پیکاپ گیتار چگونه عمل می کند؟

 پیکاپ ها هستند که در گیتارهای الکتریک صدا را ایجاد می کنند. انواع بسیار زیادی از پیکاپ ها برای انواع سلیقه ها وجود دارد – هامباکر، سینگل کویل، P90، PAF و... در این مقاله نگاهی به علم پیکاپ های گیتار خواهیم داشت؛ این که پیکاپ ها چکار می کنند، چگونه عمل می کنند و چرا قطعه ای به این سادگی تا این حد انواع مختلفی دارد.

بدون تردید یکی از اصلی ترین عوامل در تعیین قیمت گیتار نیز، پیکاپ های به کار رفته در آن خواهد بود.

پیکاپ گیتار چیست؟

در ساده ترین حالت، یک پیکاپ گیتار الکتریک از یک یا چند آهنربا تشکیل شده که داخل یک بوبین قرار گرفته و با سیم های رسانا احاطه شده است. این دستگاه ساده، انرژی مکانیکی (ارتعاش سیم ها) را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و این انرژی الکتریکی به امپلی فایر گیتار منتقل می شود و در آنجا دوباره به انرژی مکانیکی (امواج صوتی) تبدیل می شود.

این موضوع به ما می گوید پیکاپ چه کاری انجام می دهد، اما توضیحی راجع به چگونگی انجام این کار نمی دهد و برای درک آن، باید به سال 1893 سفر کنیم، جایی که یک دانشمند انگلیسی به نام مایکل فارادی اصول القای الکترومغناطیسی را کشف کرد.

کشف القای الکترومغناطیسی

مایکل فارادی به این نکته پی برد که الکتریسیته می تواند از مغناطیس تولید شود، پروسه ای که فارادی از آن با عنوان القای الکترومغناطیسی یاد می کند. برای اثبات این تئوری، فارادی یک استوانه ی کاغذی که سیم هایی دور آن را احاطه کرده بودند را به یک گالوانومتر (وسیله ای برای تشخیص جریان های الکتریکی کوچک) متصل کرد. فارادی یک آهنربا را به داخل استوانه وارد و سپس خارج کرد و به این ترتیب یک جریان الکتریکی ایجاد شد.

القای الکترومغناطیسی تولید یک نیروی محرکه ی الکتریکی در یک سیم است که از یک میدان مغناطیسی عبور می کند. پس در مثال بالا، اگر آهنربا داخل یا نزدیک سیم پیچ قرار بگیرد اما حالت ساکن داشته باشد، هیچ جریانی ایجاد نخواهد شد. اما وقتی آهنربا تکان می خورد، میدان مغناطیسی متغیری که از سیم پیچ عبور می کند، جریان الکتریکی به وجود می آورد. برعکس این قضیه هم وجود دارد؛ آهنربا می تواند ساکن باشد و در عوض سیم در میدان مغناطیسی حرکت کند تا جریان الکتریکی به وجود آید.

اکتشاف القای فارادی، که بعدها توسط فیزیکدانی به نام جیمز کلرک مکسوِل به صورت ریاضی توضیح داده شد، در قلب تکنولوژی ها بیشماری قرار دارد که تا ابد تمدن انسان را تغییر داده اند؛ از جمله ی این تکنولوژی ها می توان به ژنراتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورهایی که برق مصرفی روزانه ی ما را تامین می کنند اشاره کرد.

اما اجازه دهید برگردیم سر بحث اصلی مان، یعنی پیکاپ گیتار.

دو مکتب فکری: مدل مغناطیس محور و مدل سیم محور

پس ما الان یک یا چند آهنربا، یک سیم پیچ و سیم های مرتعشی برای تحت تاثیر قرار دادن تغییرات در میدان مغناطیسی داریم – تمام چیزی که برای ساخت یک جریان الکتریکی برای تغذیه ی امپلی فایر نیاز داریم. با این حال در جامعه ی ساخت پیکاپ، اختلاف نظری بر سر این که میدان مغناطیسی چگونه تحت تاثیر قرار می گیرد وجود دارد.

در اینجا دو تئوری رایج است: مدل آهنربا محور و مدل سیم محور.

عقل سلیم احتمالا ما را به قبول مدل آهنربا محور سوق می دهد. مدل آهنربا محور ثابت می کند زمانی که یک سیم مرتعش از میدان مغناطیسی که به وسیله ی قطبک پیکاپ گیتار تولید شده عبور می کند، میدان را مختل می کند و یک شار مغناطیسی ایجاد می شود که در عوض، یک جریان را می سازد. اما عقل سلیم همچنین به ما می گوید که نباید همیشه به عقل سلیم اطمینان کنیم!

مدل سیم محور که توسط آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بالا و سازندگان مطرح پیکاپ مانند مبدع پیکاپ های PAF یعنی Seth Lover پشتیبانی می شود، شاید تفسیر دقیق تری از این که یک پیکاپ چطور جریان الکتریکی ایجاد می کند داشته باشد.  در این مدل خودِ سیم به وسیله ی قطبک ها مغناطیسی می شود، و در حین ارتعاش میدان مغناطیسی داینامیک خودش را تولید می کند. این یعنی سیم پیچ لزوما نیاز به پیچیده شدن دور آهنربا ندارد، فقط نیاز به این دارد که سیم ها را مغناطیسی کند و این کار با نگه داشتن آهنربا در بالای سیم ها قابل دستیابی است.

قضاوت نهایی را بر عهده ی دانشمندان می گذاریم، اما چه در مدل آهنربا محور و چه در مدل سیم محور، یک پیکاپ به وسیله ی تبدیل ارتعاش سیم به انرژی الکتریکی کار می کند که این انرژی الکتریکی به امپلی فایر منتقل می شود و تُن های گیتار را می سازد.

چرا پیکاپ های مختلف تُن های متفاوتی تولید می کنند؟

پیکاپ ها شاید تا به اینجای بحث ساده بنظر برسند. اما سوالی که پیش می آید این است که "چرا پیکاپ های مختلف تُن های بسیار متفاوتی نسبت به یکدیگر دارند؟" پاسخ این سوال ریشه در تفاوت هایی دارد که در طراحی پیکاپ ها می تواند ایجاد شود؛ این تفاوت ها شامل نوع آهنربای استفاده شده، تعداد پیچ های سیم پیچ، فضای بین پیچ سیم ها، ارتفاع و پهنای بوبین و بسیاری فاکتورهای دیگر می شود. پس مانند خیلی موضوعات دیگر در هنر و علم، قواعد ساده هستند اما احتمالات نامحدودی را به وجود می آورند.

در ادامه نگاهی به برخی از فاکتورهایی که تُن پیکاپ را تحت تاثیر قرار می دهند خواهیم داشت.

پیکاپ های سینگل کویل در برابر هامباکر

تا به اینجای مطلب، پیکاپی که به شما توضیح دادیم دارای طراحی کلاسیک پیکاپ سینگل کویل است که از شش قطبک، یک سیم پیچ، یک بوبین و یک سیم خروجی تشکیل شده است. پیکاپ های سینگل کویل به واسطه ی تُن روشنی که دارند شناخته می شوند که باعث شده مورد علاقه ی گیتاریست هایی افسانه ای مانند دیوید گیلمور، اریک کلپتون، استیوی ری وان و بسیاری بزرگان دیگر باشند. با این حال از نقاط ضعف پیکاپ های سینگل می توان به شدت خروجی پایین تر و استعداد ایجاد نویز و تداخل الکترومغناطیسی اشاره کرد. طراحان مدرن اه حل های موثری برای برطرف کردن این مشکلات ارائه کرده اند، اما در گذشته، راه حل این مشکلات در توسعه ی پیکاپی با شدت خروجی بیشتر و قابلیت بهتر دفع نویز دیده شد. به همین دلیل پیکاپ های هامباکر ساخته شدند.

هامباکر یک پیکاپ با دو سیم پیچ است. اولین سیم چین همان طراحی سینگل کویل که با آن آشنا شدیم را دارد و دومین سیم پیچ دارای قطبک برعکس می باشد، به طوری که قطب های منفی روبروی یکدیگر قرار بگیرند. به طور سنتی، سیم پیچ ها به صورت سری سیم کشی شده اند (البته همیشه این طور نیست) اما نسبت به هم out of phase هستند. طراحی هامباکر با قوی تر کردن میدان مغناطیسی و جمع بندی ولتاژهایی که به وسیله ی ارتعاشات سیم ایجاد شده اند، شدت خروجی را افزایش می دهد و همچنین ارتباط معکوسی از phase را بین دو سیم پیچ ایجاد می کند تا تداخلات نویز دفع شود. نتیجه ی این نوع طراحی، پیکاپی با شدت خروجی بیشتر، نویز کمتر، فرکانس های بالای دارک تر و صدای پرخاشگرانه تری است. کمتر پیکاپ گیتاری را می توان یافت که معروف تر از پیکاپ های هامباکر Seth Lover باشد؛ Seth Lover این پیکاپ ها را ابتدا در سال 1955 برای گیبسون طراحی کرد و در طول این هشت دهه تا به امروز، نمونه های زیاد دیگری از آن طراحی شده – مانند پیکاپ هایی از Seymour Duncan.

 آیا پیکاپ های سینگل کویل بهتر هستند یا پیکاپ های هامباکر؟ این حقیقت که هر دوی این پیکاپ ها محبوبیت فوق العاده ای دارند نشان می دهد که هیچ کدام آن ها نسبت به دیگری برتری ندارد. مانند بیشتر دستگاه هایی که در ساخت موسیقی مورد استفاده قرار می گیرند، انتخاب آن ها بستگی به نظر شخصی و سلیقه ی فرد استفاده کننده دارد. همچنین در هر کدام از این طراحی ها، تنوع تُنال بسیار گسترده ای وجود دارد.

انواع رایج آهنرباهایی که در پیکاپ ها مورد استفاده قرار می گیرند

یکی از عوامل تعیین کننده ی تُنالیته ی پیکاپ، نوع آهنربایی است که در آن استفاده می شود. در پیکاپ های گیتار، معمولا سه نوع آهنربا دیده می شود: سرامیک، آلومینیوم و نئودیمیوم که البته کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

آلنیکو با اختلاف زیادی محبوب ترین انتخاب در پیکاپ های گیتار است. آلنیکو خانواده ای از آلیاژهایی می باشد که به طور عمده از آهن، آلومینیوم، نیکل و کبالت تشکیل می شود. آلیاژهای آلنیکو، فرومغناطیسی هستند – یعنی می توانند مغناطیسی شوند و به صورت دائمی مغناطیس شان را حفظ کنند.

از طرفی متریال هایی هم که برای ساخت سیم گیتار الکتریک استفاده می شوند، مانند فولاد، نیکل و کوبالت، فرومغناطیسی هستند اما به صورت دائمی مغناطیسی نیستند – پس مدل سیم محوری که قبلا به آن اشاره کردیم به این شکل کار می کند.

آهنرباهای آلنیکو چند نوع مختلف دارند – آهنرباهای Alnico II و Alnico V احتمالا رایج ترین انواع هستند – این آهنرباها از لحاظ ساخت و قدرت مغناطیسی و همچنین کاراکتر صوتی با یکدیگر تفاوت دارند. برای مثال آهنرباهای Alnico II بیشتر در گیتارهایی که صدای وینتج دارند مورد استفاده قرار می گیرند، میدرنج برجسته ای دارند، فرکانس های بالای ملایمی تولید می کنند و خروجی کلی آن ها نسبت به Alnico V پایین تر است. آهنرباهای Alnico V فرکانس های پایین منسجم تر، میدرنج کمی کاهش یافته و فرکانس های بالای وسیع و زنگ داری را تولید می کنند.

آهنرباهای سرامیکی نسبت به آنیکو ارزان قیمت تر هستند و به همین دلیل افراد به اشتباه فکر می کنند که این نوع آهنربا کیفیت پایین تری دارد. اما در این مورد هم نمی شود گفت این آهنربا بهتر است یا بدتر، تنها متفاوت است. آهنرباهای سرامیکی بسیار قوی هستند و در نتیجه نسبت به پیکاپ های آلنیکو شدت خروجی بالاتری تولید می کنند. گیتاریست های سبک هایی مانند هارد راک و متال به پیکاپ های سرامیکی گرایش دارند چون این پیکاپ ها می توانند صدای بلند و پرخاشگرانه ای ایجاد کنند و در گِین بالا هم آرتیکولاسیون مناسبی داشته باشند.

آهنرباهای نئودیمیومی که هم از آهنربای سرامیکی و هم از آهنربای آلنیکو قوی تری است، این روزها بسیار محبوب شده اند و در طراحی پیکاپ های بسیار مورد استفاده واقع می شوند. آهنرباهای نئودیمیومی به دلیل میدان مغناطیسی قدرتمندی که دارند، در دریافت صدای خالص ساز عملکرد فوق العاده ای دارند. اما این قدرت نئودیمیوم می تواند گاهی وقت ها برای سازهای پسیو زیادی باشد. با این حال تولید کنندگانی مانند Ernie Ball Music Man دریافته اند که آهنرباهای نئودیمیوم در یک سیستم پیکاپ اکتیو می تواند تُن های بیس خارق العاده ای ایجاد کند.

سیم پیچ ها، بوبین ها و پاتینگ

بسیاری از تولید کنندگان پیکاپ استدلال می کنند که هنر اصلی ساخت پیکاپ در نوع ایجاد سیم پیچ هاست. این که یک سیم پیچ چطور پیچیده شود تاثر زیادی روی تُن پیکاپ خواهد داشت و پاسخگویی فرکانسی، وضوح و شدت خروجی آن را تحت تاثیر قرار خواهد داد. یک سیم پیچ عادی پیکاپ می تواند متشکل از هزاران پیچ خوردگی، صدها متر سیم رشته ای مسی با روکش هایی از پلی اورتان، پلی اورتان نایلون، فرموار و دیگر متریال ها باشد. باکیفیت ترین پیکاپ ها به صورت دستی و به وسیله ی افراد متخصص سیم پیچی می شوند؛ این فرد متخصص سیم را در حالی که به دور آهنرباها پیچیده می شود هدایت می کند تا از توزیع مناسب سیم اطمینان حاصل شود. اگر سیم های یک پیکاپ پیچ خوردگی کمی داشته باشند، تُن پیکاپ کم حجم و لاغر خواهد داشت؛ اگر پیچ ها زیاد باشند، صدایی ناواضح با آرتیکولاسیون نامناسب ایجاد می شود. در بازه ای که بین این دو حالت وجود دارد، تنوعات تُنال و لِول های خروجی بسیار زیادی قابلیت ایجاد شدن دارند که باعث می شود هر پیکاپی کاراکتر منحصر به فرد خودش را داشته باشد.

بوبین ها رسانا نیستند و به همین دلیل تاثیری روی القای الکترومغناطیسی ندارند، اما به تعیین محدوده ی سطح سیم پیچ کمک می کنند که روی تُن تاثیر گذار است. برای مثال پیکاپ های P90 پیکاپ هایی سینگل کویل هستنند، اما صدای منحصر به فرد خودشان را دارند که چیزی مابین صدای پیکاپ سینگل کویل گیتارهای استراتوکستر و پیکاپ های هامباکر PAF-style است؛ این تمایز صدا تا حدی به علت شکل بوبین هاست. فاصله ی بین سطح بالایی و پایینی بوبین، در کنار طول قطبک ها نیز روی تُن صدا تاثیر می گذارد. سیم پیچ های بلندتر تُن های تمیزتر و روشن تری تولید می کنند، در حالی که سیم پیچ های کوتاه تر، تُن های پرحجم تری ایجاد خواهند کرد.

یکی دیگر از عباراتی که در مورد پیکاپ ها و مخصوصا پیکاپ های گران قیمت وجود دارد، اصطلاحی با عنوان پاتینگ است. وقتی یک پیکاپ در جایش قرار می گیرد، به موم یا لاک الکل آغشته می شود تا فضای بین سیم پیچ پیکاپ را پر کنند و هوایی بین سیم ها وجود نداشته باشد. فضای بین سیم پیچ ها می تواند منجر به ایجاد نویزها و تداخلات ناخواسته ای شود، چرا که در این حالت سیم مسی امکان ارتعاش پیدا می کند. در برخی موارد، سیم پیچ پیکاپ ممکن است شُل بسته شده باشد یا فضای زیادی بین سیم ها وجود داشته باشد که در این حالت پیکاپ می تواند مانند یک میکروفن صداها را جذب کند و در نتیجه نویزهایی با نام نویزهای میکروفونیک ایجاد می شود.

جمع بندی

در این مقاله تنها نگاه کوتاهی داشتیم به علم و هنری که پشت طراحی پیکاپ گیتار و ساخت آن وجود دارد. این موضوع بسیار جذاب است و برای هر گیتاریستی که می خواهد درک بهتری از سازش داشته باشد ارزش بررسی بیشتر را دارد.