[Wood & Voltage] Ποτενσιόμετρα ηλεκτρικών οργάνων

ΑΣ ΜΙΛΗΣΟΥΜΕ ΓΙΑ ΠΟΤΕΝΣΙΟΜΕΤΡΑ...

Potentiometer = Potential + meter.

Ελληνιστί: Ποτενσιόμετρο, δηλαδή ρυθμιστής διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού.

Τα γνωρίζεις πάνω στη κιθάρα ή το μπάσο σου ως Volume και Tone. Μπορεί να γνωρίζεις και ένα γενικό κανόνα, που λέει ότι στις humbucker μαγνητικές κεφαλές τοποθετείς ποτενσιόμετρα των 500kΩ, και στις μονοπήνιες κεφαλές των 250kΩ. Μπορεί να έχεις ακούσει και για τα λογαριθμικά και γραμμικά ποτενσιόμετρα, ή Α και Β. Τι είναι όμως όλες αυτές οι παράμετροι, με τι κριτήρια επιλέγονται, πως λειτουργούν και πως διαμορφώνουν τον ήχο μας;

ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΠΟΤΕΝΣΙΟΜΕΤΡΟΥ

Οπτικά έχουμε ένα κυλινδρικό μηχανισμό, με τρεις ακροδέκτες και έναν άξονα που περιστρέφεται σε ένα τόξο των 270⁰~300⁰. Μόλις ανοίξουμε το ποτενσιόμετρο και κοιτάξουμε στα σωθικά του, θα δούμε ότι οι δύο εξωτερικοί ακροδέκτες είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους με ένα μαύρο πέταλο. Αυτό το πέταλο είναι ένα αγώγιμο υλικό, συνήθως γραφίτης ή χρωμονικελίνη, που αποτελεί και την αντίσταση του ποτενσιόμετρου. Στον μεσαίο ακροδέκτη είναι προσαρμοσμένος ένας "δρομέας", όπου με την περιστροφή του άξονα τον τοποθετούμε και σε διαφορετικό σημείο πάνω σε αυτό το πέταλο, μεταβάλλοντας έτσι την τιμή της αντίστασης.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Οι δύο πιο κλασσικές εφαρμογές ενός ποτενσιόμετρου είναι ως χειριστήρια έντασης (Volume pot), και βαθυπερατού φίλτρου (Tone pot).
Στο Volume pot, το ποτενσιόμετρο λειτουργεί ως ένας διαιρέτης τάσης. Με αυτή την διάταξη, έχουμε στον έναν ακροδέκτη της αντίστασης συνδεδεμένες τις μαγνητικές κεφαλές της κιθάρας, όπου είναι η πηγή του σήματός μας, και στον άλλο ακροδέκτη της αντίστασης την γείωση. Στον μεσαίο ακροδέκτη, έχουμε συνδεδεμένο το βύσμα του ενισχυτή. Έτσι περιστρέφοντας τον άξονα του ποτενσιομέτρου, επιλέγουμε εάν θέλουμε να οδηγήσουμε το σήμα μας (ή μέρος από αυτό) στην γείωση ή στον ενισχυτή

Στο Tone pot, το ποτενσιόμετρο λειτουργεί ως ένας ροοστάτης. Σε αυτή την διάταξη, χρησιμοποιούμε μόνο τους  δύο ακροδέκτες. Τον έναν της αντίστασης και τον μεσαίο. Στον έναν ακροδέκτη είναι συνδεδεμένες οι μαγνητικές κεφαλές, και στον άλλο είναι συνδεδεμένος ένας πυκνωτής που το άλλο του άκρο είνα συνδεμένο στη γείωση. Αποτελεί μια απλή κατασκευή ενός βαθυπερατού φίλτρου. Περιστρέφοντας τον άξονα, αυξάνουμε το εύρος των υψηλών συχνοτήτων που οδηγούμε στην γείωση, με αποτέλεσμα να ακούμε από τον ενισχυτή μας μόνο το εύρος των μεσαίων και μπάσων συχνοτήτων που απομένουν.

ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ

Ας δούμε τώρα για ποιους λόγους υπάρχουν οι διάφορες μεταβλητές στα ποτενσιόμετρα, και πως επηρεάζουν τον ήχο μας. Θα προσπαθήσουμε η ανάλυση και η ορολογία να είναι όσο το δυνατόν πιο κατανοητή για έναν μουσικό και όχι εξειδικευμένη για έναν ηλεκτρονικό ή φυσικό, αλλά κάποια στοιχεία ηλεκτρολογίας δεν μπορούμε να τα αποφύγουμε.
Ουσιαστικά το κύκλωμα της ηλεκτρικής κιθάρας αποτελείται από δύο κυκλώματα. Το ένα είναι οι μαγνητικές κεφαλές που πρόκειται για ένα κύκλωμα RLC, και το άλλο είναι όλα τα υπόλοιπα κυκλωματικά στοιχεία που παρεμβάλλονται και διαμορφώνουν τον ήχο μας (ποτενσιόμετρα, καλώδια, πυκνωτές, αντιστάσεις, το καλώδιο που οδηγεί στον ενισχυτή κτλ), όπου πρόκειται για ένα κύκλωμα RC συνδεδεμένο παράλληλα με το προηγούμενο.

Τις μεταβλητές των μαγνητικών κεφαλών θα τις αναλύσουμε σε άλλο επεισόδιο, και θα παραμείνουμε στο δευτερεύον κύκλωμα RC. Ας δούμε τι συμβαίνει σε αυτό.
Τα ποτενσιόμετρα ψαλιδίζουν υψηλές συχνότητες απλά με την τοποθέτησή τους μέσα στο κύκλωμα, και ας έχεις volume και tone τελείως "ανοιχτά". Το ρεύμα γενικότερα ψάχνει τον πιο εύκολο δρόμο για να ρεύσει. Ο πιο εύκολος δρόμος συνήθως είναι η γείωση. Έλα όμως που οι υψηλές συχνότητες είναι ευαισθητούλες... Μόλις βρουν αντίσταση για την γείωση, θα κινηθούν προς τον ενισχυτή όπου είναι πιο εύκολο. Και όσο αυξάνεται η αντίσταση για την γείωση, τόσα περισσότερα πρίμα στον ενισχυτή.

ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΤΙΜΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΠΟΤΕΝΣΙΟΜΕΤΡΟΥ => ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΤΗΝ ΕΞΟΔΟ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗ ΓΕΙΩΣΗ => ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΥΨΗΛΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΟΔΗΓΟΥΝΤΑΙ ΣΤΟΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗ, ΚΑΙ ΟΧΙ ΣΤΗΝ ΓΕΙΩΣΗ

Ως γνωστόν,  κυριαρχούν δυο τύποι μαγνητικών κεφαλών. Οι μονοπήνιοι, (Fender) και οι humbucker (Gibson). Οι μονοπήνιοι έχουν ένα πηνίο,  οι humbucker δύο. Αυτό σημαίνει ότι οι humbucker έχουν μεγαλύτερο μήκος σύρματος στην περιέλιξη του πηνίου, οπότε και μεγαλύτερη αντίσταση, άρα και πιο μπάσοι, γιατί οι υψηλές συχνότητες τραβάνε ζόρι καθώς τις καταπίνει η αντίσταση (και η χωρητικότητα του πηνίου). Και εδώ έρχονται να ισορροπήσουν την κατάσταση τα ποτενσιόμετρα.

Στις μαγνητικές κεφαλές με ένα πηνίο (μικρή αντίσταση), Fender, βάζουμε και ποτενσιόμετρα με μικρότερη αντίσταση. Συνήθως 250kΩ. Ο λόγος; Είναι μαγνητικές κεφαλές με πολλά πρίμα. Θέλουμε να διώξουμε μερικά. Οπότε βάζουμε μικρότερης αντίστασης ποτενσιόμετρα, για να διευκολύνουμε την πορεία των υψηλών συχνοτήτων προς την γείωση.
Στις μαγνητικές κεφαλές με δυο πηνία, έχουμε μεγάλη αντίσταση, και οι υψηλές συχνότητες έχουν "ιδροκοπήσει" ήδη. Οπότε για να οδηγήσουμε όσα πρίμα γλυτώσανε στον ενισχυτή μας, φράζουμε την γείωση με 500kΩ ποτενσιόμετρα, και άμα θέλουμε ακόμα περισσότερα πρίμα, βάζουμε στην γείωση κάτι "συμπληγάδες" ποτενσιόμετρα τους 1ΜΩ.

Ο λόγος που δεν ακούμε ήχο όταν κλείνουμε το ποτενσιόμετρο, είναι γιατί ανοίγουμε τις πύλες της γείωσης και όλο το σήμα μας (οι συχνότητες) χάνεται στα έγκατα της γης. Αυτός είναι και ο λόγος, που ένα ποτενσιόμετρο volume όταν αρχίζει να χαμηλώνει, αρχίζουν και εξαφανίζονται πρώτα τα πρίμα. Εδώ έρχεται να αδρανοποιήσει αυτό το φαινόμενο, η συνδεσμολογία ενός υψιπερατού φίλτρου γνωστού ως treble bleed, που δεν θα αναλύσουμε τώρα, αλλά σε άλλο άρθρο με όλα τα mods μαζεμένα.

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει τις υψηλές συχνότητες, είναι η χωρητικότητα του κυκλώματος (capacitance). Το tone pot, ένας μηχανισμός δομημένος από ένα ποτενσιόμετρο και ένα πυκνωτή, είναι ένα παθητικό βαθυπερατό φίλτρο. Αυτό που κάνει το ποτενσιόμετρο, είναι να ελέγχει το ποσοστό του σήματος που στέλνει στον πυκνωτή για φιλτράρισμα. Όταν οδηγηθεί όλο το σήμα, χάνονται όλα τα πρίμα που μπορεί να αφαιρέσει ο εκάστοτε πυκνωτής. Ας φανταστούμε τον πυκνωτή σαν ένα κόσκινο. Ότι περνάει από αυτό, πάει στην γείωση. Ότι δεν περνάει, πάει στον ενισχυτή. Οπότε μια μικρή τιμή πυκνωτή, είναι μικρή διατομή στο κόσκινο, και περνάνε μόνο οι πολύ υψηλές συχνότητες στην γείωση. Οι υπόλοιπες πάνε στον ενισχυτή. Όσο μεγαλώνει η τιμή του πυκνωτή, ας πούμε ότι μεγαλώνει και η διατομή του κόσκινου, οπότε όλο και πιο μεσαίες συχνότητες αρχίζουν να γειώνονται. Όπως είπαμε, οι ενός πηνίου μαγνητικές κεφαλές λόγω χαμηλής αντίστασης είναι πιο πριμαριστοί. Για αυτό συνήθως βάζουμε στο tone έναν πυκνωτή χωρητικότητας ~0.047μF, για να μπορούμε να αφαιρούμε περισσότερες υψηλές. Οι διπλού πηνίου, στερούνται ήδη από πρίμα. Άρα βάζουμε πυκνωτή χωρητικότητας ~0.022μF.

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΚΑΜΠΥΛΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΠΟΤΕΝΣΙΟΜΕΤΡΩΝ

Τα ποτενσιόμετρα, ανάλογα με τη χαρακτηριστική καμπύλη τους, χωρίζονται σε τρεις βασικές κατηγορίες: Γραμμικά (linear ή Β), Λογαριθμικά (logarithmic ή audio ή Α), και Αντιστρόφως λογαριθμικά (reverse log ή C) ποτενσιόμετρα
Στα γραμμικά ποτενσιόμετρα, όταν ο άξονας έχει κάνει μισή περιστροφή, η αντίσταση που δίνει το ποτενσιόμετρο είναι η μισή. Δηλαδή σε ένα ποτενσιόμετρο 500kΩ είναι 250kΩ, και σε ένα 250kΩ είναι 125kΩ. Στα λογαριθμικά ποτενσιόμετρα, η τιμή της αντίστασης αυξάνεται λογαριθμικά. Όταν ο άξονας βρίσκεται στην μέση, δεν σημαίνει ότι βρίσκεται και η αντίσταση. Σε ένα 500kΩ π.χ. με τον άξονα στην μέση ο ένας ακροδέκτης δίνει περίπου 420kΩ και ο άλλος 80kΩ, ανάλογα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή.  Τα αντιστρόφως λογαριθμικά ποτενσιόμετρα, είναι ακριβώς τα ίδια με τα λογαριθμικά, με την διαφορά ότι η αντίσταση είναι ανεστραμμένη.

Στις ακουστικές εφαρμογές, όπως και στα μουσικά όργανα, χρησιμοποιούνται κατεξοχήν τα λογαριθμικά, καθώς ο τρόπος αντίληψης της έντασης από το ανθρώπινο αυτί είναι και αυτός λογαριθμικός. Τα γραμμικά ποτενσιόμετρα χρησιμοποιούνται όταν θέλουμε να έχουμε μια πιο αιφνίδια μεταβολή στον ήχο. Τα αντιστρόφως λογαριθμικά, χρησιμοποιούνται στ'αριστερόχειρα όργανα, ή στα ποτενσιόμετρα τύπου blend, όπου θέλουμε να μιξάρουμε δύο σήματα.

Ένα συμπεράσμα αυτής της ανάλυσης, είναι ότι εάν κάτι δεν μας αρέσει στον ήχο του οργάνου μας, δεν είναι απαραίτητο ότι πρέπει να αλλάξουμε όργανο ή τις μαγνητικές κεφαλές. Ακόμα και ο τύπος ή το μήκος των καλωδίων που θα χρησιμοποιήσουμε για την συνδεσμολογία των κυκλωματικών στοιχείων, μπορεί να επηρεάσει σημαντικά το τελικό ηχόχρωμα. Πριν περάσουμε σε ακριβές λύσεις, υπάρχει το περιθώριο να πειραματιστούμε με αυτά τα κυκλωματικά στοιχεία, ώστε να προσεγγίσουμε τον ήχο που θα θέλαμε, με πολύ μικρό κόστος.

Συντάκτης: Rupicapra, Wood & Voltage

Επιμέλεια: dpFX Pedals