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Historia del pickup TB38 para violín y otros instrumentos
Experimentos preliminares.


Introducción
En este apartado, vamos a abordar una de las aplicaciones más interesantes que ofrecen las cerámicas de titanato de bario y circonato de plomo, esto es, la construcción de transductores electroacústicos con fines musicales, tal como el pickup con carga que vamos a describir a continuación, aplicable al violín, viola, violonchelo, contrabajo y, también, en diversos instrumentos musicales de la India: sitar, surbahar, sarod, dilruba, esraj, rabad, sarangi, tampura, vina y otros en los que sea posible colocar el pickup debajo del puente.


El primer experimento con un sitar
El primer experimento de electrificación de instrumentos musicales lo realizamos a mediados de la década de los ochenta. En aquella época, utilizábamos acelerómetros, entre otros aparatos de medición. Al respecto, se nos ocurrío que, modificando previamente el dispositivo, éste podría ser utilizado para electrificar un instrumento musical, por ejemplo, un violín, un sitar o cualquier otro instrumento de cuerda.

Pickup TAV. Pickup con carga para violín Pickups TAV. Pickup carga en el sitar

El violín electrificado y demás instrumentos de la familia
Sabemos que los principios físicos generales que gobiernan estos instrumentos son, básicamente, los mismos. Las diferencias existentes entre el violín, viola, violonchelo y contrabajo son, pues, únicamente estructurales debido a la gama de frecuencias a reproducir en cada caso y, esta peculiaridad, se ha de reflejar forzosamente en el tamaño físico del instrumento, Por lo tanto, todo lo que se diga en relación al violín, salvo excepciones, puede aplicarse a dichos instrumentos.
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. Algunos músicos consideran 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 y ésta es utilizar un violín acústico y, por supuesto, cuanto más bueno mejor. Ahora bien, en muchas ocasiones, para abarcar éspacios acústicos más amplios lo que hacemos es amplificar el sonido producido por dichos instrumentos con la ayuda de sistemas electrónicos, es decir, electrificamos una señal, la cual, en su origen, es una perturbación ondulatoria puramente acústica. Para realizar esta transformación utilizamos micrófonos o, también, sensores piezoeléctricos siempre y cuando la señal recogida por estos dispositivos, sea convenientemente respetada.
Todos sabemos que ningún micrófono respeta la señal acústica al ciento por ciento, pues el concepto de distorsión siempre está presente. Lo mismo podemos decir de los sensores piezoeléctricos. Lo único que podemos hacer es utilizar dispositivos profesionales de calidad para minimizar dicha distorsión, tal como la serie TB 38 que, ahora, describimos.

Un violín eléctrificado no es igual a un violín eléctrico
En un instrumento eléctrico no es estrictamente necesario que éste suene igual que su homólogo acústico. Incluso, en ocasiones se buscan otros sonidos. Por ejemplo, una guitarra eléctrica no suena igual que su contrapartida clásica. Incluso, la guitarra eléctrica de una determinada firma suena diferente a otra marca o modelo.
Ahora bien, si electrificamos un instrumento de calidad sea antiguo o moderno lo que se pretende es ampliar el volúmen sonoro sin modificar demasiado el timbre. Esta es, en definitiva, la misión de las pastillas piezoeléctricas de titanato de bario y circonato de plomo. Aunque, también, es posible, utilizar la señal recogida para efectuar un procesamiento analógico y/o digital con el objeto de crear nuevos sonidos.

Pastilla pickup profesional para violín y viola TAV serie TB-38
Pickup serie TB38 para violín y viola

Música de nuestra época
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 tanto un violín eléctrico como otro acústico pero electrificado. Todo ello con o sin procesamiento de la señal. Por ejemplo: el jazz rock, incluso el jazz clásico 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, 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 nuestra 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, mala acústica del local, etc. Bien, sigamos con nuestra historia.

Esquema de un violín 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.

Pickups TAV - Esquema violín
El cuerpo de resonancia de los instrumentos de cuerda
A grosso modo puede decirse que la vibración de una cuerda tensa produce una serie de sonidos armónicos y sobretonos que, en unión de otros factores, definirán el timbre de un instrumento musical.
En primer lugar, según el lugar y modo de excitación de la cuerda (arco o punteo) se eliminarán o acentuarán algunos armónicos produciéndose una primera aproximación al sonido característico del instrumento.
En segundo lugar, la caja armónica o cuerpo de resonancia (cavidad y tapa), "procesará" el compuesto sonoro producido por la cuerda.
Si el cuerpo de resonancia pertenece a un instrumento de gran clase, los armónicos resultantes serán los adecuados para obtener un bello sonido. Si, por el contrario, el cuerpo de resonancia pertenece a un instrumento de mala calidad, el sonido resultante, aún siendo reconocido por el oído como perteneciente a determinado instrumento, no tendrá las excelentes cualidades acústicas del primer modelo.
También, podemos eliminar el cuerpo de resonancia, obteniéndose un sonido distinto, algo más neutro y duro, relegando el procesamiento acústico a la circuitería electrónica y no a la madera.
Violín con y sin cuerpo de resonancia
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 otro 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 Pickups TAV - Estructura violín 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, aunque no en el nivel de desarrollo teórico-matemático. Es sabido que, en aquella relativa 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, buscando 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.

Experimentos preliminares al diseño
Todo empezó en la empresa de telefonía y componentes electrónicos de Barcelona Faditronic. En esta compañía empezamos a trabajar en la creación de algunos modelos de transductores piezoeléctricos avanzados. Lo que se pretendía en aquel momento era el diseño 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 Faditronic. Su fabricación posterior fue encargada a una empresa japonesa especialista en cerámicas, siempre bajo nuestro control. Una vez los transductores Resonancias en la cerámica sin corregir reflejadas en la impedancia eléctrica 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
Respuesta no admisible para la Música
La corrección macánica
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, corremos el peligro de reducir 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:
  1. Sabemos que 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.
  2. 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.
  3. La reducción sustancial del tamaño original del transductor , junto con la utilización de los materiales adecuados, tanto para el sustrato como, también, para el amortiguamiento y montaje, hizo posible desplazar, además de reducir en gran medida, el Q de la resonancia y antirresonancia principal y resto de resonancias secundarias que pudieran existir.
  4. Evidentemente tampoco 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:

TAV Pickups. Respuesta de frecuencia admisible para la Música
Respuesta correcta para la Música
El pickup instalado debajo del puente
Pickups TAV para Instrumentos musicales
En este diseño el pickup se posiciona debajo del puente y está especialmente concebido para que, tanto el constructor de instrumentos como el músico puedan instalarlo de forma fácil y rápida. Es, por lo tanto, una interesante alternativa no sólo para aquellos luthiers y guitarreros que deseen ofrecer a sus clientes un modelo electrificado. También, los músicos con un mínimo de habilidad para el bricolage pueden abordar un proyecto de este tipo.
El filtro ecualizador del pickup
El pickup para violín TB38/VSB dispone en el interior de su conector RCA hembra un filtro equalizador. Veamos en detalle los motivos que nos han inducido a operar de esta manera.
En primer lugar, tal como es conocido, los transductores cerámicos poseen una gama muy extendida de frecuencias, sobre todo en las frecuencias más bajas, las cuales, sobrepasan el registro más bajo del violín, viola, violonchelo y contrabajo. incluso supera a las frecuencias del extremo inferior de la gama de audio. Como que este pickup se destina al violín/viola, cuya frecuencia más baja ronda los 130 Hz, gracias a la aplicación del filtro se produce, por debajo de esta frecuencia, una atenuación suave (6db/octava) cuyo cometido es reducir la amplitud de las frecuencias graves innecesarias, tales como las producidas con los golpes de arco sobre las cuerdas o la caja, consiguiendo, de esta manera, un sonido más claro y limpio. Veamos, ahora, el asunto de la atenuación de la señal. Como que este pickup está concebido para ser utilizado con instrumentos de calidad, se pretende que la señal sea amplificada con la menor distorsión posible. Para ello, como la señal de salida es alta y algunos amplificadores podrían saturarse, se reduce la sensibilidad con el objeto de que la distorsión por intermodulación desaparezca. De esta manera, cuando el ejecutante violinista toca dos notas a la vez, no se producirán señales extrañas, producto de la distorsión. Por supuesto que el violinista, si lo desea, puede eliminar el filtro del conector del pickup, simplemente sustituyéndolo por otro conector del mismo tipo pero sin los componentes de dicho filtro.
En estas condiciones, el ejecutante podrá comprobar una mayor salida de audio pero, en algunos amplificadores de alta sensibilidad, notará cierta distorsión cuando toque dos notas a la vez.
Por otra parte al no disponer del filtro, cualquier golpe, tanto los producidos por los ataques enérgicos con el arco, como los accidentales sobre la caja de resonancia, producirán señales de muy baja frecuencia (no musicales) que podrían saturar el amplificador.


Para saber más sobre las pastillas pickup...

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