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Die Anwendung der Stereoklinkenbuchse in der Gitarrenelektronik1 EinleitungDie Elektrogitarre ist, wie viele andere elektronische Instrumente, ein zweipoliges Gerät. Das bedeutet, daß zwei elektrische Verbindungen ausreichen, um die Signalquelle (Tonabnehmer) mit einem Verstärker zu verbinden. Auch wenn es gute Gründe gibt, mindestens drei Leitungen zu verwenden, so hat sich der zweipolige unsymmetrische Anschluß durchgesetzt und als Standard etabliert. Entsprechend sind alle Effektgeräte und Verstärker für die Gitarre mit unsymmetrischen Eingängen ausgerüstet. Im Bereich der Instrumententechnik hat sich der Klinkenstecker mit einem Durchmesser von 1/4 Zoll (6,35mm) zur Verbindung von Instrumenten, Effektgeräten und Verstärkern durchgesetzt. Dieser wurde ursprünglich in den Handvermittlungen der Telefonzentralen anfang des 20. Jahrhunderts verwendet. Gleichwohl es diese Stecker und die dazugehörenden Buchsen mit bis zu vier Polen gibt, beschränkt man sich bei der Elektrogitarre auf die Verwendung der zweipoligen Mono-Version für Stecker und Buchsen. Es gibt jedoch auch Fälle, in denen die Kombination einer dreipoligen Stereobuchse mit einem Monostecker sinnvoll ist. Schau'n wir mal... |
2 Der Aufbau einer einfachen StereoklinkenbuchseKlinkenbuchsen gibt es in vielfacher Ausfertigung. Sie sind in den meisten Elektronikläden schon für wenige Cent zu haben. Wie so eine einfache Variante aussehen kann, zeigt das folgende Bild:
Bild 1: Die Anschlüsse einer Stereoklinkenbuchse Man erkennt sehr deutlich die zwei Kontaktfedern für die Spitze (links) und den Ring (rechts). Sie werden im Englischen als "Tip" und "Ring" bezeichnet. Die Lötösen für den elektrischen Anschluß liegen gegenüber den entsprechenden Kontaktfedern. Der Anschluß für den Schaft (engl. Sleeve) liegt in der Mitte. Er wird in der Regel als gemeinsamer Rückleiter benutzt. Hier wird also die Masse und auch die Abschirmung angeschlossen. Auch wenn man leicht in Versuchung ist, die preiswerteste Buchse zu kaufen, sollte man davon lieber Abstand nehmen. Der Klinkenstecker gehört von Haus aus nicht zu den besten Steckverbindungen und minderwertige Buchsen bergen immer die Gefahr, daß die Kontakte korrodieren oder die Spannung der Kontaktfedern nachläßt, was zwangsläufig zu Kontaktproblemen führt. Besonders anfällig ist hier der Verbindung des Schaftes in der Buchse. Da hier kein besonders großer Druck ausgeübt wird, führen schon leichte Oxidationen zu Problemen und der Kontaktwiderstand steigt stark an. Auch hier gilt also: "Wer billig kauft, kauft zweimal!" |
3 Warum eine Stereoklinkenbuchse?Da die Gitarre ein zweipoliges Instrument ist, kann man sich zu Recht die Frage stellen, warum man denn eine Stereobuchse verwenden soll? Grundsätzlich gibt es verschiedene Anwendungen:
Eine symmetrische Verbindung der Gitarre mit dem Verstärker ist mit Sicherheit ein guter Weg, um die Störempfindlichkeit des Systems zu verringern. Möchte man die Vorteile dieses Verfahrens jedoch wirklich ausnutzen, so ist ein Verstärker mit Differenzeingang zwingend erforderlich! Mischpulte verfügen grundsätzlich über solche Eingänge. Gitarrenverstärker oder Effektgeräte leider nicht. Hier muß also ein entsprechender Verstärker vorgeschaltet werden. Natürlich kann man das Signal am Verstärker auch unsymmetrisch machen, indem einfach die Abschirmung mit einer Signalleitung verbunden wird, aber dann ist das ganze Verfahren "für die Katz'"! Diese Anwendung scheitern also in der Regel an der mangelnden Kompatibilität mit den anderen Geräten. Es gibt einige Instrumente, die das Signal ihrer Tonabnehmer über getrennte Leitungen zur Verfügung stellen. Schon in den 60er Jahren stellten Gibson und Rickenbaker entsprechende Gitarren vor. Auf dem einen Kanal hatte man das Signal des Stegtonabnehmers, der andere Kanal stellte das Signal des Halstonabnehmers zur Verfügung. Heute wird auf diese Weise häufig das Signal von magnetischen und piezokeramischen Tonabnehmern auf getrennten Wegen unterschiedlichen Verstärkern zugeführt. Aber auch hier ist die Kompatibilität ein Problem, denn man benötigt ein kleines Gerät, welches die beiden Signale auf zwei getrennte Monoverbindungen aufteilt, um es dann den entsprechenden Empfängern zuzuführen. Viele Gitarristen würden zwar gerne eine aktive Elektronik in ihrem Instrument haben, befürchten jedoch, daß im unpassenden Augenblick die Batterie leer ist. Da liegt der Gedanke nahe, über den dritten Pol die Gitarre mit einer externen Spannungsquelle zu verbinden. So reizvoll dieser Gedanke auch ist, hat man hier schon wieder ein Problem mit der Kompatibilität, denn man benötigt eine spezielle Break-Out-Box, welche die Spannungsversorgung enthält und am Ausgang das reine Signal zur Verfügung stellt. An die Spannungsquelle muß man noch eine zusätzliche Anforderung stellen, denn Aufgrund der Tatsache, daß der Klinkenstecker einen kurzschließenden Steckvorgang beeinhalten, muß die entsprechende Spannungsversorgung kurzschlußfest sein. Der Kontakt zwischen Buchse und Steckerschaft ist nicht besonders gut und führt früher oder später zu Kontaktproblemen. Die Stereoklinkenbuchse hat einen zusätzlichen Kontakt, denn man auch im "Mono-Betrieb" zur Kontaktverbesserung nutzen kann. Die Anwendung einer aktive Elektronik bietet in der Gitarre eine Fülle von neuen Möglichkeiten und Verbesserungen, auch wenn viele Gitarristen sich da eher reserviert verhalten. Dumm ist nur, wenn man vergißt, die Batterie auszuschalten. Hat man keinen Ersatz, so findet die nächste Probe oder gar der nächste Auftritt ohne einen statt! Einen entsprechenden Schalter nachträglich in das Instrument einzubauen, ist auch nicht jedermanns Sache und sorgt im Zweifelsfall sogar für einen Wertverlust des Instrumentes. Es ist daher praktisch und sinnvoll die Spannungsversorgung mit dem Einstecken des Stecker zu aktivieren. Zu diesem Zweck kann man spezielle Schaltbuchsen kaufen. Es geht jedoch auch anders... |
4 Stereo für Mono - Die Stereoklinkenbuchse als Ersatz der MonoklinkenbuchseEines der Kernprobleme einer Klinkenbuchse ist die Kontaktierung des Steckerschaftes in der eigentlichen Buchse der Steckverbindung. Das scheint zunächst verwunderlich, denn für den Musiker ist die gesamte Konstruktion eine Klinkenbuchse. Gemäß Definition ist eine Buchse jedoch einfach "ein Rohr, das ein Gegenstück paßgenau aufnimmt". Somit ist die Buchse nur der Teil der Konstruktion, welche den Schaft des Steckers aufnimmt. Wir wollen an dieser Stelle aber nicht weiter auf den Begrifflichkeiten herumreiten. 4.1 Das ProblemFür einen guten Kontakt ist, neben einer guten, leitfähigen und abriebarmen Oberfläche, auch ein gewisser Andruck notwendig. Das bedeutet, daß zwischen Steckerschaft und Buchseninnenwand möglichst kein Abstand sein darf. Andererseits wollen wir den Stecker aber auch bequem und ohne großen Kraftaufwand in die Buchse ein- und ausführen können. Das beißt sich also irgendwie! In der Regel besteht die Buchse aus einem nicht besonders harten Metall. Da der Stecker auch mal verkantet - und dann mit mehr Kraft - eingeführt wird, verformt sich das Profil der Buchse mit der Zeit und wird mehr oder weniger oval. Folge: Der Steckerschaft läßt sich in der Buchse leichter hin- und herbewegen, was schlecht für die Kontaktierung ist. Dann kracht und knackt es eben und unser Musiker ist sauer, weil er sich mal wieder den Unmut des Tontechniker zugezogen hat. Der oder besser gesagt die Einzige, die ein wenig Druck ausübt, ist die Kontaktfeder des Tip, denn diese drückt den Steckerschaft an die gegenüber der Kontaktfeder liegende Buchsenwand. Bei einer neuen Klinkenbuchse ist das ganz in Ordnung, aber wenn die Buchse erst einmal verformt ist, reduziert sich der Kontakt nur auf diesen kleinen Bereich. Jetzt noch ein wenig Schmutz oder Korrosion und schon haben wir den Salat oder besser gesagt den Ärger mit dem Tontechniker, der für krachende Störungen noch nie etwas übrig hatte.
Bild 2: Monoklinkenbuchse Die Buchse bietet jedoch noch weiteres Ungemach und das betrifft die elektrische Verbindung zwischen der Buchse und der Lötöse. Diese ist in der Regel als Blechring ausgebildet, der mit der Buchse verpreßt wird. Zieht man die Mutter bei der Montage der Klinkenbuchse zu fest an, dann kann es geschehen, daß sich die Buchse dreht und sich die Verbindung zur Lötöse lockert. Genauso ist es denkbar, daß die einzelnen Pertinaxscheiben einem zu großen Andruck nicht standhalten. Die Folge ist wieder eine lockere Verbindung zwischen Buchse und Lötöse. Wenn man Pech hat "schlackert" die Lötöse dann auf der Buchse hin- und her. Der Tontechniker... Nein, davon erzählen wir ihm besser nichts! 4.2 Die LösungFür die eben beschriebenen Probleme gibt es zwei Lösungen. Man kauft eine qualitativ hochwertige Klinkenbuchse, wobei festzustellen ist, daß die Konstruktion bei allen Anbietern mehr oder weniger identisch ist, oder man nutzt eine Stereoklinkenbuchse! Dazu betrachte man das folgende Bild:
Bild 3: Stereoklinkenbuchse mit eingestecktem Monostecker Wenn man einen Monostecker in eine Stereobuchse steckt, dann ist Kontaktfeder des Ring ebenfalls mit dem Steckerschaft verbunden. Wir müssen jetzt nur noch Ring und Sleeve elektrisch miteinander verbinden und schon haben wir zwei parallelliegende Masseverbindungen. Durch die Kontaktfeder des Ring ist die Massekontaktierung jetzt wesentlich besser. Gleiches gilt jetzt natürlich auch für den Kontakt des Musikers zu seinem Tontechniker! Wir wollen uns, bei aller Freude ob der gefundenen Lösung, jedoch nichts vormachen. Die beschriebenen Kontaktprobleme sind konstruktionsbedingt. Früher oder später wird auch die beste Klinkenbuchse "aufgeben" und muß ausgetauscht werden. Klinkenbuchsen sind eben Verschleißteile! |
5 Die Stereoklinkenbuchse als Schalter5.1 Das PrinzipWenn man in der Gitarre eine Batterie mit einer aktiven Elektronik verbinden will, so ist ein einpoliger Schaltkontakt bereits ausreichend. Dabei ist es vollkommen unerheblich, ob man den Minus- oder den Pluspol der Batterie schaltet. Mit Hilfe der Stereobuchse ist es möglich, genau so eine Funktion zu realisieren. Sehen wir uns dazu das nächste Bild an.
Bild 3: Stereoklinkenbuchse mit eingestecktem Monostecker Wir erkennen, daß die Kontaktfeder des Rings mit dem Schaft des Steckers verbunden ist. Wenn man jetzt den Minuspol einer Batterie mit dem Ring der Buchse verbindet, so wird dieser durch den Stecker mit der Schaltungsmasse verbunden. Damit ist dann der Stromkreis geschlossen. Eine Anwendung dieses kleinen Tricks zeigt das folgende Schaltbild:
Bild 4: Einfacher Impedanzwandler mit Operationsverstärker Die Hersteller von Effektgeräten kennen diesen Trick natürlich auch und sind seiner Anwendung nicht abgeneigt, denn man spart einen Extraschalter. Das senkt die Kosten und erhöht den Komfort. Bei den Effektgeräten von "BOSS" wird am Eingang eine Stereobuchse zum Schalten der Betriebsspannung verwendet, wie das nächste Bild zeigt:
Bild 5: Die Spannungsversorgung beim "BOSS DS-2" Sehen wir uns zum Schluß einmal an, wie "gut" dieser Schalter denn eigentlich ist. Gibt es Probleme, auf die man achte sollte? 5.2 Das ProblemEs wurde eingangs erwähnt, daß der Klinkenstecker immer einen kurzschließenden Steckvorgang beeinhalten. Beim Einstecken passiert die Spitze zunächst die Kontaktfeder für den Ring. Wenn die Spitze des Steckers Kontakt mit dem Ring der Buchse hat, entsteht tatsächlich ein Stromkreis, den wir nicht haben wollen. Betrachtet man den eigentlichen Verbraucher als Widerstand, so versorgt die Batterie jetzt eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen: unseren Verbraucher und, über die Masse- und Signalleitung des Kabel, auch der Eingangswiderstand der nachfolgenden Schaltung. Das bedeutet, daß im Moment des Einsteckens kurzfristig eine Gleichspannung am Eingang der nächsten Stufe entsteht. Jetzt stellt stellen sich zwei Fragen:
Wenn wir beim Beispiel des Impedanzwandlers bleiben, dann wird hier typisch ein Strom von wenigen Milliampere aufgenommen. Wir gehen einmal von 5mA aus, was schon viel ist, und nehmen eine Betriebsspannung von 9V an. Dann stellt die Schaltung in etwa einen Widerstand von 1,8kOhm dar. Als Eingangswiderstand nehmen wir die typischen 1 MOhm an. Die Betriebsspannung wird jetzt durch die beiden Widerstände aufgeteilt. Am Eingangswiderstand entsteht dann ein Spannung von 99,8% der Betriebsspannung. Das bedeutet, daß am Verstärkereingang eine negative Spannung von 8,98V gegen Masse anliegt! Würde ein Verstärker mit Gleichstromkopplung verwendet werden, so wäre eine Verschiebung aller Arbeitspunkte unweigerlich die Folge. Am Ende stehen dann mit Sicherheit größere Schäden an verschiedenen Bauelementen des Verstärkers. Glücklicherweise werden gleichspannungsgekoppelte Verstärker im Instrumentenbereich selten eingesetzt. Statt dessen werden die einzelnen Verstärkerstufen durch Koppelkondensatoren gleichspannungsmäßig getrennt. Schädigungen durch eine Verschiebung der Arbeitspunkte sind also nicht zu befürchten. Die Koppelkondensatoren haben jedoch eine differenzierende Wirkung. Aus dem ursächlichen Spannungssprung erzeugen sie einen Nadelimpuls, der vom Verstärker befehlsgemäß verstärkt wird. Folglicherweise kann beim Einstecken des Steckers also ein entsprechender "Knack" gehört werden, welcher unter Umständen in der Lage ist, die Hochtöner eines Mehrweglautsprechers zu schädigen! 5.3 Die LösungDas eben beschriebene Verhalten ist konstruktionsbedingt. Eine vollständige Abhilfe ist nur möglich, wenn man als Stecker einen sogenannten "Silent Plug" verwendet, wie ich ihn im Artikel "Instrumentenkabel: Aus "Alt" mach "Besser"" unlängst beschrieben habe. Da dieser bis zum Ende des Einsteckvorganges einen Kurzschluß zwischen Spitze und Schaft aufrecht hält, wird das Entstehen der Fehlerspannung so zuverlässig verhindert. Natürlich gibt es auch noch ein schaltungstechnische Lösung, die das Problem allerdings nicht vollständig löst. Man betrachte dazu das folgende Schaltbild:
Bild 6: Impedanzwandler mit "Connect-Protection" Hier wurde jetzt der Widerstand Rp hinzugefügt, der die Aufgabe hat, das Potential am Ring schon im Vorwege in etwa auf das Potential zu legen, welches im Fehlerfall entsteht. Dadurch wird der Spannungssprung zwar nicht verhindert, aber deutlich verringert! Bei der Dimensionierung des Widerstandes muß man jedoch vorsichtig sein, denn er liegt ja parallel zu unserem Schaltkontakt. Selbst wenn sich der Stecker nicht in der Buchse befindet, ist der Stromkreis geschlossen. Rp muß also ausreichend groß gewählt werden, um einen möglichst geringen Standby-Strom zu erhalten und die Batterie zu schonen. Wenn man einmal den resultierenden Spannungssprung als prozentualen Anteil der Betriebsspannung über dem Widerstand Rp darstellt, dann erhält man den folgenden Graphen:
Bild 7: Die Dimensionierung der "Connect-Protection" Man erkennt, daß der relative Spannungssprung sehr schnell mit steigendem Widerstand geringer wird. Zusätzlich wurde in diesem Bild noch die Lebensdauer der Schaltung bei Verwendung einer handelsüblichen 9V-Batterie mit einer Kapazität von 500mAh aufgenommen. Wählt man Rp=4,7MOhm, so beträgt der Spannungssprung nur noch 3,4mV (0,038%). Dieser Wert ist so klein, daß er kaum noch störend in Erscheinung treten wird. Im ausgeschalteten Zustand nimmt die Schaltung dann immer noch einen Strom von 10,9µA auf, was zu einer voraussichtlichen Lebensdauer von 273 Tagen führt. Der Einsatz eines noch größeren Widerstandes bringt dann kaum noch eine Verbesserung. 10MOhm führen dann zu einer Lebensdauer von 301 Tagen. Wenn man die Betriebsspannung in einer aktiven Elektrogitarre mit Hilfe einer Stereoklinkenbuchse schalten will, so sollte man unbedingt auf eine Connect-Protection achten. Die sauberste Lösung bietet der Silent-Plug, der finanziell allerdings mit 6 bis 10 Euro zu Buche schlägt. Der Schutzwiderstand ist dagegen ein "Pfennigartikel" und bietet eine fast gleichwertige Lösung. |
FazitWie gezeigt wurde, gibt es durchaus gute Gründe, eine Stereoklinkenbuchse in der Elektrogitarre zu verwenden. In der passiven Gitarre verbessert sich der Massekontakt - wobei das Einstecke natürlich etwas schwerer geht - und sorgt so längere Zeit für eine störungsfreien Betrieb. In eine aktiven Gitarre muß man einfach die Stereobuchse einsetzen, um die Betriebsspannung bequem und zuverlässig ein- und auszuschalten und die Lebensdauer der Batterie zu erhöhen. Jetzt muß man nur noch daran denken, nach der Probe den Stecker auch aus der Buchse zu ziehen. |
Ihre ReaktionSie haben Kommentare oder Fragen zu diesem Artikel, wollen Lob oder Kritik loswerden? Immer her damit! Nichts ist so gut, als das es nicht noch verbessert werden könnte. Sie können mir mit Hilfe des Kontaktformulars jederzeit eine Nachricht schicken. Reich kann und will ich mit diesem Projekt nicht werden, aber ein wenig zusätzliche Motivation kann ja auch nicht schaden und darüber hinaus fordert der Betrieb einer Internetpräsenz und die notwendige EDV auch ihren Preis. Wenn Sie das Projekt "Guitar-Letters" unterstützen wollen, können Sie mit Hilfe des nachfolgenden Buttons über PayPal eine Spende in einer Ihnen genehmen Höhe tätigen. Für Ihre Unterstützung bedanke ich mich schon im Vorwege! |
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