Boss Buffer vs True Bypass Analisi Spettrale

Domenica è sempre giornata di esperimenti, anche questa volta non c'è stata eccezione.

Oggi voglio sfatare il mito dei pedali Boss e della loro trasparenza in bypass.

Come saprete la Boss ha da sempre munito i suoi pedali di un sistema di switching elettronico a flip-flop, per attivare e disattivare l'effetto. Il metodo è molto efficace e soprattutto economico per una produzione di massa. Il problema è che il disegno ingegneristico dei buffer dei loro circuiti quando sono in bypass lascia a desiderare.

Nelle immagini che seguono potrete constatare la differenza che c'è tra un pedale True Bypass e un pedale Boss in bypass (nel test ho utilizzato un GE-7).

Le misurazioni sono state effettuate con gli stessi cavi, la stessa alimentazione e la stessa identica calibrazione 

La prima immagine è la risposta in frequenza di un true bypass. Come potete vedere è completamente piatta in tutta la Banda di frequenze e l'ampiezza è tra i -65db ed i -64db. Solo verso i 19.6Khz si può apprezzare una leggera flessione della frequenza, dovuta (come ho spiegato in precedenti post) alla capacità dei cavi utilizzati.

La seconda immagine è la risposta in frequenza del Boss Ge-7 in bypass. Guardate come è scesa l'ampiezza del segnale. Si trova poco sotto i -66db. Stiamo parlando di una differenza che va dagli 1 ai 2db! Noterete come il filtraggio delle alte frequenze nel Boss avvenga prima.

Cosa vuol dire questo? Vuol dire che un Buffer scadente attenua il segnale e aggiunge rumore.

Immaginate 10 pedali Boss in catena, tutti in bypass. L'effetto di attenuazione che ho riscontrato su un solo pedale verrebbe moltiplicato per 10. Il risultato sarebbe devastante per il segnale!!!
Sarebbe come mettere il potenziometro del volume della chitarra a 7 su 10.

Quindi Buffer sì, ma a patto che sia disegnato come si deve!

Approfondimento pickup

In tutte le precedenti misurazioni, ho sovrasemplificato i calcoli, nascondendo un aspetto importante del pickup: la sua Induttanza.

Se dovessimo disegnare un circuito equivalente di un pickup, non ci dovremo limitare a rappresentare il generatore di voltaggio, la sua Resistenza in continua (quella che fino ad ora avevo erroneamente, ma consapevolmente chiamato Impedenza) e la capacità. Dovremo infatti includere anche un componente reattivo fondamentale quale appunto è l'induttanza L.

(immagine tratta da Wikipedia)

Il pickup può quindi essere precisamente rappresentato da un circuito RLC.

Dove R è la Resistenza in Continua (DC) del pickup
L è l' induttanza della bobina in Henry
C è l'auto-capacità della bobina (che si forma perchè le spire sono molto vicine tra di loro)

Come si traduce tutto questo nella pratica?

Si traduce con il fatto che ora non abbiamo più un semplice filtro passa-basso RC, ma la componente Reattiva dell'induttanza, provoca un'amplificazione più o meno marcata sulle medie frequenze (auto-risonanza). Ecco spiegato il motivo per cui ogni pickup ha un suono diverso dall'altro.
Il circuito equivalente RLC funge da "equalizzatore" del segnale.

(fonte buildyourguitar.com)

Come possiamo vedere nell'immagine sopra, il circuito RLC del pickup, mantiene le basse frequenze intatte, ma ha una risonanza attorno ai 2-5Khz, per poi scendere in picchiata a 12db/ottava sulle alte frequenze.

Dunque il suono di un pickup è strettamente correlato all'induttanza della bobina, alla sua capacità ed alla sua resistenza in continua (DC).

Diverse combinazioni di questi 3 parametri portano ad un cambiamento dell'equalizzazione.

Acquisita l'informazione che il pickup è un grosso induttore, andiamo a vedere in che modo influisce sul nostro suono:

La risposta in frequenza di un pickup è limitata dalla frequenza di risonanza (vedi immagine sopra) che può andare dai 1800-2000Hz fino ad arrivare ai 5000Hz. Questa frequenza di risonanza dipende anche dalla capacità del cavo che va dalla chitarra alla pedalboard (o all'ampli), perchè si va a sommare all'autocapacità della bobina del pickup. Dipende inoltre dal valore del potenziometro del volume e del tono e dal valore del condensatore del tono

Se la capacità del cavo aumenta, la risonanza si presenta a frequenze sempre minori

Più la risonanza si crea a frequenze basse, più il suono viene degradato e privato delle alte frequenze.

(foto tratta da jensign.com)

Ecco un altro motivo per cui comprare cavi a bassa capacità è sempre altamente consigliato!

Questo post potrebbe essere complicato da comprendere per alcuni, ma sta semplicemente a rimarcare come l'insieme Pickup, controlli di volume, tono e cavo, siano strettamente correlati e formino un blocco unico sulla formazione del segnale e soprattutto della sua equalizzazione.

Buffer vs True Bypass

Il True Bypass come saprete, è quel termine inflazionato nell'industria di effetti, che indica la deviazione meccanica del segnale che può avvenire tramite un footswitch a doppio deviatore (o triplo, se si include il polo per l'accensione di un led), un Relè ecc...

Il suo funzionamento è molto semplice: 

quando un effetto non è attivo, il segnale che si trova al suo jack d' ingresso, viene deviato meccanicamente verso il suo jack d'uscita.
Contemporaneamente l'ingresso e l'uscita del circuito dell'effetto stesso, diventano circuiti aperti.

In questo modo il segnale "salta" dal jack d'ingresso al jack d'uscita senza avere processamenti elettronici che ne alterino le caratteristiche.

 

(foto proprietà di gaussmarkov.net)

Ad una prima analisi, il concetto del true bypass potrebbe sembrare la via più logica per evitare perdite di segnale e di frequenze, visto che il segnale non viene alterato.

Purtroppo questo è vero solo in un caso: nella situazione in cui si possiedano pochi pedali in pedalboard, muniti tutti di true bypass, con i cavi patch (i cavi di connessione tra un pedale e l'altro), i cavi tra chitarra e pedalboard e tra pedalboard ed amplificatore TUTTI di alta qualità, con bassissimi pF/metro (sotto i 100pF/m) e soprattutto che siano i più corti possibile.

In questo caso, con i pedali spenti, la lunghezza totale della linea di segnale che parte dalla chitarra fino ad arrivare all'amplificatore diventerebbe la somma di:

lunghezza cavo chitarra-pedalboard + 

lunghezza di tutti i cavetti patch + 

lunghezza cavo pedalboard-amp

Ora prendo come esempio una chitarra che monta un Seymour Duncan JB SH-4 che ha un'impedenza di 16.4Kohm, un cavo chitarra-pedalboard lungo 3metri da 88pf/metro, 3 cavetti patch lunghi 15cm ciascuno da 68pf/metro e un cavo pedalboard-amp lungo 6metri da 88pf/metro. Voglio calcolare a quale frequenza comincia il taglio degli acuti con i pedali spenti e tutti true bypass:

3metri x 88pF/m = 264 pF 

0,45m x 68pF/m = 30,6 pF

6metri x 88pF/m = 528 pF

la somma delle capacità dei cavi sarà 264pF + 30,6pF + 528pF = 822,6pF

Come avete letto nei precedenti post, l'impedenza del pickup forma un filtro passa-basso con la capacità del cavo seguendo questa relazione

freq taglio a -3db = 1 / (2*pi*R*C)

vado a sostituire la capacità dei nostri cavi e l'impedenza del nostro pickup e otteniamo:

1 / (6,28 x 16,4 KOhm x 822,6x10^-12) = 11812 Hz

Il dato calcolato ci fa capire che un classico humbucker, collegato ad un ottimo cavo da 3metri, collegato a sua volta a 4 pedali true bypass (spenti) con ottimi cavetti patch della lunghezza totale di 45cm, collegati all'amplificatore attraverso un ottimo cavo da 6metri, crea un filtro passa-basso con una frequenza di taglio a -3db di 11.8 Khz.

Il dato ottenuto è accettabile, considerato che la larghezza di banda di 11.8Khz è ampia a tal punto da riuscire a contenere nel segnale finale che entra nell'amplificatore, tutto il contenuto armonico di grado superiore al 1° delle frequenze di ogni corda.

Cosa accadrebbe se invece di 3 cavetti patch da 68pF/m ne avessi 3 da 300pF/m (quelli economici da un paio di € cad.)?

Accadrebbe che la capacità totale aumenterebbe da 822,6pF a 927pF con una conseguente riduzione della frequenza di taglio superiore da 11.8kHz a 10.4Khz. Il dato è ancora accettabile, ma solo perchè abbiamo 3 pedali true bypass in catena!

Se invece avessi 10 pedali collegati con gli stessi cavetti economici da 300pF/m e i cavi da chitarra a pedalboard e da pedalboard ad amplificatore da 200pF/m quale sarebbe la frequenza di taglio superiore?

La capacità totale diventerebbe 2200pF per soli 10metri di cavo totali e produrrebbe un taglio superiore a 4.4Khz!!!

Qual è la soluzione a questo massiccio taglio di acuti?

Ci sono 2 alternative: investire centinaia di € per acquistare cavi hi-end per abbassare la capacità totale, oppure abbassare l'impedenza del pickup con un BUFFER.

Il compito del Buffer non è solo quello di abbassare l'impedenza d'uscita, ma anche quello di isolare i diversi stadi circuitali affinchè non siano interagenti tra di loro, favorendo il massimo trasferimento di segnale tra gli stadi stessi.

Questo vuol dire che ogni singolo effetto in pedaliera dovrebbe avere un buffer dedicato per isolare ogni circuito e per avere una bassa impedenza d'uscita costante su ogni pedale, al fine di evitare tagli di acuti e conseguenti attenuazioni di segnale.

Un ultima riflessione importante: Il Buffer comincia ad agire subito dopo il cavo che va dal pickup alla pedalboard (a meno che non si possiedano dei pickup attivi), quindi in OGNI caso il cavo di connessione chitarra-pedalboard, deve essere sempre di ottima qualità (sotto i 100 pF/m), non microfonico e di una lunghezza coerente agli spostamenti che si fanno suonando sul palco (cioè non esagerare con i metri).

Nel prossimo post, illustrerò vari tipologie di buffer, indicandone caratteristiche e prestazioni.

To be continued...

L'importanza del Buffer - Line Driver

Acquisita la correlazione tra impedenza dei pickup, capacità, lunghezza del cavo ed Attenuazione del segnale, possiamo concentrarci sul ruolo del buffer in un segnale di tensione periodico (il segnale di una chitarra elettrica).

Innanzitutto cos'è un Buffer?

Un Buffer è un semplice circuito elettronico, spesso formato da un solo stadio, che ha le seguenti caratteristiche: 

1) un'alta impedenza d'ingresso; 

2) una bassa impedenza d'uscita; 

3) un'amplificazione unitaria (in realtà è leggermente inferiore all'unità).

Il punto 3) è da sottolineare più volte, perchè un Buffer fatto ad hoc NON AMPLIFICA (infatti viene chiamato anche Follower, proprio perchè l'uscita "segue" l'ingresso) e NON COLORA IL SUONO. 

Dunque il Booster è una cosa, il Buffer è tutt'altra cosa.

Come interagisce il Buffer con il segnale?

Come sapete, il pickup ha un'impedenza e un'uscita di segnale che va dai circa 200mV dei single coil fino ad arrivare al Volt di alcuni humbuckers. Nella figura che segue potete notare la correlazione tra i 2 parametri di uscita del pickup con l'Impedenza d'ingresso dello stadio di ingresso che viene dopo il cavo (può essere l'input di un'amplificatore, di un effetto a pedale ecc...)

Se U1 è l'uscita in mV del pickup, R1 la sua impedenza, R2 l'impedenza dello stadio d'ingresso successivo (dell'ampli o del pedale), allora U2 che è l'ampiezza del segnale all'ingresso dell'eventuale ampli o pedale segue la relazione sopra.

ESEMPIO: Se un pickup ha un'impedenza di 8 KOhm e un segnale in uscita di 300mV. Il segnale che vedrà al suo ingresso il pedale con un'impedenza d'ingresso di 47 KOhm sarà:

U2 = (0,3V*47K)/(8K + 47K)

Quindi U2 sarà = 256mV

Il che vuol dire che un pedale con un'impedenza d'ingresso di 47k (bassa), attenuerà il segnale proveniente dal pickup quasi del 15%!!!

E qui entra in gioco il Buffer.

Se il pedale in questione avesse avuto un buffer con un'impedenza d'ingresso di 1 MegaOhm (la stessa dell'input di un qualsiasi amplificatore valvolare), U2 sarebbe stato:

U2 = (0,3V*1M)/(8K+1M)

Quindi U2 sarebbe = 297mV

Con il Buffer all'inizio della pedalboard, il segnale si attenua solamente dell'1%!!!

Immaginate di quanto si attenuerebbe il segnale con 5-6 pedali non bufferizzati contemporaneamente attivi.

Prendete un Wah, un paio di pedali MXR (ad esempio un Phase90 vintage e un Flanger) e il segnale si degrada a tal punto che sarete costretti a "tirare" l'amplificatore a tutto volume.

E Se ho pedali True Bypass il segnale si attenua?

More to come...

Correlazione tra Impedenza, Cavi e Attenuazione del Segnale

Continua il viaggio del nostro segnale...

Il pickup, come ho scritto nel precedente post, possiede un'impedenza che può variare dai 4-5KOhm di un single coil antico, fino ad arrivare ai 20-30K di alcuni Humbuckers attualmente in commercio.

Questa interagisce in maniera marcata con la capacità e la lunghezza del cavo a cui colleghiamo la chitarra. 

In che modo?

Un cavo schermato per chitarra è formato da un nucleo di rame interno, uno strato isolante plastico che lo circonda e una calza metallica esterna (la cosiddetta "massa") che funge da schermo elettromagnetico.

Questa costruzione genera una capacità dal nucleo di rame alla massa, misurabile in decine (spesso centinaia) di pF/metro.

Ora cosa accade se inserisco il jack nella chitarra?

Accade che l'impedenza del pickup interagisce con la capacità totale del cavo formando un filtro Passa-Basso che può essere rappresentato in questo modo:

Quindi in uscita avrò un segnale filtrato con un taglio di -3db alla freq approssimata di: 1/(2*pi*R*C)

Esempio: Se ad un pickup di 10KOhm collego un cavo di 300pF/metro lungo 10 metri, a quale frequenza inizierà ad attenuare?

(300pF/metro * 10 metri) = 3000pF = 3nF = 3 * 10^-9 Farad

quindi applicando la relazione in grassetto poco sopra, si avrà:

1/(2*3,14*10000Ohm*3*10^-9) = 5307 HZ

Questo significa che il cavo attenuerà tutte le frequenze sopra i 5.3Khz

Se invece il pickup misura 18KOhm di impedenza e usando lo stesso cavo, a quale frequenza inizierebbe ad attenuare?

1/(2*3,14*18000*3*10^-9) = 2948 HZ !!!

Può sembrare incredibile, ma un pickup da 18Kohm con 10 metri di cavo da 300pF/metro, genera un filtro passa-basso con un taglio a -3db che parte da 2.9Khz! Cioè gli acuti e le armoniche si volatilizzano!

Morale della favola: per mantenere il segnale il più fedele possibile a quello che genera il pickup, bisogna necessariamente utilizzare cavi di qualità, con bassi pF/metro (sotto i 100pF/m), che non siano microfonici, che siano schermati correttamente e, cosa importantissima, cercare sempre di mantenere i cavi stessi i più corti possibile (il che significa evitare di utilizzare decine di metri di cavo, quando si suona a 2 metri dalla pedalboard o dall'amplificatore).

More to come...

Il segnale della chitarra elettrica

Per capire "l'architettura" e l'amplificazione di un segnale, si deve innanzitutto capire come è generato e quali specifiche abbia.
Sappiamo tutti che il pickup (o microfono) è il trasduttore che permette di trasformare le frequenze di vibrazione di una corda in segnale elettrico.

La legge di Faraday-Neumann-Lenz afferma che, la forza elettromotrice indotta da un campo magnetico in un circuito chiuso è pari all'opposto della variazione del flusso di induzione magnetica del campo attraverso l'area abbracciata dal circuito nell'unità di tempo.

Più difficile a dirsi che a farsi... In parole "umane" applicate alla chitarra elettrica e semplificando al massimo, si può dire che:

1) La vibrazione delle corde genera una variazione del campo magnetico dei poli del pickup;
2) La variazione di questo campo magnetico genera nelle spire magnetizzate del pickup una forza elettromotrice;
3) Questa forza elettromotrice è il nostro segnale periodico (voltaggio AC alternato) di solito nell'ordine di 2-300mV. Pickup con più uscita possono arrivare a sfiorare il Volt.

Diciamo che il pickup funziona sfruttando lo stesso principio della Dinamo di una bicicletta. Cioè variazione nel tempo di un campo magnetico = voltaggio periodico AC attraverso il filo conduttore adiacente al magnete

Il numero di spire e lo spessore del filo di un pickup determinano la cosiddetta "Impedenza".
La "forza" del campo magnetico di ciascun polo del pickup ne determina l'"Uscita".

More to come...

Welcome

Welcome to my new blog, created to answer to each guitarist's countless questions, regarding Effects pedals, Amplifiers and some Electronics theory.  

Enjoy

Benvenuti sul mio nuovo Blog, creato per soddisfare le innumerevoli domande che mi pongono ogni giorno chitarristi (e bassisti) da ogni parte d'Italia.

Spero di riuscire a coprire tutti gli argomenti con spiegazioni tecniche e teoriche semplificate sul funzionamento dei più famosi effetti ed amplificatori valvolari, partendo dal generatore del segnale più amato della terra: la Chitarra Elettrica.