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An dieser Stelle finden Sie verschiedene Fragen, die in den unterschiedlichen Foren immer wieder auftauchen und deshalb an dieser Stelle zentral von mir beantwortet wurden.


Inhalt

  1. Über die Motivation zu meiner "Arbeit"
     
  2. Messung der Resonanzfrequenz eines Tonabnehmers
     
  3. Die Linearität der Lautstärkeeinstellung bei verschiedenen Potis
     
  4. "Überblenden" zwischen Humbucker und Single-Coil
     
  5. Feedbackproblem bei einer "Les Paul Faded"
     
  6. Der Einfluß des Tone-Kondensators auf die Übertragungscharakteristik
     
  7. ON/ON/ON-Schalter als Ersatz für den Toggle-Switch
     
  8. Brummproblem bei HSS-Gitarren
     
  9. Zusammenschaltung zweier Humbucker klingt "Out-of-Phase"
     
  10. Was heißt eigentlich "dB"?
     
  11. Was ist eigentlich der "Amplitudengang"?
     
  12. Verdrahtungsplan für zwei Single-Coils mit Toggle-Switch, Volume und Tone
     
  13. Die elektrischen Charakteristiken eines Potentiometers
     
  14. "Harscher" Klang eines schmalen Klingen-Humbuckers durch Lastkondensator verändern.
     
  15. Was ist ein "C-Switch"?
     
  16. Was ist ein "Booster"?
     
  17. Wie verdrahte ich einen "Out-of-Phase-Schalter"

Über die Motivation zu meiner "Arbeit"

Am 12.07.2007 schrieb das Mitglied Fleisch&Kartoffeln in Guitarworld.de:

Zitat Fleisch&Kartoffeln:
Darf ich mal fragen, welchem Zweck deine Arbeit und deine bestimmt mühevollen Recherchen dienen?
Willst du eine Art Grundlagenwerk erstellen?

Antwort:

Da hast Du in gewisser Weise den Nagel auf den Kopf getroffen! Grundsätzlich finde ich die Thematik sehr interessant, gerade weil da so viele Legenden im Umlauf sind. Tatsache ist:

  1. Es gibt kaum Menschen die wirklich und umfassend darüber informiert sind, wie der "Klang" einer Elektrogitarre zustande kommt.
     
  2. Es gibt keine Literatur, die das Thema vollständig behandelt. In der Regel werden immer nur Teilaspekte beleuchtet. Daß sich im Zusammenspiel aller Komponenten vollkommen andere Eigenschaften ergeben könnten, wird dabei leicht vergessen. Häufig findet man hier auch nur die schon bekannten Klischees und Aussagen aus den Werbeprospekten. Eine Ausnahme stellen hier nur die Publikationen von Helmuth Lemme dar.
     
  3. In der gesamten klassischen Gitarrenelektronik ist viel "Trial and Error" enthalten. Da in aller Regel Musiker und Nicht-Ingenieure die Entwicklung beeinflußt haben, gab man sich häufig mit der Funktion zufrieden. Warum und wie etwas funktionierte war dabei zweitrangig. Dabei ergibt es sich zwangsläufig, daß Verbesserungen der Konzepte nicht gezielt vorgenommen werden können (Siehe TBX-Control).
     
  4. Für die Hersteller von Tonabnehmern gilt im Grunde genommen Ähnliches. Sie haben Ihre Kochrezepte, die das Ergebnis mehrerer Versuche sind und die immer wieder kopiert und in gewissem Umfang modifiziert werden. An welchen Schrauben man drehen muß, um eine bestimmte Optimierung zu erzielen (First Time Right), ist ihnen häufig gar nicht bekannt. Nur die großen Hersteller wie Seymour Duncan, DiMarzio, Fender oder Gibson leisten sich den Luxus einer Entwicklungsabteilung und sind so in der Lage gezielt Innovationen zu machen. So etwas kostet dann natürlich Zeit und Geld. Die Entwicklung der SCN's von Fender begann nach meinem Kenntnisstand im Jahre 1996 mit einer Anfrage. Das dazugehörende Patent wurde Anfang 2005 eingereicht!
     
  5. Sinnvolle technische Daten stellen die wenigsten Hersteller zur Verfügung. Auf der einen Seite habe sie, und hier sind besonders die kleinen Hersteller zu nennen, weder das erforderliche Wissen, noch die notwendigen Gerätschaften, um diese Daten verlässlich zu erzeugen. Auf der anderen Seite hat kein Hersteller von Tonabnehmern Interesse daran, seine Produkte durch die Herausgabe der elektrischen Daten vergleichbar zu machen.

Ich habe das mal mit einem Auto verglichen: Man fragt den Verkäufer nach Endgeschwindigkeit und Kraftstoffverbrauch und erhält als Antwort: "Schnell" und "Wenig". Würde man ein solches Auto kaufen? Ich zumindest nicht!

Die Aussagen zum "Klang" und anderen Eigenschaften eines Tonabnehmers bewegen sich da auf einem vergleichbaren Niveau. Die übliche Angabe des Gleichstromwiderstandes liefert leider keine Aussage zu den klanglichen Eigenschaften. Aber wenn man es nur lange genug in die Welt hinausschreit, wird es schon richtig werden. Wir "dummen" Gitarristen glauben das schon seit Jahren und lassen uns lieber von markigen Sprüchen selbsternannter Fachleute aus den Werbeabteilungen beeinflussen.

Ich möchte mit meinen Arbeiten

  1. das Verständis über die Funktionsweise einer Elektrogitarre für jederman ermöglichen,
     
  2. zeigen worauf es beim Tonabnehmer wirklich ankommt und
     
  3. einfache Wege für eine gezielte Optimierung der klangbeeinflussenden Komponenten aufzeigen.

In erster Linie ist das ganze für mich ein Hobby. Deshalb stelle ich die Ergebnisse meiner Arbeit mehrheitlich auch frei zur Verfügung. Ich bin halt ein unverbesserlicher Optimist!

Auf der anderen Seite bin ich dadurch wirklich unabhängig und niemandem Rechenschaft schuldig, was man von den sogenannten "Fachredakteuren" der einschlägigen Musiker-Zeitungen nicht immer behaupten kann.

Ich mache meine Aussagen also nicht, weil ich etwas verkaufen möchte, sondern weil ich davon überzeugt bin, daß sie richtig sind! Als Ingenieur verfüge ich zumindest über eine gute Grundlage, um die Zusammenhänge vernünftig zu erfassen und zu beurteilen.

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Messung der Resonanzfrequenz eines Tonabnehmers

Am 10.01.2007 stellte Olli in Musicians World die folgende Frage:

Zitat Olli:
Wie kann ich die Resonanzfrequenz eines Tonabnehmers messen? Was brauche ich da für ein Gerät?

Antwort:

Die Resonanzfrequenz eines elektromagnetischen Tonabnehmers ist eine Größe, die sich leider nicht direkt und mit einfachen Mitteln messen läßt!

Man kann im einfachsten Fall den Tonabnehmer an einen Sinus-Generator anschließen, die Frequenz variieren und dabei den Strom messen. Wenn der Strom ein Minimum annimmt, hat man in etwa die Resonanzfrequenz gefunden. Der Strom, wird am besten über einen in Reihe zum Tonabnehmer geschalteten kleinen Widerstand gemessen. Letztendlich ist diese Messung nichts anderes als eine Impedanzmessung.

Man benötigt für diese Messung:

  1. Einen guten NF-Sinus-Generator
     
  2. Ein NF-Millivoltmeter (notfalls geht es auch mit einem Oszilloskop, aber dann leidet die Genauigkeit etwas)

Etwas Vergleichbares kann man auch mit einem sogenannten Network-Analyser machen, aber bei einem Preis in der Größenordnung 10^5 Euro gehört ein solches Gerät wohl nicht zum Inventar eines bundesdeutschen Normalhaushaltes.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die Werte für die Induktivität, die Kapazität und den Gleichstromwiderstand zu messen und daraus die Resonanzfrequenz zu berechnen.

Diese Methode ist aber auch nicht ganz einfach. Zwar läßt sich der Gleichstromwiderstand mit einem handelsüblichen Digitalmultimeter mit ausreichender Genauigkeit bestimmen, bei der Induktivität und der Kapazität erleidet man jedoch Schiffbruch.

Normale Kapazitätsmessgeräte führen aufgrund der verwendeten Meßmethode zu absolut falschen Ergebnissen, da die Meßfrequenz viel zu gering ist. Käufliche Induktivitätsmeßgeräte arbeiten ebenfalls mit einer relativ geringen Frequenz. Die Ergebnisse kann man in der Regel als brauchbar bezeichnen. Gleichwohl machen auch sie immer einen Fehler, der von der verwendeten Frequenz und dem zu messenden Tonabnehmer abhängig ist.

Ein Lösung dieser Probleme erhält man durch die Verwendung einer Wechselstrom-RLC-Meßbrücke bei der die Frequenz einstellbar ist, aber auch diese Geräte sind sehr teuer und für den Hobbyelektroniker in der Regel nicht erschwinglich.

Die wohl günstigste Lösung besteht darin, ein gutes Induktivitätsmessgerät zu kaufen und nur die Induktivität und den Gleichstromwiderstand zu messen. Die Wicklungskapazität eines Tonabnehmers liegt typischerweise zwischen 40pF und 120pF. Der Einfluß des Instrumentenkabels ist mit rund 100pF/m deutlich größer. Die Kapazität eines Kabels läßt sich darüber hinaus recht gut mit einem normalen Kapazitätsmessgerät bestimmen. Die Resonanzfrequenz kann dann mit einer brauchbaren Genauigkeit berechnet werden. Wie das geht, steht im neuen Guitar-Letter II.

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Die Linearität der Lautstärkeeinstellung bei verschiedenen Potis

Am 31.01.2007 stellte Hans_3 im Musiker-Board die folgende Frage:

Zitat: Hans_3:
Interessant wäre ein weiteres Messbild, das den Resonanzverlauf von 250 und 500 zeigt, wenn der Vol-Poti auf 7 oder 8 steht, was im praktischen Bühnenalltag ja durchaus Standard ist (außer bei Hi-Gain-Schülern mit 80-Euro-Modellern im Kinderzimmer ). Nach meiner Hörerfahrung senkt ein 500er dort die Resonanzspitze stärker als ein 250er, was durchaus nicht von Vorteil ist. Die etwas geringeren Höhen bei 250 Ohm und GitVol=10 kann ich per Grundeinstellung am Amp kompensieren, nicht aber den (meinen Ohren nach) stärkeren Höhenabfall der 500er bei runtergeregeltem GitVol.

Hintergrund war die von mir veröffentlichte Darstellung des Amplitudenganges eines Stratocastertonabnehmers mit einer Last aus 250kOhm-Potis und 500kOhm-Potis. Hier noch einmal das Bild:

Bild 1: Amplitudengang eines Strat-PU mit 250- (rot) und 500kOhm (blau)-Potis bei 100% Volume

Hier ist deutlich zu erkennen, daß die Verwendung von 500kOhm-Potis zu einer um 3 bis 4 dB höheren Resonanzspitze führt.

Antwort:

Hinter der von Hans geäußerten Hörerfahrung steht die Frage nach der Linearität der Lautstärkeeinstellung bei der Resonanzfrequenz. Gesucht ist also der Verlauf der Funktion |G(j2*pi*fg)|. Ich habe einmal eine entsprechende Simulation vorgenommen. Sie basiert auf der folgenden Schaltung:

Bild 2: Ersatzschaltung eines Tonabnehmers mit Tonblende, Lautstärkeeinstellung, Kabel und Verstärkereingang

Der Tonabnehmer selber wird hier durch U0, Ls, Rs und Cs dargestellt. Zur Simulation wurden folgende Werte verwendet:

Ls=2.2H, Cs=110pF, Rs=5.7kOhm, PT=PV=250kOhm und 500kOhm, CT=22nF, RT=0Ohm, CK=700pF, Rin=1MOhm, Cin=0pF

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um die Linearität der Lautstärkeeinstellung zu berechnen. Letztendlich ist es nur die Frage, bei welcher Frequenz man den Wert des Amplitudenganges berechnet und ob man sie konstant hält. Für die Lautstärkeeinstellung bieten sich letztendlich vier Möglichkeiten an:

  1. Eine sehr tiefe Frequenz (10Hz - 100Hz).
    Da hier so gut wie keine Frequenzabhängigkeit existiert ergibt sich zwischen 10% und 100% in guter Näherung eine Gerade.
     
  2. Die Grenzfrequenz bei 100% Volume.
    Auch in diesem Fall ergibt sich in guter Näherung eine Gerade. Die Linearität ist allerding ein wenig schlechter.
     
  3. Die aktuelle Resonanzfrequenz.
    In diesem Fall wird die Resonanzfrequenz für jede Einstellung des Volume-Poti berechnen, die dann als Eingabe für den Amplitudengang verwendet wird. Diese Variante beschert uns jedoch ein kleines Problem, denn die Resonanz verschwindet in vielen Instrumenten schon bei Einstellungen von weniger als 90%.
     
  4. Die Anfangsresonanzfrequenz.
    In diesem Fall wird die Resonanzfrequenz für 100% Volume berechnent und dann als Eingabe für den Amplitudengang verwendet.

Im vorliegenden Fall stellt die Verwendung der Anfangsresonanzfrequenz die vernünftigste Lösung dar. Die Simulation wurde einmal mit 250kOhm und einmal mit 500kOhm durchgeführt. Hier das Ergebnis:

Bild 3: Volume-Linearität eines Strat-PU mit 250- (rot) und 500kOhm (blau)-Potis bei 100% Volume

Man erkennt, daß das 500k-Poti zwar die größere Spitze bei 100% Volume liefert, aber schon bei 98% sind die Werte für beide Potis gleichauf. Wird die Lautstärke weiter verringert, so hat das kleinere Potentiometer plötzlich die "Nase vorn". Der Unterschied beträgt maximal 3dB. Bei 35% treffen die beiden Kurven wieder aufeinander.

Damit konnte der Höreindruck von Hans auch auf theoretischem Wege bestätigt werden. Der Unterschied ist zwar nicht besonders groß, scheint aber durchaus hörbar zu sein. Wie sich der Verlauf des Amplitudenganges in Abhängigkeit der Lautstärke darstellt, zeigt die folgende Animation:

Bild 4: Volume-Linearität eines Strat-PU mit 250- (rot) und 500kOhm (blau)-Potis im Vergleich

Jetzt bleibt nur noch die Frage nach der Erklärung dieses Phänomens. Ist es nicht so, daß die Spitze der Resonanz umso größer ist, je größer die Kennwiderstände der Potentiometer sind?

Nun, grundsätzlich ja, aber diese Antwort gilt nur, wenn man das Volume-Poti konstant bei 100% hält. Verringert man das Volume, so teilt sich sein Widerstand in zwei Widerstände auf. Der wichtigste ist in diesem Zusammenhang der zwischen Schleifer und Tonabnehmer (oder Tonabnehmerwahlschalter). Er bildet zusammen mit der Kapazität des Instrumentenkabels CK einen Tiefpaß, dessen Grenzfrequenz mit steigendem Widerstand geringer wird und so die Resonanzspitze dämpft.

Grundsätzlich gilt also:

Je geringer das Volume, desto kleiner ist die Spitze der Resonanz.

und

Je größer der Kennwiderstand des Volume-Poti, desto stärker wird die Spitze der Resonanz beim Verringern der Lautstärke gedämpft.

Aus dieser Sicht hat die Verwendung von Lautstärkepotentiometern mit kleinerem Widerstand Vorteile. Das Problem läßt sich jedoch auch lösen, indem man einen Impedanzwandler oder Vorverstärker in der Gitarre verwendet und die Lautstärkeeinstellung nach dem Verstärker macht.

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"Überblenden" zwischen Humbucker und Single-Coil

Am 15.12.2006 stellte woscostametaxa in Gearbuilder.de als Reaktion auf meinen Artikel "Das Patent zur PRS 513" die folgende Frage:

Zitat woscostametaxa:
wär ne einfache alternative zu dem windungsgedöhns nicht eventuell einfach einen 3weg switch für seriellparallel split zu machen und halt standard 5weg - wie viel unterschied iss dat?wär interessant.
Genauso wie ich die vcc controls bei den washburns nicht verstehe... wie man in singlecoil überblenden kann...

Antwort:

Das wäre dann der klassische Tri-Sound-Switch a la Ibanez aus den 80ern mit Seriell/Single-Coil und Parallel. Klanglich tauscht man dann den "Clear Humbucker"-Mode (2) gegen die Parallelschaltung. Für die Resonanzfrequenzen gilt dann:

  1. f0 (Seriell)
  2. 1,41*f0 (Single-Coil)
  3. 2*f0 (Parallel)

Die Parallelschaltung stellt also noch mehr Höhen mit erhöhter Resonanz zur Verfügung. Diese Variante hat den eindeutigen Vorteil, daß sie mit jedem handelsüblichen Humbucker mit 4-Ader-Anschluß zu realisieren ist. Dumm ist nur der Preis, den man für den erforderlichen ON/ON/ON-Switch bezahlen muß.

Ich habe diesen Tri-Sound in meiner Aria Pro II ES-700 eingebaut und bin damit sehr zufrieden. Meine Ibanez MC-300 hat solche Schalter schon ab Werk. Auch hier gilt: Klasse!

Das von Dir erwähnte "Überblenden" zwischen Humbucker und Single-Coil ist in vielen Matsumoku-Gitarren (Aria, Washburn,...) zu finden. Hier ein Beispiel für eine Aria Pro II CS-250:

Bild 5: Der Verdrahtungsplan einer "Aria Pro II CS-250"

In der Mittelstellung des Tone ist der normale Humbucker-Mode.

Dreht man in "Richtung" des roten Kabels, so wird eine Spule langsam kurzgeschlossen.-> Single-Coil.

Dreht man in "Richtung" Kondensator, wird die Resonanzspitze des Humbuckers langsam abgesenkt, wie es in der folgenden Animation gezeigt wird:

Bild 6: Der Amplitudengang der Tonblende bei verschiedenen Poti-Stellungen

Bei dieser Variante sollte das Tone-Poti jedoch einen doppelt so großen Kennwert haben. Also statt 500kOhm 1MOhm. Wenn man es genau nimmt, sollte auch eine S-Charakteristik vorliegen. Da solche Potis schwer zu beschaffen sind, wird vermutlich eine lineare Charakteristik als Kompromis verwendet.

Achtung!
Im gezeigten Verdrahtungsplan der CS-250 fehlen die Masseverbindungen für die Poti-Gehäuse. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um einen Fehler, da diese CS-250 über eine geerdete Metallplatte verfügt, welche die entsprechenden Verbindungen automatisch herstellt!

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Feedbackproblem bei einer "Les Paul Faded"

Am 19.05.2008 stellte der User strumpfschlumpf aus dem Musiker-Board per PM folgende Frage:

Zitat strumpfschlumpf:
habe mal deinen beitrag zur gitarrenelektronik gelesen... da du dich mit der materie auszukennen scheinst wollte ich dich mal was fragen: ich habe probleme mit meiner les paul faded. das dingens bringt viel feedback. an den tonabnehmern liegt es wohl kaum, diese habe ich mehrfach ausgetauscht. ich spiele eigentlich mit moderaten gain einstellungen. hast du vllt. ne idee, an was das sonst noch liegen könnte (elektronik?)? für eine antwort wäre ich sehr dankbar. grüße

Antwort:

Die Ursachen für eine Rückkopplung (Feedback) sind aus der Ferne immer schwer zu finden. Generell gibt es immer fünf Angriffspunkte:

  1. Saiten,
  2. Tonabnehmerkappen,
  3. Korpus,
  4. Tonabnehmerspulen und
  5. Verstärker.

Das Saiten-Feedback entsteht, indem die Saiten mechanisch durch die Schallwellen auf dem Grundton oder einem Oberton zum Schwingen angeregt werden. Diese Rückkopplung läßt sich leicht erkennen: Wenn man die Hand auf die Saite(n) legt, sollte Ruhe sein.

Das Kappenpfeifen hat ebenfalls mechanische Ursachen. Hier beginnt die Metallkappe eines Tonabnehmers, angeregt durch die Schallwellen, Schwingungen auszuführen. Da die Kappe Bestandteil der magnetischen und elektrischen Kreise des Tonabnehmers ist, wird diese Schwingung durch Induktion im Tonabnehmer in eine Spannung umgesetzt. Charakteristisch sind die höheren Schwingfrequenzen, die durch die, im Vergleich zur Saite geringen Abmessungen des Tonabnehmers, begründet sind. Das Kappenpfeifen läßt sich durch Auflegen eines Fingers auf die Kappe dämpfen.

Feedback über den Korpus tritt bei massiven Gitarren so gut wie gar nicht auf. Konstruktionen mit Hohlräumen sind da etwas anfälliger. Häufig ist dieses Verhalten auch gewünscht. Die Weight Relief Holes einiger Les Paul Modell sollten da allerdings kein Problem sein, da sie in der Regel zu klein sind.

Die Spulen des Tonabnehmers sind immer dann direkt anfällig, wenn die Rückkopplung durch starke magnetische Felder erfolgt. Hohe Lautstärken und viel Gain sind da sehr produktiv. Abhilfe bringt da nur mehr Abstand vom Verstärker, eine andere Klangeinstellung oder weniger Gain.

In einigen wenigen Fällen ist es auch möglich, daß das Feedback innerhalb des Verstärkers entsteht. Betroffen sind meist nur Röhrenverstärker, bei denen das Signal elektrisch oder mechanisch auf die erste Triodenstufe einkoppelt. Hohes Gain sorgt durch die Übersteuerung dann für sehr hohe Frequenzanteile, für die unter Umständen dann die Phasendrehung so groß wird, daß die Schwingungsbedingung erfüllt wird. In einem solchen Fall muß man allerdings von einem Konstruktionsfehler sprechen, denn jeder Verstärker sollte über eine ausreichend große Phasenreserve verfügen.

Manchmal ist die erste Röhre auch mikrofonisch, sodaß sie die mechanischen Schwingungen des Verstärkers aufnimmt. Unter Umständen ist da ein Austausch der entsprechenden Röhre hilfreich.

Welche dieser Feedback-Arten bei Dir vorliegt, mußt Du selber herausbekommen. Dann kann man vielleicht mehr zu Deinem Problem sagen.

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Der Einfluß des Tone-Kondensators auf die Übertragungscharakteristik

Am 11.07.2008 stellte der User mrkurdtmcbain im Musiker-Board folgende Frage:

Zitat mrkurdtmcbain:
wenn ich nen HB hab, "gleichen" sich da "Fälle"?
 
1. HB 250k tone (vol) . poti mit 22er cap
 
2. HB 250k tone (vol) . poti mit 47er cap.
 
3. HB 500k tone (vol) . poti mit 22er cap.
 
4. HB 500k tone (vol) . poti mit 47er cap.

Antwort:

Meine erste Aussage zu diesem Thema lautete:

Zitat DerOnkel:
Grundsätzlich ist festzustellen, daß man den Einfluß dieses Kondensators nur bei Tone=0 wirklich feststellen kann. Wer immer mit maximalem Tone "unterwegs" ist, wird da kaum Unterschiede feststellen.

Dieses möchte ich jetzt anhand von Simulationsergebnissen belegen, die auf der folgenden Schaltung basieren:

Bild 7: Ersatzschaltung eines Tonabnehmers mit Tonblende, Lautstärkeeinstellung, Kabel und Verstärkereingang

Der Tonabnehmer selber wird hier durch U0, Ls, Rs und Cs dargestellt. Zur Simulation wurden folgende Werte verwendet:

Ls=3.8H, Cs=130pF, Rs=7.5kOhm, PT=PV=250kOhm und 500kOhm, CT=22nF, RT=0Ohm, CK=700pF, Rin=1MOhm, Cin=0pF (Gibson Standard Humbucker nach Lemme)

Es wurden zwei Simulationsgruppen für eine Bestückung mit 500kOhm-Potis und 250kOhm-Potis gemacht und der Amplitudengang dargestellt. Innerhalb einer Simulation wurde einmal mit Tone=100% und einmal mit Tone=0% gearbeitet. Beide Fälle wurden für einen Tone-Kondensator von 22nF und 47nF simuliert.

In den folgenden Amplitudengängen sellt die blaue Kurve Tone=100% mit 22nF dar. Rot steht für Tone=100% mit 47nF. Grün gilt für Tone=0% mit 22nF und Braun steht für Tone=0% mit 47nF. Hier das Ergebnis der Simulation für 500kOhm-Potis:

Bild 8: Simulation eines Humbuckers mit 500kOhm Potis und zwei verschiedenen Tone-Kondensatoren

Man erkennt, daß die blaue und rote Kurve quasi deckungsgleich sind. Die Resonanz liegt in beiden Fällen bei rund 2742Hz/7,2dB. Der Unterschied beträgt lediglich 488mHz! Bei 100% Tone ist also, wie schon erwähnt, kein klanglicher Unterschied zwischen den beiden Kapazitätswerten festzustellen.

Dreht man die Tonblende "zu", so erkennt man einen deutlichen Unterschied. Der Standardwert von 22nF (Grün) führt zu einer Resonanz von 492Hz/4,7dB. Eine Kapazität von 47nF (Braun) ergibt eine Resonanz von 300Hz/2,2dB.

Kommen wir jetzt zur Simulation mit 250kOhm. Hier wird man grundsätzlich erwarten, daß die Güte geringer ausfällt. Der "Berg" ist also immer etwas kleiner, aber sehen wir uns das Bild an:

Bild 9: Simulation eines Humbuckers mit 250kOhm Potis und zwei verschiedenen Tone-Kondensatoren

Wieder sind die blaue und die rote Kurve deckungsgleich. Die Resonanz liegt in beiden Fällen bei 2543Hz/3,5dB (22nF) und 2546Hz/3,5dB (47nF). Die leichte Verringerung der Resonanz liegt in den geringeren Widerständen begründet. Da der Unterschied nur 3Hz beträgt, wird man auch in diesem Fall keinen klanglicher Unterschied zwischen den beiden Kapazitätswerten feststellen.

Dreht man die Toneblende "zu", so erkennt man wieder einen deutlichen Unterschied. Der Standardwert von 22nF (Grün) führt zu einer Resonanz von 492Hz/4,4dB. Eine Kapazität von 47nF (Braun) ergibt eine Resonanz von 300Hz/2,1dB. Grundsätzlich liegt hier also das gleiche Verhalten, wie mit 500kOhm-Potis vor. Die leichte Verringerung der Spitze ist dem kleineren Widerstand des Volume zuzuschreiben.

Dieses gleiche Verhalten läßt sich einfach dadurch begründen, daß das Tone-Poti in beiden Fällen einen Widerstand von 0 aufweist.

Fazit:

Die Wirkung unterschiedlicher Tone-Kondensatoren wird man nur dann wahrnehmen, wenn die Tonblende selber auf einem Drehwinkel von 0% steht.

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ON/ON/ON-Schalter als Ersatz für den Toggle-Switch

Am 23.07.2008 stellte der User Ibanez Player per PM bei gearbuilder.de folgende Frage:

Zitat Ibanez Player:
hab mir für meinen Bass einen ON/ON/ON Minischalter mit 6 Pins gekauft für die Tonabnehemrerauswahl. Nur hab ich keine Ahnung wie ich den verdrahten soll.

Antwort:

Sehen wir uns zunächst das Kontaktschema eines DPDT-Schalters mit der Schaltfolge ON/ON/ON an

Wenn es darum geht, zwei Tonabnehmer mit Hilfe eines solchen Schalters zusammenzuschalten, dann muß man bei diesem Schalter wie folgt verfahren:

  1. Pin 2 und 5 werden verbunden und bilden den "Ausgang".
     
  2. Pin 3 und 4 sind dann die beiden "Eingänge", an die jeweils der "heiße" Draht eines Tonabnehmers angeschlossen wird.

That's it!

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Brummproblem bei HSS-Gitarren

Am 3.12.2008 schrieb Thomas Schulte-Ebbert:

Zitat Thomas Schulte-Ebbert:
Bei HSS - Strats mit RW/RP - Single Coil in der Mitte funktioniert der Humbuckereffekt immer nur in Verbindung mit dem vorderen Single Coil. Ich hatte gehofft, daß dies auch in der Kombination gesplitteter Steghumbucker und mittlerer Single Coil funktioniert (normaler 5-Wege-Schalter mit 2 Ebenen, verschaltet wie bspw. die Ibanez- oder Yamaha-Gitarren, also keine Eyb Megaswitch).
 
Bei einer Gitarre habe ich die zweite Ebene gar nicht genutzt und stattdessen einen On-On-On eingebaut, um den Steghumbucker vor dem 5-Fach-Schalter seriell, parallel oder als Single Coil betreiben zu können. Leider bekomme ich das Brummen bei Kombination gesplitteter Steghumbucker - mittlerer Single Coil nie weg. Ich habe auch schon Hals- und Mittelpickup in der Position vertauscht mit dem Effekt, daß der gesplittete Humbucker mit dem mittleren Single Coil dann brummfrei war, allerdings out of phase geschaltet, also extrem dünner Sound - nicht in meinem Sinne.
 
Kann es sein das ich einfach Pech habe und die PUs nicht zusammenpassen?

Antwort:

Das geschilderte Problem ist prinzipbedingt und daher nicht zu ändern. Die Begründung findet sich in der Funktonsweise eines Humbuckers:

  1. Die Störunterdrückung kommt zustande, wenn zwei Spulen gegenphasig zusammengeschaltet werden. Dabei ist es unerheblich, ob eine Parallel- oder eine Reihenschaltung verwendet wird!
     
  2. Die beiden beteiligten Spulen arbeiten also im besten Sinne "Out-Of-Phase". Ohne weitere Maßnahmen wird auch das Nutzsignal von diesem Effekt betroffen. Da es, im Vergleich zum Störsignal, lokal sehr unterschiedlich ist, ergibt sich durch die Differenzenbildung keine vollständige Kompensation. Das Signal ist dann sehr viel leiser und es fehlen vor allen Dingen die tiefen Frequenzen. Das ist eben der typische Out-of-Phase-Sound!
     
  3. Um diesen Effekt zu vermeiden, muß die Magnetisierung auf einem Teil der Saite ihre Polarität ändern. Damit ändert sich dann auch die Polarität der Induktionsspannung. In der Folge findet dann keine Differenzenbildung mehr statt und man erhält den gewohnten "vollen" Klang. Dieses Verhalten läßt sich nur erreichen, wenn das Magnetfeld in einer der beiden Spulen umgedreht wird.

In den meisten SSS-Gitarren hat es sich eingebürgert, den mittleren Tonabnehmer als RWRP (Reverse Wound, Reverse Polarity) einzusetzen, sodaß sich in der Kombination Bridge-Middle oder Neck-Middle ebenfalls ein Humbucker-Effekt ergibt.

Bei einer Superstart mit HSS- oder HSH-Konfiguration muß man dann darauf achten, daß die richtige Teilspule eines gesplitteten Humbuckers mit dem mittleren Tonabnehmer kombiniert wird. Dabei kommt es jeoch nicht darauf an, daß eine Nord- und eine Südspule miteinander kombiniert werden, sondern es muß eine im elektrischen Sinne gegenphasige Zusammenschaltung erreicht werden. Da man in der Regel nicht weiß, wie die elektrischen Polaritäten zweier Tonabnehmer aussehen, hilft im Zweifelsfall nur ausprobieren. Wenn es brummt, war es falsch und man muß die Polarität eine der beiden Tonabnehmer umdrehen. Das bedeutet unter dem Strich, daß sich immer nur eine Spule eines Humbuckers in geeigneter Weise mit einem RWRP-Tonabnehmer zwecks Störunterdrückung kombinieren läßt. Die andere Spule ist dazu nicht geeignet!

Wenn man dann die richtige Spule gefunden hat, kann noch ein weiteres Problem hinzukommen: Die Zusammenschaltung klingt "dünne" leise und irgendwie "hölzern" Eben typisch Out-of-Phase. Hier hilf dan nur ein Umdrehen der magnetischen Polarität im Humbucker. Dann ist auch das Nutzsignal wieder in Phase!

Ich habe in meiner Aria STG-004 den Humbucker so gesplittet, daß ich per Minischalter mit der Schaltfolge ON/OFF/ON den Humbucker als Pseudo-Single-Coil betreibe. Dadurch erreicht man auch beim gesplitteten Humbucker für beide Spulen eine gewisse Störunterdrückung, ohne den Single-Coil-Sound signifikant zu verändern. Das geschilderte Kernproblem aber bleibt. Nur mit einer Spule des Humbuckers ergibt sich in der Kombination mit dem mittleren Tonabnehmer eine effektive Störunterdrückung. Der Betrieb mit der anderen Spule brummt weiterhin, da das Störsignal über den mittleren Tonabnehmer zugefügt wird.

That's it!

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Zusammenschaltung zweier Humbucker klingt "Out-of-Phase"

Am 07.01.2009 schrieb das Mitglied PeterAusH in Guitarworld.de:

Zitat PeterAusH:
Ich habe mir einen Ersatzhumbucker für meine Les Paul geordert und eingebaut. Wenn ich die Schirmung des Kabels an Masse anlöte, ist der Humbucker nur leider in der Mittelposition des Schalters "Out of Phase" geschaltet.

Löte ich die Kabel des Pickups anders herum, habe ich zwar kein "Out of Phase" mehr, dafür brummt der Humbucker und die Störgeräusche werden noch stärker, wenn ich die Pickupabdeckung berühre.

Was tun?

Antwort:

Um der Lösung des Problems näher zu kommen, betrachten wir zunächst die grundsätzliche elektrische Situation bei der Zusammenschaltung zweier Tonabnehmer. Hierzu nehmen wir eine vereinfachte Schaltung ohne jegliche Potentiometer, wie sie im nächsten Bild dargestellt ist.

Bild 10: Zwei Humbucker mit Wahlschalter

Wir nehmen jetzt an, daß sich die Saite gerade vom Tonabnehmer weg (also nach oben) bewegt. Durch den Dauermagneten hat die Saite über dem Tonabnehmer zwei magnetisch unterschiedlich polarisierte Teile bekommen. Durch die Bewegung entsteht in beiden Spulen jetzt Induktionsspannungen, die aufgrund der unterschiedlichen Saitenmagnetisierung auch eine inverse Polarität haben. Da die beiden Spulen jedoch gegenphasig in Reihe geschaltet wurden (damit der Humbucker-Effekt auch auftritt), hebt sich diese Gegenphasigkeit jedoch wieder auf und es kommt zu einer Addition der beiden Signalanteile. Damit wird dieser Humbucker quasi doppelt so laut, wie eine einzelne Spule.

Wir nehmen jetzt weiter an, daß für den zweiten Tonabnehmer die gleichen Verhältnisse gelten und daß zum betrachteten Zeitpunkt das Signal an den heißen Anschlüssen (+) gerade positiv ist. Dann werden in der Zusammenschaltung nach dem Schalter also zwei positive Signale kombiniert. Da es sich dabei um eine Parallelschaltung zweier Quellen handelt, addieren sich die Ströme. Die Spannung bleibt jedoch gleich. Diese Zusammenschaltung ist dann "In Phase".

Möchte man jetzt eine gegenphasige Zusammenschaltung erreichen, dann wird in der Regel einer der beiden Tonabnehmer umgepolt. Das heißt, man vertauscht einfach den heißen und den kalten Anschluß. Aber genau das ist bei einem Humbucker mit einem unsymetrischen Einaderanschluß eine schlechte Idee, denn dann werden alle abschirmenden Komponenten des betreffenden Tonabnehmers (Grundplatte, Kappe, Abschirmung des Anschlußkabels) mit dem heißen Eingang des Verstärkers verbunden. Da diese Teile konstruktionsbedingt als Antenne wirken, gibt es keine bessere Möglichkeit, um Störungen in das System zu bringen! Wirkliche Abhilfe schafft dann nur ein Tonabnehmer mit einem symmetrischen Zweiaderanschluß. Wie so etwas aussieht, kann im Artikel "Schaltplansymbole für Tonabnehmer" nachlesen.

Kommen wir nun zu dem eigentlichen Problem. Beide Tonabnehmer wurden korrekt an den Schalter angeschlossen. Das heißt, das Abschirmgeflecht (Signalmasse) der beiden Tonabnehmer wurden miteinander verbunden und die beiden heißen Anschlüsse wurden am Schalter kontaktiert. Trotzdem "klingt" es "Out-of-Phase". Das Signal ist wesentlich leiser und es fehlen vor allem die tiefen Frequenzen. Wie kann das angehen?

Hier gibt es jetzt zwei mögliche Erklärungen:

  1. Innerhalb eines Tonabnehmers wurde der Ausgang der "falschen" Spule mit der Abschirmung verbunden oder
     
  2. ein Tonabnehmer hat die "falsche" magnetische Polarität.

Beides führt zu dem Effekt, daß die Signale der beiden Tonabnehmer zueinander gegenphasig sind.

Die erste Möglichkeit ist offensichtlich, also sehen wir uns einmal die Sache mit der magnetischen Polarität an. Hier das Bild dazu:

Bild 11: Zwei Humbucker mit unterschiedlicher magnetischer Polarität und Wahlschalter

Man erkennt, daß im unteren Tonabnehmer der Magnet umgedreht wurde, was eine umgekehrte magnetische Polarität der beiden Pole zur Folge hat. Dadurch verändert sich natürlich auch die Magnetisierung der Saite. Bewegt sich jetzt die Saite wieder nach oben, dann entsteht in jeder Spule wieder eine Induktionsspannung, die jedoch ebenfall eine umgekehrte Polarität aufweist. Damit ist das Signal des unteren Tonabnehmers insgesamt gegenphasig zum Signal des oberen Tonabnehmers. That's it!

Wie die Spulen in einem Humbucker mit dem Anschlußkabel und der Grundplatte verbunden werden oder wie der Magnet eingebaut wird, entscheidet jeder Hersteller für sich. Wenn man sich den Artikel "Die Farbkodierung von Tonabnehmeranschlüssen" ansieht, ist festzustellen, daß es da so eine Art "Quasi-Standard" gibt, aber Ausnahmen bestätigen ja immer die Regel!

Natürlich wird ein Hersteller dafür sorgen, daß seine Produkte untereinander kompatibel sind, aber spätestens, wenn man Produkte verschiedener Hersteller miteinander kombinieren will, kann es zu einem Problemen kommen. Diesem kann man jedoch entgehen, wenn man nur Tonabnehmer mit Vieraderanschlüssen kauft. Dann kann man eine mögliche Gegenphasigkeit leicht durch eine geeignete Verschaltung in den Griff bekommen.

Die Lösung im vorliegenden Fall ist eigentlich ganz einfach, aber eigentlich auch nicht! Man muß lediglich in einem der beiden Tonabnehmer den Magneten umdrehen oder die Verschaltung der Spulen verändern. Das ist in der Theorie ganz leicht, aber in der Praxis muß dazu der Tonabnehmer geöffnet und zerlegt werden, was nicht jedermanns Sache ist.

Zusätzliche Probleme können entstehen, wenn auch eine eventuell eingewachste Abschirmkappe vorhanden ist. Dann muß man zunächst vorsichtig das gesamte Wachs entfernen, bevor man an die Anschlüsse oder den Magneten herankommt. Nach geglückter Operation sollte dann natürlich wieder ein Bad im Wachs erfolgen, damit die Mikrofonie des Tonabnehmer wieder verringert wird. Wenn man das ganze jedoch in Ruhe und mit der erforderlichen Vorsicht angeht, wird am Ende der Erfolg stehen.

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Was heißt eigentlich "dB"?

Wer mit Begriffen wie "Verstärkung", "Dämpfung" und "Amplitudengang" zu tun hat, dem begegnet häufig die Einheit "dB". Was es damit auf sich hat, soll im folgenden erläutert werden:

In der Nachrichtentechnik werden häufig logarithmisches Maße verwendet, um die Berechnung von Verstärkungen und Dämpfungen einfacher durchführen zu können. Hier zunächst eine grundlegende Definition:

Definition:

Ein Maß ist der Logarithmus eines Verhältnisses zweier Größen in einem Übertragungssystem.

In der Nachrichtentechnik werden im allgemeinen der Übertragungsfaktor und der Dämpfungsfaktor logarithmisch dargestellt. Selbstverständlich kann auch jedes andere Verhältnis zweier gleicher Größen auf diese Weise angegeben werden.

Der "Übertragungsfaktor" ist das Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangsgröße. Sein Inverses ist der sogenannte "Dämpfungsfaktor".

Es gibt zwei verschiedene logarithmische Maße, die auf unterschiedlichen Logarithmen basieren:

  1. Das veraltete Neper (Np), welches häufig im Bereich der Fernmeldetechnik eingesetzt wurde. Grundlage ist der natürliche Logarithmus ln(x) mit der Basis e.
     
  2. Das Maß Bel (nach Alexyander Graham Bell), basiert auf dem dekadischen oder briggschen Logarithmus log(x). Da sich häufig sehr kleine Zahlen ergeben, werden sie mit 10 multipliziert und man erhält sodann das Dezibel (dB).

Neper sowie Bel und Dezibel sind sogenannte Pseudoeinheiten. Als Zeichen wird häufig die Dämpfung a verwendet, wobei -a dann der Übertragungsfaktor ist.

Warum werden logarithmische Maße benutzt? Auf diese Frage gibt es vier Antworten:

  1. Es ergeben sich "handliche" Zahlen.
     
  2. Dämpfungs- und Verstärkungswerte können einfach addiert, beziehungsweise subtrahiert werden.
     
  3. Eine exponentielle Zu- oder Abnahme ergibt jetzt eine lineare Zu- oder Abnahme, was für eine Darstellung in einem Diagramm unter Umständen günstiger ist.
     
  4. Das menschliche Ohr hört "logarithmisch".

Aber Achtung! Bei der Verwendung von logarithmischen Maßen ist auf folgendes zu achten:

Alle Werte die in ein Maß eingesetzt werden, müssen Beträge sein!

Die Begründung dafür ist ganz einfach: Ein Logarithmus ist nur für Argumente größer als 0 definiert.

Besondere Bedeutung hat das Maß der sogenannten "Spannungsübertragung". Da sie aus der "Leistungsübertragung" abgeleitet wird, taucht ein zusätzlicher Faktor von 2 auf. Die enstprechende Formel lautet dann:

Formel 1: Formel zur Bestimmung der Spannungsübertragung in dB

Es gibt ein paar dB-Werte, die man sich merken sollte:

Spannungsübertragung Spannungsübertragungfaktor Bemerkung
40dB 100 Das hundertfache der Eingangsgröße
20dB 10 Das zehnfache der Eingangsgröße
12dB ~4 Eine Vervierfachung der Eingangsgröße
10dB 3,16 Etwas mehr als eine Verdreifachung der Eingangsgröße
6dB ~2 Eine Verdoppelung der Eingangsgröße
3dB 1,41 (Wurzel(2)) 3dB stellt den "magischen" Wert dar, bei dem im allgemeinen Grenzfrequenzen definiert sind.
0dB 1 Keine Änderung der Eingangsgröße

Tabelle 1: Charakteristische Dezibel-Werte und ihre Entsprechnungen

Für negative Übertragungsfaktoren gilt dann das Inverse. Also: -6dB entspricht 1/2 und so weiter.

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Was ist eigentlich der "Amplitudengang"?

In vielen Artikeln der Guitar-Letters finden sich die sogenannten Amplitudengänge. Hier zunächst eine allgemeingültige Definition:

Definition:
Der komplexe Frequenzgang G(jf) stellt allgemein den Verlauf einer physikalischen Größe in Abhängigkeit der Frequenz f dar. Er existiert nur für periodische Signale in einem eingeschwungenen System.
Der Frequenzgang wird im angloamerikanischen Sprachgebrauch als "frequency response" bezeichnet.

In der Elektrotechnik stellt der Frequenzgang für lineare Übertragungsglieder im engeren Sinne die Frequenzabhängigkeit des Ausgangssignals vom Eingangssignal dar. Er läßt sich in der Regel durch eine komplexe Funktion beschreiben und grafisch als sogenannte Ortskurve darstellen.
Da sich eine komplexe Zahl immer aus zwei Bestandteilen zusammensetzt, besteht der Frequenzgang als komplexe Funktion auch aus zwei Teilen.

Definition:
Der Betrag des komplexen Frequenzgangs wird als Amplitudengang (engl. amplitude-frequency characteristic) bezeichnet.
Die Phase des komplexen Frequenzgangs heißt Phasengang (engl. phase response).

Stellt man den Amplituden- und Phasengang in einem gemeinsamen Diagramm dar, so spricht man auch von einem Bode-Diagramm, welches von dem amerikanischen Elektrotechniker Hendrik Wade Bode (* 24. Dezember 1905 in Madison, Wisconsin; 21. Juni 1982, in Cambridge, Massachusetts) entwickelt wurde. Häufig werden Amplituden- und Phasengang auch doppelt logarithmisch aufgetragen. Dadurch lassen sich auch größere Frequenzbereiche einer komplexen Übertragungsfunktion nach Betrag und Phase übersichtlich darstellen. Aus diesem Grunde wird das Bode-Diagramm im Zusammenhang mit den Übertragungseigenschaften von Filtern und Verstärkern gerne eingesetzt.

Sehen wir uns einmal einen solchen Amplitudengangs an, der hier am Beispiel eines Verstärkers gezeigt wird:

Bild 12: Amplitudengang eines Verstärkers

Hier wird das Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangsspannung dargestellt. Für jede Frequenz läßt sich ein genauer Übertragungswert ablesen. Bei 100Hz beträgt die Verstärkung zum Beispiel 27dB. Bei 20kHz ist die Verstärkung auf 0dB abgesunken. Aus dem Verlauf der Verstärkung läßt sich erkennen, daß ein Tiefpaßverhalten vorliegt. Die Amplituden tiefer Frequenzen werden verstärkt, die von hohen Frequenzen nicht. Dieser Amplitudengang beschreibt also einen sogenannten Bass-Booster.

Wenn in einem Amplitudengang der Übertragungswert - hier die Verstärkung - logarithmisch dargestellt wird (als dB), dann gilt grundsätzlich:

  1. Ist der Übertragungswert größer als Null, so handelt es sich um eine Verstärkung. Das Signal wird quasi "lauter".
     
  2. Ist der Übertragungswert kleiner als Null, so handelt es sich um eine Dämpfung und das Signal wird quasi "leiser".
     
  3. Ein Übertragungswert von 0 entspricht einer Verstärkung oder Dämpfung um den Faktor 1. Das Signal wird also nicht verändert.

Natürlich sind ganz unterschiedliche Verläufe eines Amplitudenganges denkbar. Bekannt sind Hoch-, Tief- und Bandpaß sowie die Bandsperre. Auch das elektrische Übertragungsverhalten einer Elektrogitarre ist letztendlich ein Tiefpaß, der allerdings eine Betonung (Resonanz) aufweist.

Mehr muß man zur Deutung eines Amplitudenganges eigentlich nicht wissen. Ist also gar nicht so schwer, oder?

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Verdrahtungsplan für zwei Single-Coils mit Toggle-Switch, Volume und Tone

Am 30.07.2009 schrieb das Mitglied ausrufezeichen im Musiker-Board:

Zitat ausrufezeichen:
2 Strat Singlecoils, 1 Toggle Switch, 1 Volume, 1 Tone. Wie?!?

Ich stehe vor der Vollendung eines "Jaguar trifft Strat"-Projekts und verzweifel an der Verdrahtung der Elektronik. Also, wie im Betreff schon geschrieben, sollte es sich doch um eine einfache Schaltung handeln. Zu meiner Frage: Was kommt wo hin? Vor allem wo am Toggle-Switch?

Antwort:

Hier eine einfache Schaltung, die in vielen HH-Gitarren zu finden ist. In diesem Fall wurden die beiden Humbucker durch Single-Coils ersetzt:

Bild 13: Verdrahtungsplan für eine SS-Gitarre mit einem Lautstärkeeinsteller und einer Tonblende

Als Potentiometer kann man solche mit dem Standardkennwiderstand von 250kOhm nehmen. Wer etwas mehr Höhen haben möchte, kann auch die Variante mit 500kOhm nehmen. Eine Dämpfung dieser Höhen ist mit Hilfe der Tonblende leicht möglich.

Von der Charakteristik her bevorzuge ich persönlich logarithmische Potentiometer.

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Die elektrischen Charakteristiken eines Potentiometers

Für die in der Elektrogitarre verwendeten Potentiometer sind letztendlich nur zwei charakteristische Werte von besonderer Bedeutung:

  1. Der Kennwiderstand und
     
  2. die Charakteristik der Widerstandsbahn.

Der erste Wert ist für die ohmsche Belastung des Tonabnehmers von Bedeutung, denn dadurch wird die Spitze der Resonanz bedämpft. Man verändert dadurch also die sogenannte Güte.

Die zweite Eigenschaft betrifft das Einstellverhalten. Potentiometer mit einem linearen Widerstandsverlauf verändern ihre Teilwiderstände proportional zum Drehwinkel. 25% Drehwinkel bedeuten also 25% oder 75% des Kennwiderstandes. Da das Lautstärkeempfinden des menschlichen Gehörs logarithmisch ausgeprägt ist, werden, um eine gleichmäßige Lautstärkeänderung zu erhalten, gerne Potentiometer mit exponentieller Kennlinie (fälschlich als "logarithmisch" bezeichnet) verwendet.

Beide Angaben lassen sich leicht mit Hilfe eines Widerstandsmeßgerätes, auch als Ohmmeter bezeichnet, ermitteln. Dabei geht man wie folgt vor:

Bild 14: Messung von Kennwiderstand und Charakteristik

  1. Das Potentiometer wird gemäß Bild 14 mit dem Meßgerät verbunden.
     
  2. Das Meßgerät wird in den Widerstandsmeßbereich für 1MOhm geschaltet.
     
  3. Man drehe die Achse des Potentiometers im Uhrzeigersinn, bis der Widerstand maximal wird. Das ist dann der Kennwiderstand P. Im Vergleich zum eventuell aufgedruckten Wert sind Abweichungen bis zu 30% möglich. Also bitte nicht wundern, daß ist normal!
     
  4. Als nächsten wird die Achse möglichst exakt in die Mittelstellung gebracht, was einem Drehwinkel von 50% entspricht und der Widerstand wird erneut gemessen (P50).
     
  5. Zum Schluß berechnet man den normierten Widerstand bei einem Drehwinkel von 50%. Also P50/P.

Ist der ermittelte Widerstand deutlich kleiner als 50% des maximalen Winkels, so handelt es sich um ein logarithmisches Potentiometer. Ist der Widerstand deutlich größer, so liegt eine antilogarithmische Charakteristik vor. Diese Schlußfolgerungen gelten nur für ein Rechtshänderpotentiometer.

Typische Werte für logaritmische Potentiometer sind zwischen 0,1 (10%) und 0,3 (30%).

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"Harscher" Klang eines schmalen Klingen-Humbuckers durch Lastkondensator verändern.

Am 23.12.2009 stellte das Mitglied HECHTER aus dem Musiker-Board folgende Anfrage per PM:

Zitat HECHTER:
Ich spiele eine USA Stand. Strat (SSS) mit NoTone an der Bridge,sozus. nur Tonepotis f.Neck+Mi.
Hab jetzt einen Häussel Klingen HB an der Bridge. Dieser geht über 250 kohm Vol.Poti. Trotzdem ist der mir zu harsch vorallem gesplittet. Könnte ich hier mit einem Lastkondens. parall zum HB löten,welchen Wert brauch ich etwa? Würde ich mit einem Trimmwiderstand auch zum Ergebnis kommen?

Antwort:

Ohne die elektrischen Daten des verwendeten Tonabnehmers zu kennen, ist eine präzise Antwort leider nicht möglich. Aus der Anfrage selber ist zu schließen, daß es sich um einen parallelen Humbucker im Strat-Format handelt. Harry Häussel bietet hier zwei Versionen (laut Internetpräsenz CTK-A und CTK-K) an. Das Privatkundengeschäft für Häussel Pickups wird von "ACY's Guitar Lounge" durchgeführt. Hier ist zu erfahren, daß es alle Klingen Pickups in den Varianten Traditional, Classic und Hot gibt. Elektrische Daten sucht man, wie bei Häussel üblich, leider vergeblich.

Bei einem typischen Humbucker existiert immer eine magnetische Kopplung der beiden Spulen, die sich durch die sogenannte "Gegeninduktivität" bemerkbar macht. Sie kann durch den "Kopplungsfaktor" beschrieben werden. Dieser Effekt hat zur Folge, daß eine einzelne Spule eines idealen Humbuckers mit identischen Spulen eine Induktivität aufweist, die immer größer ist als die halbe Induktivität des gesamten Tonabnehmers. Für den "P-490T" von Gibson ergibt sich bei einem Kopplungsfaktor von 0,136 eine Einzelinduktivität von 2,24H bei einer Gesamtinduktivität von 5,08H.

Als klangliche Referenz für einen gesplitteten Humbucker dient fast immer der Tonabnehmer der Stratocaster, der mit einer Induktivität von 2,2H bei einer typischen Belastung eine Resonanzfrequenz von 3,5kHz mit einer Spitze von 4,9dB erzeugt.

Wer den "P-490T" splittet und dann auch noch Potentiometer mit einem Kennwiderstand von 500kOhm verwendet, der erhält zwar ebenfalls eine Resonanz von 3,5kHz, allerdings ist die Spitze mit 9,6dB deutlich ausgeprägter! In der Folge werden viele den resultierenden Klang als "spitz", "schrill" oder "harsch" bezeichnen. Verwendet man 250kOhm Potis, dann beträgt die Spitze immerhin noch 5,6dB. Dieses Vorgehen macht den Klang des gesplitteten Humbuckers sicherlich gefälliger, geht dann aber zu Lasten der humbuckertypischen Reihenschaltung. Darüber hinaus rutscht die Resonanzfrequenz jetzt auf 3,4kHz ab.

Wenn die Resonanzspitze zu groß ist, gibt es nur eine Möglichkeit: Man baut eine zusätzliche Dämpfung in Form eines parallelen Widerstandes ein. Das kann geschehen, indem man einfach die Tonblende etwas "zu" macht oder indem man tatsächlich einen zusätzlichen Widerstand parallel zu der betreffenden Spule schaltet. Dieser sollte dann natürlich schaltbar sein, sodas er nur dann aktiv ist, wenn der Humbucker im Split-Mode arbeitet.

Welchen Wert dieser Widerstand haben muß, läßt sich natürlich errechenen, wenn man die elektrischen Daten des Tonabehmers kennt. Ist das nicht der Fall, dann hilft nur ausprobieren. Werte zwischen 200kOhm und 1MOhm sollten zu vernünftigen Resultaten führen.

Eine zusätzliche kapazitive Last ist nur dann notwendig, wenn die Resonanzfrequenz im Split-Mode zu groß ist. Auch hier hilft dann in der Regel nur ausprobieren. Als Kondensator eignen sich Folientypen mit einer Kapazität zwischen 22pF und 470pF.

In dem von HECHTER zitierten Fall könnte es auch schon ausreichend sein, den Stegtonabnehmer mit an die Tonblende anzuschließen.

Weitere Informationen zu diesem Themenkomplex sind in folgenden Artikeln zu finden:

  1. "Humbucker als Pseudo-Single-Coil"
     
  2. "Gesplitteter Humbucker im klanglichen Griff"

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Was ist ein "C-Switch"?

Antwort:

Der Begriff "C-Switch" wurde von dem deutschen Tonabnehmerspezialisten Helmuth Lemme geprägt. Es handelt sich dabei um einen Schalter, mit dessen Hilfe verschiedene Kondensatoren parallel zum Tonabnehmer geschaltet werden können. Auf diese Weise kann die Resonanzfrequenz des Tonabnehmers verringert werden. Es ändert sich also der sogenannte "Klang"!

Da es verschiedene Bauformen von Schaltern gibt, kann man sich natürlich auch unterschiedliche "C-Switches" denken. Üblicherweise wird mit dem "C-Switch" ein einpoliger Drehschalter mit 3, 4 6 oder gar 12 Schaltpositionen in Verbindung gebracht.

Weitere Details zur Klangveränderung am elektromagnetischen Tonabnehmer sind in Guitar-Letter II enthalten.

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Was ist ein "Booster"?

Unter einem "Booster" wird allgemein ein Verstärker verstanden. In der Gitarrenelektronik ist damit in der Regel ein kleiner Vorverstärker (engl. "Preamp") mit einer Spannungsverstärkung zwischen 1 und 10 gemeint.

Eine Sonderform des "Booster" ist der sogenannte "Impedanzwandler (engl. "Buffer"). Er hat prinzipbedingt eine Spannungsverstärkung von 1 und liefert im Gegenzug eine größere Stromverstärkung. Diese Schaltungen sind daher in der Lage größere Lasten und auch lange Leitungen mit entsprechende kapazitiver Last zu treiben.

Je nach Schaltungskonzept werden Operationsverstärker (OP) in Form einer integrierten Schaltung (IC) oder Transistoren (Bipolar oder FET) als verstärkende Elemente eingesetzt.

Beispiele für einen Impedanzwandler sind im Artikel "Impedanzwandler für die Elektrogitarre" zu finden.

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Wie verdrahte ich einen "Out-of-Phase-Schalter"

Die gegenphasige Zusammenschaltung zweier oder mehrere Tonabnehmer stellt für viele Gitarristen eine interessante Klangalternative dar, da dieser spezielle "hölzerne" oder "hohle" Klang mit den herkömmlichen Schaltungen nicht erreicht werden kann. Es gibt kaum Instrumente, die diese Schaltungsvariante als Standard anbieten. Eine der wenigen Ausnahmen stellt sicherlich die "Cardinal-Serie" von Aria aus den 80er Jahren da. Bekannte Anwender dieses Sounds sind Jimmy Page, Peter Green und Brian May. Während Page und Green ihre "Les Paul" in geeigenter Weise modifizieren ließen, realisierte Brian May in der von ihm gebauten "Red-Special" ein vollkommen anderes Schaltungskonzept.

Bild 15: Page, Green und May - prominente OoP-Nutzer

"Out-of-Phase" bedeutet übersetzt nicht anderes als "gegenphasig". Bekanntermaßen ist ein Tonabnehmer ein Zweipol, dessen einer Anschluß mit dem heißen Eingang des Verstärkers und dessen zweiter Anschluß mit der Schaltungsmasse verbunden wird. Welcher Anschluß an welchen Verstärkeranschluß kommt, ist zunächst unerheblich. Man muß sich da einfach für eine Version entscheiden, die dann als Referenz dient!

Geht man von dieser Referenz aus und vertauscht dann die beiden Anschlüsse, dann ändert man die Polarität des Tonabnehmersignals. Es wird invertiert - die Phase wird vertauscht. Für sich allein betrachtet wird diese Umpolung bei nur einem Tonabnehmer keinen klanglichen Unterschied erbringen. Erst wenn eine Zusammenschaltung mit mindestens einem weiteren Tonabnehmer erfolgt, ergibt sich eine hörbare Änderung.

Um das Signal eines Tonabnehmers umzupolen benötigt man einfach einen zweipoligen Umschalter (DPDT) mit der Schaltfolge ON/ON. Hier die Schaltfolge:

Bild 16: Kontaktschema eines DPDT ON/ON

Dieses Kontaktschema kann man auch für die sogenannten "Slider" oder "Schiebe-Schalter" mit zwei Schaltstellungen verwenden.

Wir nehmen jetzt einmal an, daß der kalte Anschluß des Tonabnehmers mit dem Pin 1 und der heiße Anschluß mit Pin 4 verbunden ist. Dann dienen die Pins 2 und 5 als kalter und heißer Ausgang des Schalters. Von hier geht es weiter zum Tonabnehmerwahlschalter, zur Tonblende oder zum Lautstärkeeinsteller. Ist der Schalter so gestellt, daß 1-2 und 4-5 verbunden sind, dann definieren wir das Signal als "In-Phase".

Die Gegenphasigkeit erhalten wir, indem eine Verbindung von Pin 1 auf Pin 6 und von Pin 4 auf Pin 3 erzeugt wird. Legt man den Schalter um, dann sind jetzt 2-3 und 5-6 verbunden. Damit gelangt der kalte Anschluß über 1-6-5 an den heißen Eingang der nachfolgenden Schaltung. Vergleichbares gilt für den heißen Anschluß. Das Signal hat also seine Polarität gewechselt. Diese Art der Beschaltung wird zum Beispiel in der "Red-Special" verwendet. Hier das Schaltbild. Wer entdeckt die OoP-Schalter?

Bild 17: Der Verdrahtungsplan für die "Red Special"

Na, war doch gar nicht so schwer, oder? Die gekreuzten Leitungen sind eben ein untrügliches Erkennungsmerkmal für einen Phasenumkehrschalter. Die vorgestellt Variante ist allerdings nur eine Möglichkeit. Selbstverständlich kann man auch die Pins 2 und 5 als Eingang und 1 und 4 oder 3 und 6 als Ausgang definieren. Das Ergebnis ist das gleiche.

Wer jetzt schon Schalter und Lötkolben in der Hand hält, sollte noch einmal kurz innehalten, denn es gibt ein paar Fallstricke, auf die man achten sollte:

Verfügt der Tonabnehmer über einen einadrigen Anschluß mit Abschirmung (siehe "Schaltplansymbole für Tonabnehmer"), dann wird durch eine Phasenumkehr die Abschirmung mit dem heißen Eingang des Verstärkers verbunden. Auf diese Weise werden die empfangenen Störungen direkt zum Verstärker geleitet, der sie dann auch brav verstärkt, was wohl nicht im allgemeinen Interesse liegt. Ein solcher Tonabnehmer kann zwar umgepolt werden, ist aber nicht besonders gut dazu geeignet. Besser ist da ein Tonabnehmer mit einem zweiadrigen Anschluß und getrennter Abschirmung. Diese muß dann unbedingt am masseseitigen Ausgang des Phasenumkehrschalters angeschlossen werden und keines falls am Eingang. Sonst wird die Abschirmung ja doch... Aber das kennen wir ja bereits.

Hier eine andere Variante zur Verwendung eines Phasenumkehrschalters:

Bild 18: Der Verdrahtungsplan für die modifiziert "ES-700" des Autors

Der Tonabnehmer selber verfügt über einen symmetrischen Vieraderanschluß. Der "Tri-Sound-Schalter" ermöglicht es den Humbucker seriell, parallel oder als Single-Coil zu betreiben. An seinen beiden Ausgängen 3 und 6 steht das Tonsignal zur Verfügung und wird weiter gereicht.

Mit Hilfe des "Phase"-Schalters kann das Signal des Stegtonabnehmers umgepolt werden. Man erkennt, daß die Abschirmung des Tonabnehmers (hier Dunkelgrau) erst sehr spät am Tonabnehmerwahlschalter mit der Schaltungsmasse verbunden wird. Als "Eingang" des Phasenumkehrschalters dienen hier die Pins 2 und 5. Als Schaltungsmasse wurde Pin 3 festgelegt, der dann auch mit dem entsprechenden zentralen Massepunkt am Wahlschalter verbunden ist.

Aktive Tonabnehmer lassen sich auf diese "mechanische" Weise übrigens nicht umpolen. Da der Bezug zur Masse bereits im Verstärker des Tonabnehmers erfolgt, hat eine Umpolung ganz einfach einen Kurzschluß zur Folge und man wird nichts mehr hören. Unter Umständen wird der Ausgang des Verstärkers überlastet und die Schaltung zerstört! Die einzig sinnvolle Möglichkeit besteht darin, einen Inverter - das ist ein Verstärker mit einer Verstärkung von -1 - einzusetzen. Eine solche Schaltung wird zum Beispiel vom EMG unter der Bezeichnung "Pi2" angeboten.

Bild 19: Aktive Phasenumkehr mit dem EMG-Pi2

Bastelwütige Gitarristen greifen in so einem Fall nicht in die Brieftasche, sondern zu einem Operationsverstärker und bauen einen "Nichtinvertierenden Verstärker" auf. Bei EMG gibt es nichts anderes.

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