 PICKUP CON CARGA - EXPERIMENTOS PRELIMINARES
INTRODUCCIÓN
De los múltiples dispositivos que utilizan las cerámicas de titanato de bario como medio de transducción electroacústico,
tales como sensores para realizar ecografías, sonar, micrófonos, diminutos altavoces,
avisadores acústicos, soldadura de plásticos por ultrasonidos, etc. aquí vamos a dedicarnos a estudiar su
aplicación en el mundo de la Música. Es decir, vamos a compartir nuestra experiencia y conocimiento en este campo, concretamente,
todo lo relacionado con nuestro pickup TB-38 en sus múltiples variantes según sea el instrumento a electrificar.
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EL PRIMER EXPERIMENTO CON UN SITAR
El primer experimento de electrificación de instrumentos acústicos fue realizado por nosotros hace
ya bastantes años. En aquella época, empezamos a trabajar en el mundo de la Acústica utilizando acelerómetros.
Al respecto, se nos ocurrío que si realizábamos previamente algunas variaciones en el dispositivo, éste podía
ser utilizarlo para electrificar un sitar, incluso, otros instrumentos de cuerda.
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Como los resultados en cuanto al transductor fueron bastante buenos, en el presente,
hemos vuelto a realizar nuevos experimentos con el objeto de crear una familia de pickups para diversos instrumentos de cuerda y percusión, entre ellos, el violín.
EL VIOLÍN ELÉCTRICO Y DEMÁS INSTRUMENTOS DE LA FAMILIA
En esta página abordaremos la electrificación del violín y, por extensión, los demás instrumentos de cuerda frotada de la familia, es decir, viola, violonchelo,
contrabajo, etc. Las diferencias entre estos instrumentos son básicamente estructurales, dada la gama de frecuencias a
reproducir en cada caso y, esta peculiaridad, se ha de reflejar en el tamaño físico del instrumento y transductor, aunque los principios
generales que los gobiernan son, básicamente, los mismos. Por lo tanto, todo lo que se diga en relación al violín, salvando excepciones, puede aplicarse a
dichos instrumentos, incluso al sitar, con algunas excepciones al respecto.
Antes de seguir con el tema vamos a aclarar una cuestión importante. Si bien somos grandes entusiastas de los instrumentos eléctricos, incluido el violín,
siempre se ha de tener presente el tipo de música a interpretar. Personalmente, considero una aberración ejecutar temas clásicos con un violín eléctrico.
En nuestra opinión, para hacer revivir el sentimiento de una composicion para violín de Bach, Mozart, Beethoven, etc. sólo queda una alternativa que es utilizar
un violín acústico y, por supuesto, cuanto más bueno mejor.
Ahora bien, para hacer música de nuestra época (y que, desde el punto de vista sonoro, no quiera imitar a las composiciones de siglos anteriores) es
perfectamente posible utilizar un violín eléctrico. Por ejemplo: la música de jazz admite, sin reservas, su utilización, más aún cuando el violinista
ha de tocar con otros instrumentos de más potencia acústica, tal como trompetas, saxos, batería, etc. Si lo deseamos, los nuevos timbres que pueden
conseguirse se encuentran más en consonancia con esta música. Si, ya sabemos que Grappelli tocaba el violín acústico exclusivamente. Nótese, no obstante que, en casi
todas las ocasiones, su grupo estaba formado por un contrabajo y dos guitarras. Nada de viento y, muy pocas veces, batería.
También, en más de una ocasión hemos escuchado alguna grabación en directo de Duke Ellington donde uno de los solos lo realiza un violín... Pues, que
quieres que te digamos, entre tanto viento y percusión el violín parece que se ahoga. Según mi opinión, el sonido original del instrumento no encuadra
demasiado bien con este tipo de música y, además, la utilización de un micrófono presenta dificultades: inmovilidad del músico ante el aparato,
acoplamientos, ruidos, etc. Bien, sigamos con nuestra historia.
EXPERIMENTOS PRELIMINARES AL DISEÑO
Todo empezó en la empresa de telefonía de Barcelona, Faditronic, ahora inexistente. En esta compañía empezamos a trabajar en la creación de algunos modelos
de transductores piezoeléctricos
avanzados.
Lo que se pretendía en aquel momento era la creación de una familia de micrófonos estancos y resistentes a las más severas condiciones
atmosféricas.
El diseño y las correspondientes pruebas del transductor los llevamos a buen término en el laboratorio (I+D) de la citada empresa barcelonesa. Su fabricación
posterior fue encargada a una empresa japonesa especialista en cerámicas, siempre bajo nuestro control. Una vez los transductores
estuvieron a punto llegaron a Barcelona para ser ensamblados con la parte electrónica y, finalmente, comercializados. Veamos, ahora, un asunto trascendental:
cuando el tranductor se encontraba fuera del cuerpo del micrófono, sobre el banco de pruebas, era capaz de captar un sinfín de vibraciones y ruidos de
impacto del entorno, todo lo cual, me hizo pensar (algunos años más tarde) que este dispositivo también podía ser utilizado para recoger las vibraciones (no sonidos) que viajan desde las
cuerdas del violín hacia la tapa del mismo y viceversa. El tranductor debía, pues, recoger este conglomerado de ondas en tránsito a través del puente
directamente de la madera para ser convenientemente procesada con el objetivo de obtener, si lo deseáramos, nuevos sonidos sin resonancias indeseables,
asunto que, en principio parecía difícil, puesto que todos los que conocen el tema
de los piezos saben que al margen de pequeñas resonancias y antirresonacias bastante débiles en la parte superior del espectro de audio fáciles de corregir, aparecen, también, una o dos
fuertes resonancias y sus correspondientes antirresonancias con un alto factor Q en la zona de las medias frecuencias.
En la gráfica de impedancia adjunta podemos observar estas resonancias y antiresonancias en una típica cerámica de tamaño medio.
Aumentando o disminuyendo la superficie vibrante y, para un tipo concreto de fijación, éstas resonancias y antirresonancias se desplazarán hacia las bajas o altas frecuencias respectivamente.
También el espesor y tipo de sustrato harán variar la frecuencia de éstas entre límites amplios.
Si, por ejemplo, medimos la respuesta de frecuencia de la cerámica, sin modificar ninguna de sus características, las resonancias aparecen, también en la gráfica de respuesta
(un tanto desplazadas según el tipo de fijación) haciendo impracticable su utilización en el campo musical.
¡Respuesta de frecuencia no admisible para la Música!
LA CORRECCIÓN MECÁNICA
Lo cierto es que ya nos encontramos con un problema similar cuando el transductor formaba parte del micrófono. Por supuesto que, amortiguando la cerámica,
puede lograrse una atenuación de estas resonancias. De hecho, lo que se pretende no es hacerlas desaparecer sino disminuir su amplitud reduciendo el
factor Q hasta que sean prácticamente imperceptibles, o mucho mejor aún, desplazarlas fuera de la gama útil de frecuencias.
Tal como todos sabemos, el amortiguamiento de un sistema oscilante, sea éste eléctrico, mecánico o acústico, puede lograrse de manera eficaz añadiendo
resistencia eléctrica, mecánica o acústica respectivamente. El inconveniente que tiene este método es que con el añadido de resistencia,
también reducimos la sensibilidad en todo el espectro.
Aunque, en principio, también podía intentarse utilizar sistemas de amortiguamiento selectivo sintonizados con las frecuencias perturbadoras provenientes
de la cerámica, los desechamos por cuatro motivos:
En primer lugar es francamente dificil atenuar con sistemas sintonizados las fuertes resonancias que
se producen en una cerámica piezoeléctrica con sustrato metálico. Estas resonancias tienen una gran amplitud
con un factor Q muy elevado. Por otra parte, aún consiguiendo una buena respuesta en un prototipo de
laboratorio, las inevitables tolerancias en los materiales utilizados en el proceso de fabricación hacen que,
en definitiva, sea complicado mantener una buena respuesta a un precio razonable.
En segundo lugar, el añadido de reactancia de masa y capacitancia acústica funciona
muy bien con los micrófonos de tipo dinámico o capacitivos donde, generalmente se dispone de
espacio para implantar dichos componentes acústicos. Pero, en una diminuta cerámica, donde el espacio disponible
es prácticamente nulo, este método no era viable con los materiales
que pudimos disponer en aquel momento.
En tercer lugar, la reducción sustancial del tamaño original del transductor para acoplarlo
al puente del violín, junto con la utilización de un producto de amortiguamiento más
la carga adicional ofrecida por las cuerdas sobre el puente (alrededor de 20 Kg) fue suficiente para desplazar,
además de reducir en gran medida, el Q de la resonancia principal y resto de resonancias secundarias.
En cuarto lugar no nos queríamos complicar la vida, dado el buen resultado del método más
simple. Por otra parte, las cerámicas piezoeléctricas ofrecen una señal de salida más alta que los sistemas
magnéticos. O sea, que si el dispositivo perdía sensibilidad al utilizar amortiguamiento no sintonizado no
pasaba nada. Además, se ganaba en calidad gracias a la drástica reducción de Q.
En definitiva, después de realizar el ajuste del tamaño correcto del elemento transductor, también, el tamaño y tipo de material
del sustrato, más un correcto amortiguamiento mecánico y eléctrico, pudimos conseguir una excelente curva de respuesta, tal como podemos ver en la siguiente gráfica:
¡La respuesta de frecuencia del pickup TB-38 es correcta para la Música!
ESQUEMA DE UN VIOLIN CLÁSICO
En la figura siguiente podemos observar un esquema de principio del violín clásico. A nosotros en este momento sólo nos interesa
la parte del generador (cuerdas y puente) más el acoplador (puente, barra armónica y alma). Algo diremos de estos componentes
cuando sea necesario.
En cuanto a los dos bloques restantes, ondas en la madera y ondas en la cavidad no los trataremos aquí
puesto que no es necesario estudiarlos para entender todo lo que a continuación vamos a exponer.
MODOS DE VIBRACIÓN DE LAS CUERDAS Y EL PUENTE
En el momento en que, con el arco, atacamos cualquiera de las cuerdas del violín (o cualquier instrumento de cuerda frotada), el sonido
producido es el resultado de cuatro tipos de vibración que se producen simultaneamente: la vibración tranversal de la cuerda, la vibración longitudinal, la vibración de torsión y,
finalmente, la vibración de octava.
Sin ningún lugar a dudas, la vibración más importante es la transversal puesto que, además de ser la que posee más energía vibratoria, es la que fija la
altura de la nota escogida. Además, es la única que, en según que casos, puede observarse a simple vista o, mucho mejor, con luz estroboscópica.
Supongamos, ahora, que el violinista se dispone a tocar una de las cuerdas. En este ir y venir del arco ocurre algo importante. Entre otros fenómenos curiosos, el puente tiene tendencia a
vibrar más en su parte izquierda que derecha, siempre mirando el violín de frente o en sección tal como se presenta en el dibujo adjunto. Ello es
debido a la asimetría presente en la construcción del instrumento puesto que debajo del pie derecho del puente se encuentra, en sus cercanías el alma, el cual, frena el movimiento
vibratorio en esa parte. En la zona izquierda se encuentra la barra armónica y el efecto de frenado que produce es menor. De hecho, un análisis
espectrográfico nos revela que en el lado derecho, los componentes graves de la señal proveniente de las cuerdas del instrumento están algo atenueadas
respecto del lado izquierdo.
Algunos investigadores acústicos se preocuparon en averiguar el motivo de esta asimetría en los
instrumentos de la escuela de Crémona.
El físico Savart, por ejemplo, modificó la posición de la barra armónica colocándola en el
centro del violín, justamente donde en la parte superior se encuentra el puente.
Con esta disposición, el violín seguía sonando, por supuesto, pero las notas graves perdieron
intensidad respecto a las notas medias... Sí, es cierto, los luthiers de Crémona: Amati,
Guarneri, Guadagnini, Estradivari, Bergonci, Gagliano, Testore... sabían lo que hacían,
no nos cabe la menor duda, no en un nivel teórico-matemático, claro, pues en aquella
lejana época, la física, tal como hoy la conocemos se encontraba en su infancia todavía.
Lo que hicieron fue utilizar el método empírico de forma genial.
En definitiva, los primeros constructores de violines, a través de la experimentación exhaustiva,
buscaron un compromiso entre la sonoridad y la estabilidad del instrumento. Sin la existencia
del alma y la barra armónica, la probabilidad de que con el paso del tiempo ocurra una
deformación en la estructura del violín es alta. Recordemos que la tensión que producen las
cuerdas sobre la tapa en un instrumento tan pequeño y aparentemente delicado es del orden de
20 Kg o más. Pero, a su vez, el alma y la barra armónica son dos importantísimos componentes
acústicos con la potente facultad de modificar el sonido del violín, simplemente variando
sus respectivas posiciones respecto del puente.
TRES MODOS DE CONFORMAR LA SEÑAL ELÉCTRICA
Aunque la respuesta del pickup TB-38, tal como hemos visto, es muy buena, dadas las peculiaridades
constructivas de los instrumentos de cuerda frotada, según donde lo instalemos, recogera más o menos
frecuencias graves, lo cual hará variar el timbre global de la señal eléctrica de salida.
En estos experimentos utilizamos tres zonas distintas del violín para obtener dicha señal.
TRANSDUCTOR PARALELO A LA SUPERFICIE DEL PUENTE (Primer prototipo desechado)
Era la ubicación más fácil y, por esta razón, adherimos el transductor (pickup) a una de las superficies
del puente.
El violín electrificado de este modo pierde algunos componentes graves. Su sonido recuerda vagamente a los
instrumentos de cuerda frotada anteriores a la época de los grandes constructores de
Crémona. Este resultado es debido a la peculiar posición de la cerámica del pickup, la cual, no puede recoger como
es debido las notas y armónicos más graves presentes en el instrumento. No obstante esta característica puede compensarse utilizando un
ecualizador. De hecho, todos sabemos que cada músico tiene sus preferencias al respecto y la ecualización es la forma fácil de satisfacer a todos.
TRANSDUCTOR EN MEDIO DEL PUENTE (Segundo prototipo desechado)
Para evitar el problema anterior reducimos la superficie vibrante de la cerámica insertándola
en una de las rendijas R del puente, concretamente en el derecho. Los resultados acústicos
fueron indudablemente mejores que los conseguidos en el primer método.
Colocando el sensor en la rendija de la parte izquierda, la amplitud de la señal eléctrica aumenta algo. También,
se produce un cambio de timbre.
MODELO DEFINITIVO DEL PICKUP CON CARGA TAV-TB38
TRANSDUCTOR DEBAJO DEL PUENTE (Pickup con carga)
El siguiente paso fue acoplar el transductor o pickup en la parte inferior del pie izquierdo del puente.
En este caso, el sonido mejoró aún más respecto a los dos métodos anteriores, sobretodo en lo que
respecta a las notas más gravés generadas por el violín.
También, es posible colocar el pickup en el pie derecho, aunque, en este caso la señal de salida es menor
presentando, además, un timbre más agudo y algo metálico.
Finalmente, después de bastantes ensayos de audición, escogimos colocar, de forma definitiva, el pickup
debajo del pie izquierdo del puente obteniendo, de esta manera, un sonido más aterciopelado con más componentes graves.
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