il punto 2: il picco di risonanza si è spostato verso le basse frequenze, dai 4,5kHz ai 2,2kHz circa, ma non solo, anche la curva a destra del picco si è spostata verso sinistra, ciò significa che anche le frequenze superiori al picco ora sono più attenuate. Questa è la prova che in una chitarra (o basso) con circuitazione passiva la qualità del cavo influisce sulla resa sonora. Il discorso decade se nella chitarra dovessimo montare un semplicissimo buffer prima del jack: gli effetti capacitivi del cavo sarebbero talmente ininfluenti da non sentire alcuna differenza, dovremmo solo preoccuparci di avere cavi meccanicamente robusti.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

È ora di complicare il circuito, aggiungiamoci un controllo di tono e vediamo cosa succede.

5) Pickup + potenziometri volume e tono da 500K tutti aperti, condensatore 22nF (ho usato un normalissimo poliestere, 22,21nF al capacimetro)
Confrontiamo il grafico con quello del punto 2 (solo con pot volume 500K).
Il picco a 5kHz è sparito ma non solo. Per esempio, andate a misurare l’ampiezza della frequenza 7Khz al punto 2: è a -15dB mentre qui è a -20dB. Con l’aggiunta del tono e per di più aperto è stata attenuata di ben 5dB! La frequenza 6kHz è attenuata di 6dB, in soldoni tutte le frequenze dai  3÷4kHz in su vengono consistentemente attenuate. Per chi non ha dimestichezza coi decibel, nel nostro caso per la precisione dB/V, perdere 6dB significa dimezzare il segnale, 16dB ridurlo di 6 volte, 20dB di 10!

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

6) Di seguito potete vedere effettivamente come cambia la curva al variare del tono
Prima con tono a metà (il potenziometro è lineare, quindi la resistenza è di 250K).

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Poi con tono tutto chiuso.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Le prove 5 e 6 sono state rilevate solo con i cavi di collegamento della strumentazione. Proviamo ora a inserire il cavo chitarra già utilizzato precedentemente e vediamo cosa succede. Questo è quello che effettivamente succede in una vostra catena: chitarra dotata di due humbucker, selettore pickup su uno dei due, un volume e un tono, controlli al massimo, cavo e amplificatore.

7) Quella che segue è semplicemente la prova 5 con aggiunto il cavo chitarra.
Confrontatela con il punto 5. La capacità del cavo introduce un picco di risonanza attorno ai 2,5kHz (con un 2dB in più) ma andando in su con le frequenze esse cominciano a essere tagliate ancora di più: rispetto alla prova 5, per esempio la frequenza 4kHz è attenuata di 4dB circa, quella da 5kHz addirittura 6dB e via discorrendo. La pendenza della curva è di circa 15dB per ottava: dai 3KHz in su, a ogni raddoppio di frequenza l’ampiezza si riduce di 15dB. Se i 3KHz li abbiamo a -11dB, i 6KHz saranno a –26dB, i 12KHz a -41dB ecc.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Apro una parentesi: confrontate il punto 7, rappresentativo della situazione reale di una chitarra, con il punto 1 (la risposta del pickup nudo e crudo). Aver banalmente collegato un paio di potenziometri, un condensatore e un cavo ci ha fatto perdere un sacco di frequenze: la 4kHz ha perso 8dB, 5 e 6kHz hanno perso circa 15dB e la 7kHz 17dB.
Un'esagerazione, tanto per dare un’idea perdere 6dB significa dimezzare il segnale, 16dB ridurlo di 6 volte, 20dB di 10.

Concludendo questa prima lunga parte si può tranquillamente affermare che certe variazioni circuitali sono ben riscontrabili a orecchio ma è giocoforza che debbano essere misurabili anche strumentalmente e oggettivamente. Se si legge in giro che un potenziometro da 250K su un humbucker suona più ovattato rispetto ad un 500K, è vero ma è altrettanto vero che  può essere oggettivamente misurato: le prove 2 e 3 sono lì a dimostrarlo. Idem il contrario sui single coil: un 500K rende tutto più tagliente ed è misurabile.
Se si legge in giro che mettendo un potenziometro “no load” sul tono la chitarra acquista brillantezza, è vero, basta guardare le prove 4 e 7.

È ora di passare alla questione "tono Modern 1 / Modern 2". Ecco gli schemi elettrici.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Nell’articolo citato all’inizio si afferma che invertendo la posizione del potenziometro e del condensatore nei confronti del segnale e della massa cambia la resa sonora. Nella fattispecie quando il condensatore è collegato al lato segnale (Modern 1) risulta un suono meno definito e brillante rispetto al Modern 2. Sotto l’aspetto tecnico che una cosa del genere possa realmente avverarsi è inspiegabile.

Avevo sostituito sulla mia Ibanez gli humbucker con dei P90 e dovendo rifare anche il cablaggio ne ho approffittato per verificare con mano. Anziché provare una configurazione, dissaldare e risaldare l’altra e successivamente riprovare, quindi facendo dei test temporalmente distanziati uno dall’altro con possibilità di crearmi autosuggestioni, ho inserito uno switch. Esso mi permette di cambiare in tempo reale tra le due varianti e così meglio riscontrare le differenze. Di seguito riporto lo schema della chitarra, in autentica carta burrata.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Sono sincero: a orecchio non ho riscontrato la benché minima differenza, sia utilizzando condensatori da 22nF ceramico, 22nF, 47nF e ben 100nF poliestere (alla fine sono in tutto otto prove). Queste prove le ho replicate  anche con la strumentazione di misura e anche lì non ho riscontrato assolutamente alcuna differenza tra una curva Modern 1 e una Modern 2.

Boh, mi son detto, sarà perché le prove le ho fatte con dei P90, magari con gli humbucker, che sono più sensibili alle variazioni circuitali, si vede qualcosa . 
Ecco allora che ho replicato i due circuiti a banco e ho misurato. Di seguito ci sono le due curve di risposta: due gocce d’acqua. Ho evidenziato in tutte e due quanto sta misurando il cursore giallo (i valori sono evidenziati di rosso, in basso a sinistra): per la medesima frequenza la differenza è di solo 0,01dB!  Praticamente è la risoluzione del sistema di misura, tradotto in soldoni è l’errore fatto dallo strumento quando misura due cose perfettamente uguali: +/- 0,01dB.

Ecco il risultato con il circuito Modern 1.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Ed ecco il circuito Modern 2.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Notate bene che l’orecchio umano non riesce a percepire una tale differenza, nemmeno fosse di un dB. Manco fosse un pipistrello.
Per maggior dettaglio ho rifatto le misure restringendo il campo di frequenze analizzate in un range da 1KHz a 10KHz e le ampiezze in un range di 15dB anziché 40dB.
Nelle seguenti prove si conferma quanto scritto sopra: non vi è alcuna differenza tra le due varianti circuitali.

Qui il Modern 1.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Qui il Modern 2.

Controllo di tono Modern 1 e Modern 2: un riscontro scientifico

Non sto a riportare anche le immagini delle misure fatte sui P90: otto prove tutte uguali. Ho pietà di voi, ne ho messe già troppe.

È giunta l’ora di tirare delle conclusioni. Butto lì le mie (per quel che può valere la mia opinione).

Quando si fanno delle prove serve rigore. A maggior ragione sulle chitarre elettriche. E mi spiego meglio. Se per esempio effettuate una modifica e la riprovate utilizzando nella fretta un cavo diverso, toccando magari l’equalizzazione sull’amplificatore o addirittura spostando di posizione l’amplificatore stesso, rischiate di prendere lucciole per lanterne.

La mano e la pennata cambiano molto la resa sonora da una prova all’altra, non avete mai la certezza che siano le stesse. Questo errore che introducete nelle prove sarà tutto sommato relativamente trascurabile nel caso, per esempio, sostituiate un potenziometro di volume da 250K con uno da 500K su un humbucker. Qui la miglioria è netta, pennata sì o pennata no, si sente. Ma se dovete valutare delle sfumature, andateci piano prima di gridare il miracolo, perché rischiate di misurare la lunghezza di un pezzo meccanico di 137mm con una bindella da geometra con risoluzione di 1 cm.
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