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Die Lautstärkeeinstellung in der Elektrogitarre

Einleitung

Um die Lautstärke (engl. Volume) einzustellen, wird in der Regel ein Potentiometer benutzt. Es gibt verschiedene in der Literatur beschriebene Möglichkeiten zur Realisierung. Ihnen allen ist gemein, daß sie auch eine unerwünschte klangliche Einfärbung des Gitarrensignals verursachen.

In diesem Artikel werden daher zunächst die verschiedenen Realisierungen dargestellt und bezüglich ihrer grundsätzlichen Eigenschaften diskutiert. Anschließend geht es darum, wie man die Probleme dieser Schaltungen ein wenig in den Griff bekommen kann. Zum Schluß wird kurz die Frage angerissen, welche Art von Potentiometer für eine Lautstärkeeinstellung einzusetzen ist.

Alle folgenden Amplitudengänge wurden mit den elektrischen Daten eines Gibson Humbuckers simuliert. Der Drehwinkel der Potis wird grundsätzlich in Prozent angegeben, wobei eine logarithmische Charakteristik verwendet wurde.

Die Schaltbilder enthalten auf der linken Seite die Ersatzschaltung eines magnetischen Tonabnehmers mit der Spannungsquelle U0, der Spuleninduktivität Ls, dem Gleichstromwiderstand Rs und der Wicklungskapazität Cs.

Als Belastung wurde eine Kabelkapazität CK und der Eingangswiderstand der ersten Verstärkerstufe Rin berücksichtigt.

1. Viererlei Volumen

Im Normalfall wird ein Potentiometer als Spannungsteiler geschaltet, um die Amplitude eine Wechselspannungssignals verringern zu können. Es gibt jedoch auch Fälle, in denen der Schaltungsentwickler die Dinge auf den Kopf gestellt und das Potentiometer rückwärts angeschlossen hat. Zusammen mit der Lage der Tonblende, ergeben sich so 4 grundsätzliche Schaltungsvariationen für die Lautstärkeeinstellung in der Elektrogitarre, die wir uns zunächst ansehen wollen.

1.1 Die Standardschaltung

In fast allen Elektrogitarren wird das Potentiometer zur Lautstärkeeinstellung als Spannungsteiler geschaltet. Dabei dient der Kontakt des Schleifers S als Ausgang. Aufgrund des logarithmischen Verhaltens des menschlichen Gehörs, ist der Einsatz eines logarithmischen Potentiometers von Vorteil.

Bild 1: Standardlautstärkeeinstellung

Der obere Teilwiderstand des Potis PV, im folgenden PV1 genannt, bildet zusammen mit der Kabelkapazität CK und der Eingangskapazität des Verstärkers Cin einen Tiefpaß. Je weiter man die Lautstärke verringert, desto größer wird PV1 und die Grenzfrequenz des Tiefpasses verringert sich. Das hat zur Folge, daß die hohen Frequenzen gedämpft werden. Diesem Effekt fällt natürlich als erstes unsere Resonanz zum Opfer, wie deutlich schon bei 95% Volume (lila) zu erkennen ist.

Interessant ist, daß schon deutlich vor 35% Volume (rosa) sich wieder eine Resonanz einstellt. Die Erklärung dafür ist eigentlich recht einfach und leuchtet ein:

Aus Sicht des Tonabnehmers bildet PV1 zusammen mit den Kapazitäten CK und Cin eine vergleichbare Konstruktion wie die Tonblende bestehend aus PT und CT. Der Einfluß der beiden Kapazitäten auf die Resonanz des Tonabnehmers wird mit kleiner werdendem Volume immer geringer. In der Folge steigt die Resonanzfrequenz mit 5,9kHz fast auf ihren Leerlaufwert (hier 7,161kHz). Bei 5% Volume beträgt die Resonanzfrequenz dann schon 6,26kHz. Man "schaltet" hier also auch wieder zwischen zwei Resonanzen um. Allerdings ist die höhere Resonanz aufgrund der starken Dämpfung durch PV1 nur sehr schwach ausgeprägt.

Aus hörtechnischer Sicht bedeutet das:

1. Wenn das Volume verringert wird, verschwindet sofort die Resonanz. Wir nehmen das als Höhenverlust war.
    
2. Bei sehr kleinen Lautstärkeeinstellungen steigt die Höhenwiedergabe bei erhöhter Resonanzfrequenz leicht an. Aufgrund der kleinen Pegel und der Empfindlichkeitskurve des menschlichen Ohres werden die meisten Menschen das wohl nicht mehr wahrnehmen.

1.2 50^th-Wiring

Wenn man die Tonblende "hinter" den Lautstärkeeinsteller verlegt und sie an den Schleifer S des Volume anschließt, so gelangt man zum sogenannten 50^th-Wiring. Diese Schaltung liegt immer dann vor, wenn man eine Gitarre mit mehr als einem Lautstärkeeinsteller und nur einer Tonblende hat. Aber auch in einigen normalen HH-Gitarren, wie zum Beispiel in einigen "Les Paul" Modellen, wurde sie zeitweise verwendet. Das folgende Bild zeigt die Schaltung nebst Amplitudengang:

Bild 2: Lautstärkeeinstellung des 50^th-Wiring

Hier ist grundsätzlich das gleiche Verhalten, wie bei der Standardschaltung festzustellen. Die Ausbildung einer neuen und höheren Resonanzfrequenz bei kleineren Lautstärkeeinstellunge läßt sich auf die schon bekannte Weise erklären. Einzig die Ausprägung der Resonanz ist hier dann deutlich größer ausgefallen. Bei "leisen" Einstellungen wird es also etwas "heller".

Die Erklärung dafür ergibt sich aus der Verlegung der Tonblende. Je weiter man das Volume verringert, desto größer wird quasi der Widerstand des Tone-Potis. Damit sinkt insgesamt die Belastung des Tonabnehmers und er kann eine größere Resonanzspitze ausbilden. Darüber hinaus steigt die Resonanzfrequenz noch weiter an (6,8kHz bei 35% Volume).

Ein vergleichbares Verhalten läßt sich auch erzielen, in dem beim Standard-Wiring ein NoLoad-Poti für die Tonblende verwendet wird.

So weit ist das 50^th-Wiring also nicht vom Standard entfernt. Man dreht zu und verliert sofort die Höhen, die gegen Ende dann wieder betont werden. Aufgrund der Lastverschiebung ist dieser Effekt jedoch deutlicher wahrzunehmen.

1.3 Das "Mischpult" in der Gitarre

Es gibt Gitarren, in denen das Lautstärke-Poti "rückwärts" angeschlossen wird. Wo wir gerade mal dabei sind, schauen wir uns doch einmal diesen Fall an:

Bild 3: Lautstärkeeinstellung "verkehrt herum"

Diese Variation ist eigentlich eine sehr schlechte Lösung, denn

1. mit kleiner werdenden Lautstärkeeinstellungen steigt die ohm'sche Belastung des Tonabnehmers durch den zweiten Teilwiderstand PV2 des Volume-Potis. Folge: Dämpfung der Resonanz schon bei eine kleinen Verringerungen auf 95% Volume!
    
2. mit kleiner werdenden Lautstärken bildet PV1 mit der Kabelkapazität einen Tiefpaß mit variabler Grenzfrequenz. Folge: Dämpfung der Resonanz und Verlust der hohen Frequenzen!

Darüber hinaus ist deutlich zu erkennen, daß die Wirkung als Lautstärkeeinsteller bei Frequenzen unterhalb von 300Hz mehr als bescheiden ist. Zwischen 100% und 35% Volume liegen gerade mal 7dB!

Es gibt nur einen sinnvollen Grund, diese Variante zur Anwendung zu bringen: Man möchte zwei Tonabnehmer mit Hilfe der Lautstärkeeinstellung passiv miteinander mischen! In diesem Fall wirkt eine Teilstrecke des Potentiometers als Entkopplung für das zweite Poti. Ist ein Pickup ganz leise gestellt, liefert das zweite immer noch ein Signal.

Bei der "Les Paul" und ihren Verwandten kennt man dieses Verhalten bei der Zusammenschaltung beider Tonabnehmer nicht. Wird hier ein Potentiometer auf "Null" gedreht, so sind beide Tonabnehmer aus, da die Schleifer der beiden Lautstärkepotentiometer zusammengeschaltet sind. Diese Zusammenschaltung muß eigentlich, wie beim Mischpult, über Entkopplungswiderstände geschehen. Dadurch würde jedoch die Lautstärke stark verringert und da Gitarristen den dann notwendigen Verstärker im Instrument nicht schätzen, entfällt das Ganze eben. Der Hersteller "spart" dabei auch zwei Widerstände. 20 Cent sind eine Menge Geld. Da weiß man, was man hat!

1.4 Rückwärts in die 50er

Natürlich läßt sich auch die Rückwärts-Variante auch auf das 50^th-Wiring anwenden:

Bild 5: Lautstärkeeinstellung "falscher 50er"

Das Ergebnis weicht nur insofern von der normalen Rückwärtsschaltung ab, als das der Variationsbereich der Lautstärke bei tiefen Frequenz mit 10dB ein wenig größer ausfällt.

1.5 Zusammenfassung

Jede der vier vorgestellten Schaltungsvarianten erlaubt generell eine Verringerung der als Lautstärke bekannten Signalamplitude. Es ist jedoch festzustellen, daß die klassische Schaltung als Spannungsteiler gegenüber der inversen Verwendung des Potentiometers eindeutige Vorteil bietet.

Allen Schaltungen ist gemein, daß sie eine starke Dämpfung der Resonanz verursachen, was als Verlust an Höhen wahrgenommen wird. Da viele Musiker mit diesem Verhalten nicht zufrieden sind, ist eine gute Lösung gesucht...

2. Die "bessere" Lautstärkeeinstellung

Wie in Abschnitt 1 gezeigt wurde, hat jede "normale" Lautstärkeeinstellung in der Gitarre den Nachteil, daß auch die Ausprägung der Resonanz beeinflußt wird. Eine Verbesserung kann also nur darin bestehen, dieses Verhalten zu eliminieren oder zumindest zu mildern. Es gibt 3 bekannte passive Möglichkeiten, die in der Praxis eingesetzt werden.

Für die weiteren Betrachtungen ist es wichtig, sich das Poti als Ersatzschaltung zweier Widerstände zu denken. Also

Bild 6: Ein Poti als Spannungsteiler und sein Ersatzschaltbild

Nachdem das klar ist, kann es ja los gehen...

2.1 "Höhen-Kurzschluß"

Eine Möglichkeit besteht in der Übernahme einer Schaltung aus der Verstärkertechnik. Viele Verstärker von Fender und anderen Herstellern haben einen Schalter mit der Bezeichnung "Bright". Mit seiner Hilfe wird ganz einfach der "obere" Teil des Potentiometers durch einen Kondensator überbrückt.

Bild 7: Potentiometer mit "Bright"-Kondensator (Treble-Bleed)

Vergegenwärtigt man sich, daß der Kondensator für hohe Frequenzen quasi einen Kurzschluß darstellt, so kann man sich leicht vorstellen, daß die Wirkung des Potentiometers für hohe Frequenzen ganz oder zumindest teilweise aufgehoben wird. Das ist jedoch nur die "halbe" Wahrheit! Schauen wir uns deshalb einmal das Ergebnis einer Simulation an:

Bild 8: Die "Bright"-Schaltung hinter einem linearen Verstärker

Dieses Bode-Diagramm erhält man mit PV=500kOhm log., Rin=1MOhm, CV=220pF und einer Kabelkapazität CK=700pF. Es ist deutlich zu erkennen, daß oberhalb von 10kHz die Dämpfung konstant, das heißt unabhängig vom Drehwinkel des Potis ist. Wie kommt das zustande?

Nun, praktisch wurden zwei Spannungsteiler parallel geschaltet. Einmal unser Poti und zum zweiten ein kapazitiver Teiler bestehend aus CV und der Kabelkapazität CK. Dieses Teilungsverhältnis ist fest. Es beträgt -12,4dB, was im Diagramm auch deutlich zu sehen ist! Unterhalb von 200Hz wirkt nur das Potentiometer und ein frequenzabhängiges Verhalten ist nicht erkennbar.

Der Bereich dazwischen wird durch ein Tiefpaß- und ein Hochpaßverhalten gekennzeichnet. Der Hochpaß wird hauptsächlich durch CV und die Parallelschaltung aus Rin und PV2 bestimmt. Der Tiefpaß wird aus PV1 und CK gebildet.

Bei einem Drehwinkel von 40% (die grüne Kurve) ist die Grenzfrequenz des Hochpasses rund 1,6kHz. Der Tiefpaß liegt bei 5,2kHz. Das bedeutet:

1. Oberhalb von 1,6kHz wird die Dämpfung mit 20dB/Dekade verringert. Die Kurve steigt an.
    
2. Ab 5,2kHz wirkt der Tiefpaß mit einem Abfall der Dämpfung mit 20dB/Dekade. Die Wirkungen von Hoch- und Tiefpaß kompensieren sich. Die Dämpfung bleibt konstant.

Bei einem Drehwinkel von 90% (die rosa Kurve) ist die Grenzfrequenz des Tiefpasses rund 660Hz und der Hochpaß liegt jetzt bei 4,6kHz. Das bedeutet:

1. Oberhalb von 660Hz steigt die Dämpfung mit 20dB/Dekade. Die Kurve fällt.
    
2. Ab 4,6kHz wirkt der Hochpaß mit einer Verringerung der Dämpfung um 20dB/Dekade. Die Wirkungen von Hoch- und Tiefpaß kompensieren sich. Die Dämpfung bleibt konstant.

Durch die Variation des Potentiometers führen die beiden Grenzfrequenzen also eine gegenläufige Bewegung aus. Das was man erreichen möchte, nämlich eine Kompensation des Tiefpaßverhaltens, erreicht man nur, wenn der Drehwinkel kleiner als 65% ist. Größere Winkel führen immer noch zu einer Dämpfung der hohen Frequenzen. Schlußendlich ist die konstante Dämpfung oberhalb von 10kHz auch nicht das, was auf unserem Wunschzettel für eine gute Lautstärkeeinstellung steht.

Doch bevor wir die Schaltung endgültig verdammen, sollten wir nicht vergessen, daß bisher nur die Schaltung für sich betrachtet wurde. Wie aber wirkt sie sich in der kompletten Simulation einer E-Gitarre aus? Sehen wir uns dazu einfach das nächste Bode-Diagramm an:

Bild 9: Amplitudengang der "Bright"-Schaltung in der Elektrogitarre

Was fällt auf?

1. Die konstante Dämpfung tritt hier nicht negativ in Erscheinung, da der Resonanztiefpaß schon deutlich vor 10kHz in seiner Wirkung einsetzt. Also ist dieser "Nachteil" nicht wirklich ein Nachteil!
    
2. Bei einem Drehwinkel von 95% bis 85% ist die Resonanz fast verschwunden. Sie wird durch die unerwünschte Tiefpaßwirkung unterdrückt. Das ist nach wie vor nicht erwünscht!
    
3. Bei einem Drehwinkel kleiner als 85% setzt die Kompensation durch den Hochpaß ein und es bildet sich wieder eine Resonanz aus. Die Ausprägung wird durch das Verhältnis von CV und CK bestimmt. Je kleiner diese Dämpfung ist, desto größer ist die Ausprägung. Diese Resonanz entsteht jedoch nur, weil das Potentiometer in seiner Wirkung durch CV "ausgeschaltet" wird.
   Die Ausprägung ist umso größer, je kleiner die eingestellte Lautstärke ist. Das hat zur Folge, daß der Klang bei kleinen Lautstärken als höhenbetont empfunden wird. Wir haben jetzt also ein gegensätzliches Verhalten erzielt. Möchte man die Ausprägung verringert, so muß das Verhältnis der beiden Kapazitäten verändert werden. Das hat jedoch zur Folge, daß sich das Niveau der konstanten Dämpfung verschiebt. Dadurch verändert sich dann auch der Bereich der "resonanzfreien" Zone. Eine geringere Ausprägung sorgt dann für einen vergrößerten Einstellbereich ohne Resonanz. Hier wird man beim Tuning der Schaltung also einen Kompromiß eingehen müssen!
    
4. Die Lage der Resonanzfrequenz hat sich nach oben verschoben. Auch das ist ein Effekt, der nicht gewünscht ist. Ideal wäre eine etwas tiefere Lage.

Insgesamt ist diese Schaltung schon ein Schritt in die richtige Richtung. Als nächstes soll versucht werden, die Lage der Resonanz etwas nach unten zu verschieben.

2.2 "Ausgebremst"

Zu diesem Zweck fügen wir einen Widerstand RV in Reihe zum Kondensator CV ein.

Bild 10: Die "Bright"-Schaltung mit "Bremswiderstand"

Dieser bildet mit der Kabelkapazität CK einen weiteren Tiefpaß. Je größer der Widerstand ist, desto geringer ist seine Grenzfrequenz. Damit wird die Wirkung des Hochpasses ein wenig eingeschränkt.

Eine Simulation mit CV=700pf und RV=68kOhm führt zum nächsten Bode-Diagramm:

Bild 11: Amplitudengang der "Bright"-Schaltung mit "Bremswiderstand"

Jetzt wurde die Resonanzfrequenz schon recht gut getroffen! Durch CV=CK=700pf ist die "resonanzfreie" Zone sehr klein geworden. Eine vollständige Dämpfung der Resonanz tritt praktisch nicht mehr auf! Dafür zahlen wir jedoch einen hohen Preis, denn die Ausprägung der Resonanz ist bei kleinen Lautstärken jetzt wesentlich größer. Gleichzeitig ist der Verlauf der Resonanz um einiges flacher. Die Güte hat sich also verringert und die "Bandbreite" hat sich vergrößert. Die Lage der Resonanzfrequenz ist unabhängig von der Einstellung des Potentiometers. Man beachte dazu auch die folgende Animation:

Bild 12: Animierte Lautstärkeeinstellung der "Bright"-Schaltung mit "Bremswiderstand"

Jetzt erkennt man allerdings auch schon das sich anbahnende Drama:

Die Lage der Resonanzfrequenz ist nur unabhängig von der Stellung des Potentiometers, wenn die Kapazität des Bypass-Kondensators gleich der Kabelkapazität ist!

Wenn man ein anderes Kabel nimmt, ist unser mühsam gefundene Kompromiß also hinfällig. Es gilt:

1. CK<CV: Die "neue" Resonanzfrequenz ist kleiner und bei voller Lautstärke ist die "alte" Resonanz verschwunden.
    
2. CK>CV: Die "neue" Resonanzfrequenz ist größer als die "alte".

Der Widerstand "bremst" die "Höhen" quasi aus. Mit seinem Wert hat man es also in der Hand, wie groß die Ausprägung der "neuen" Resonanz ist. Dabei gilt:

Je größer der Widerstand, desto geringer die Ausprägung der Resonanz, aber desto größer ist auch der Bereich der "resonanzfreien" Zone.

Hier einen geeigneten Kompromiß zu finden ist nur schwer möglich. Möchte man immer eine Resonanz haben, so muß man das mit einer sehr starken Resonanz, also vielen "Höhen" bei geringen Lautstärken bezahlen!

2.3 "Rechts vorbei"

Eine weitere Alternative besteht in der Verwendung einer Parallelschaltung von Kondensator und Widerstand:

Bild 13: Die "Bright"-Schaltung mit "Bypass"

Ohne jetzt weitere Bilder zu präsentieren kann man sich denken, daß ein vergleichbares Verhalten vorliegt. Aus elektrotechnischer Sicht läßt sich eine Parallelschaltung immer in eine äquivalente Reihenschaltung umrechnen, wobei freilich andere Werte entstehen.

"Bremst" der Widerstand in der Reihenschaltung die "Höhen" quasi aus, so leitet er in der Parallelschaltung die "Bässe" an der "Sperre" Kondensator vorbei. Mit seinem Wert hat man es also in der Hand, wie groß die Ausprägung der "neuen" Resonanz ist. Dabei gilt:

Je kleiner der Widerstand, desto geringer die Ausprägung der Resonanz, aber desto größer ist auch der Bereich der "resonanzfreien" Zone.

Ein besonderes Problem kann entstehen, wenn der Widerstand zu klein oder der Kondensator zu groß gewählt wird. Durch diese Belastung verändert sich nämlich die Charakteristik des Potentiometers. Aus einem logarithmischen Poti wird dann ganz schnell ein lineares mit der Folge, daß sich das Einstellverhalten nachteilig verändert.

2.4 Zusammenfassung

Keine der drei vorgestellten Schaltungsvarianten löst das eigentliche Problem der Tiefpaßwirkung durch die Kabelkapazität! Hier wird lediglich ein wenig an den Symptomen "herumgedoktort"!

Je nachdem wie die elektrischen Daten der Gitarrenschaltung und Tonabnehmer sowie des Kabels aussehen, läßt sich jedoch ein klanglicher Kompromiß finden, der viele Gitarristen zufriedenstellt könnte. In der Literatur und im Internet kursieren die unterschiedlichsten Werte für die Dimensionierung der Bypass-Elemente. Ob sie für die eigene Gitarre passen ist allerdings ungewiß. Man kommt also nicht umhin, sich ein paar Widerstände und Folienkondensatoren zu kaufen, um das ganze anschließend mit Hilfe der Ohren auszuprobieren. Geeignete Werte für den Kondensator liegen zwischen 100pF und 1nF. Je nach Schaltung kann der Widerstand von ein paar bis zu mehreren hundert KiloOhm liegen.

Die einzige "amtliche" Lösung dieses Problems besteht im Einsatz eines Impedanzwandlers, wie zum Beispiel dem SB-1P mit nachgeschaltetem niederohmigen Potentiometer für die Lautstärkeeinstellung. In der Telecaster könnte das zum Beispiel so aussehen:

Bild 14: Gitarrenelektronik mit Impedanzwandler zur Vermeidung des "Höhenklaus"

Durch den Impedanzwandler werden die Tonabnehmer der Elektrogitarre quasi vom Einfluß der "schädlichen" Kabelkapazität "abgeschirmt". Damit sich der Klang jedoch nicht verändert wird jetzt ein geeigneter Lastkondensator CL vor dem Impedanzwandler benötigt, der die nun fehlende Kabelkapazität nachbildet. Weitere Informationen zum Einsatz eines Impedanzwandlers sind im Artikel "Der Einsatz eines Impedanzwandlers in der Elektrogitarre" nachzulesen.

Wer den Verdrahtungsaufwand scheut, kann natürlich auch gleich zum kompakten SB-2P greifen. Hier sind Lastkondensator und Volume-Poti bereits enthalten. Seine klanglichen "Folgen" wurden durch Simulationen im Artikel "Der Impedanzwandler im praktischen Einsatz" belegt.

3. Die Linearität der Lautstärkeeinstellung

Wenn man am Lautstärkeeinsteller einer Elektrogitarre oder eines Verstärkers dreht, dann verändert sich (natürlich) die Lautstärke. Häufig empfindet man das Einstellverhalten jedoch als unbefriedigend. Die wahrnehmbare Änderung korrespondiert quasi nicht mit der vorgenommenen Änderung des Drehwinkels. Der Zusammenhang zwischen diesen beiden Größen wird allgemein als Linearität bezeichnet.

3.1 Logarithmisch oder Linear?

Diese Frage ist, im Zusammenhang mit einer Lautstärkeeinstellung, gar nicht so einfach zu beantworten! Häufig findet man Diskussionen, in denen man sich über genau diese Frage die Köpfe heiß redet. Am Ende ist die Antwort natürlich genau so klar oder besser gesagt unklar, wie am Beginn des Disputes. Man kommt einer potentiellen Antwort allerdings näher, wenn sich die beiden Möglichkeiten sowie die Begründung für ihre Anwendung ansieht.

Wenn man ein Potentiometer als Spannungsteiler schaltet, dann kann man den sogenannten Übertragungsfaktor angeben, welcher der Quotient aus Ausgangs- und Eingangsgröße ist. Dreht man nun das Potentiometer, so verändert sich das Widerstandsverhältnis und damit auch der Übertragungsfaktor. Der Verlauf des Übertragungsfaktors ist dabei von der verwendeten Potentiometercharakteristik (engl. Taper) abhängig. Man sehe sich dazu das folgende Bild an:

Bild 14: Lautstärkeeinstellung mit linearem (rot) und logarithmischem Potentiometer (blau)

Auf der x-Achse wurde der Drehwinkel des Potentiometers in Prozent aufgetragen. Der logarithmierte Übertragungsfaktor, und damit die Dämpfung, findet sich auf der y-Achse. Das gesamte Bild zeigt den Verlauf der Dämpfung für ein unbelastetes Potentiometer. Da unser Ohr ein Sensor mit logarithmischer Charakteristik ist, wurde die Dämpfung in Dezibel (dB) aufgetragen.

Man erkennt,

1. daß die blaue Linie linearer (gerader) ist und eine größere Steigung aufweist.
    
2. daß beim linearen Potentiometer bis 10% kaum etwas passiert. Die Dämpfung verändert sich von 0 auf 20dB. Danach geht es dann "Ratz Fatz" nach unten.
    
3. daß das logarithmische Potentiometer bis 5% eine konstante Steigung von 6,5dB/10% aufweist. Bei 5% erreicht es eine Dämpfung von gut 70dB, was so gut wie "aus" ist.

Die Einstellbarkeit der Lautstärke ist, im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit, mit einem logarithmischen Potentiometer also nachweislich besser. Sie entspricht damit eher der logarithmischen Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs. Aus diesem Grund werden in den meisten Verstärkern, besonders im HiFi-Bereich, nur Potentiometer mit logarithmischer Charakteristik verwendet.

Trotz dieser Tatsache findet man immer wieder Fälle, in denen ein lineares Potentiometer eingesetzt wird. Hier nur zwei Möglichkeiten:

1. In Instrumentenverstärkern mit geringer Leistung verwenden die Hersteller gerne lineare Potis zur Lautstärkeeinstellung, weil der Verstärker dann schon bei kleinen Einstellungen relativ laut ist. Damit wird dem Kunden quasi eine größere Leistung suggeriert, die natürlich nicht vorhanden ist, denn wenn man das Volume noch weiter aufdreht, nimmt die Lautstärke nur noch wenig zu.
    
2. Viele Gitarristen, die einen Röhrenverstärker verwenden, stellen die Lautstärke an der Gitarre so ein, daß in der Mittelstellung der Übergang von "Clean" zu "Crunch" erfolgt. Bei einem linearen Potentiometer kann man dann um diesen Bereich herum sehr feinfühlig den Übergang von unverzerrt nach verzerrt einstellen, da die Steigung des Übertragungsfaktors ja nicht besonders groß ist. Die sprunghafte Verringerung der Lautstärke bei Drehwinkeln von weniger als 10% wird dabei in Kauf genommen.

Man erkennt aus diesen Betrachtungen, daß es tatsächlich auf die Anwendung ankommt, ob man ein lineares oder lieber ein logarithmisches Potentiometer einsetzt. Die Antwort auf die eingangs gestellte Frage muß also korrekterweise lauten: "Sowohl als auch!"

Folglich findet man in der Elektrogitarre häufig lineare oder logarithmische Potentiometer für die Lautstärkeeinstellung. Was man dort bevorzugt, ist also in erster Linie eine Frage des persönlichen Geschmacks und der Anwendung. Ein entsprechender Disput ist schlußendlich sinnlos!

Wenn man der reinen Lehre folgt, dann ist, zumindest für den linearen Fall ohne nachfolgende Kompression, das logarithmische Potentiometer die beste Wahl. Trotzdem gibt es Musiker, die immer noch vehement die Fahne des linearen Potis hochhalten. Ja ha'm die denn was an den Ohren???

Auch wenn man es gerne möchte, so muß man diese provokante Frage doch mit einem "Nein" beantworten, denn es ist durchaus denkbar, daß das lineare Poti unter bestimmten Umständen auch für den unverzerrten Betrieb Vorteile bietet. Jetzt stellt sich nur die Frage, wie dieser augenscheinliche Widerspruch zu erklären ist. Dabei hilft uns die sogenannte "selektive Linearität" der Lautstärkeeinstellung:

3.2 Simulation der Linearität

Sehen wir uns jetzt einmal an, wie die Linearität unter verschiedenen Bedingungen auswirkt. Zuvor muß jedoch geklärt werden, was eigentlich dargestellt werden soll. Allgemein stellt die Linearität die funktionale Abhängigkeit des Übertragungswertes vom Drehwinkel dar. Also G = f_(a), wobei a der normierte Drehwinkel ist.

In Bild 14 wurde dieser Zusammenhang bereits dargestellt. Allerdings sind die Verhältnisse in der Elektrogitarre nicht ganz so einfach, denn der Übertragungswert G ist zusätzlich noch von der Frequenz f abhängig. Es gilt also G = f_(a,f). Diese Tatsache führt zwingend zu einer dreidimensionalen Darstellung, die nicht immer besonders einfach zu interpretieren ist. Wir müssen die Dinge also etwas vereinfachen. Sehen wir uns dazu noch einmal den Verlauf des Übertragungsfaktors der Standardlautstärkeeinstellung an:

Bild 15: Standardlautstärkeeinstellung

Ganz offensichtlich gibt es drei charakteristische Frequenzbereiche:

1. Tiefe Frequenzen unterhalb von 1kHz. Hier ist eine gleichmäßige Abnahme des Übertragungsfaktors festzustellen.
    
2. Die Resonanzfrequenz fd. Die Ausprägung der Resonanz nimmt mit kleiner werdendem Übertragungsfaktor ab. Von "gleichmäßig" kann in diesem Fall also nicht wirklich gesprochen werden.
    
3. Die obere Grenzfrequenz fg, bei der Übertragungswert 3dB kleiner ist, als der Übertragungswert bei tiefen Frequenzen. Auch hier ist eine "Gleichmäßigkeit" nicht so recht gegeben.

In der Folge wurde die Linearität für diese beiden Frequenzen und zusätzlich für 10Hz, stellvertretend für die tiefen Frequenzen, berechnet. Hier das Ergebnis der selektiven Linearität für ein normales logarithmisches Potentiometer:

Bild 16: Volume-Linearität mit 20% logarithmik (Rot: 10Hz, Blau: fd, Grün: fg)

Wie zu erwartet war, ergibt sich bei den tiefen Frequenzen (Rot) eine schön gleichmäßige Abnahme bis zu einem Drehwinkel von 10%. Anders sieht es jedoch bei der Resonanzfrequenz (Blau) aus. Zwischen 80% und 100% erfolgt eine wesentlich stärkere Verringerung des Übertragungswertes. Erst danach ergibt sich eine annähernd konstante Steigung. Ein vergleichbares Verhalten ergibt sich bei der Grenzfrequenz (Grün). Allerdings ist die Ausprägung hier etwas geringer.

Kommen wir nun zu einem linearen Potentiometer. Hier das Ergebnisse der Simulation:

Bild 17: Volume-Linearität mit 50% logarithmik (Rot: 10Hz, Blau: fd, Grün: fg)

Die schwächere Steigung bei den tiefen Frequenzen (Rot) ist deutlich zu erkennen. Hier hat das logarithmische Potentiometer nach wie vor einen Vorteil. Die Anfangssteigung bei der Resonanz- und Grenzfrequenz ist jedoch deutlich schwächer ausgeprägt! Auch wenn die Steigung insgesamt kleiner ist, so ist die Konstanz über alles deutlich besser, als beim logarithmischen Potentiometer.

Jetzt kommen wir wieder zu den Musikern, die angeblich "was an den Ohren" haben. Wie wirkt sich das ganze also hörtechnisch aus?

Zunächst muß man sich einige Dinge vergegenwärtigen:

1. Die Resonanzfrequenz typischer Tonabnehmer liegt unter Belastung im Bereich von 1,8kHz bis 3,5kHz
    
2. Das menschliche Gehör ist, mit Blick auf die notwendige Sprachverständlichkeit, im Frequenzbereich von 300Hz bis 3,5kHz besonders empfindlich.
    
3. Frequenzen außerhalb dieses "Sprachbereiches" werden mit sinkenden Pegeln quasi ausgeblendet.

Damit liegt die Erklärung förmlich auf der Hand: Da die Resonanzfrequenz im empfindlichen Sprachbereich liegt, werden die stärkeren Änderungen des Übertragungsfaktors beim logarithmischen Potentiometer deutlich stärker wahrgenommen!

Daß das angeblich bessere logarithmische Potentiometer hier tatsächlich nicht besser ist, liegt jedoch nicht am Potentiometer selber, sondern an seiner ungeeigneten elektrischen Umgebung! Hier ist in erster Linie der schädliche Einfluß der Kabelkapazität zu nennen.

Also, Abbitte leisten! Die Jungs haben doch nichts an den Ohren!

Wer den "Höhenklau" nicht mag, der hat unter Umständen einen sogenannten "Treble-Kondensator" gemäß Bild 10 mit dem Lautstärkepotentiometer verbunden. Sehen wir uns auch für diesen Fall die selektiven Linearitäten an. Zunächst das logarithmische Potentiometer:

Bild 18: Volume-Linearität mit 20% logarithmik, CV=700pF, RPV=68kOhm (Rot: 10Hz, Blau: fd, Grün: fg)

Auch hier ist für die Resonanzfrequenz der schon bekannte starke Abfall zwischen 80% und 100% zu erkennen. Diesbezüglich hat sich also nichts verändert! Auch die Steigung bei tiefen Frequezen (Rot) hat sich nicht verändert. Allerdings ist die Steigung für Resonanz- und Grenzfrequenz zwischen 20% und 80% deutlich geringer. Hier passiert also nur noch sehr wenig. Hier ist das höhenkompensierte logarithmische Potentiometer also sogar schlechter als das unkompensierte lineare Potentiometer.

Komme wir nun zum Ergebnis des linearen Potentiometers mit Höhenkompensation:

Bild 19: Volume-Linearität mit 50% logarithmik, CV=700pF, RPV=68kOhm (Rot: 10Hz, Blau: fd, Grün: fg)

Wer konsequent mitgedacht hat, wird ob dieses Ergebnisses nicht wirklich erstaunt sein. Natürlich haben sich die Steigungen analog zu Bild 16 und 17 verringert. Insbesondere für den Bereich zwischen 80% und 100% findet keine Dämpfung der Resonanzfrequenz und der Grenzfrequenz mehr statt!

3.3 Der belastete Spannungsteiler

Bekanntermaßen wird der vom Drehwinkel abhängige Übertragungsfaktor eines Spannungsteilers durch eine äußere Belastung verändert. Dabei ist diese Veränderung um so stärker, je kleiner der Lastwiderstand im Verhältnis zum Kennwiderstand des Potentiometers ist. In der Praxis strebt man daher an, den Lastwiderstand immer deutlich größer als den Kennwiderstand des Potis zu realisieren.

Diese Tatsachen führen zu der Erkenntnis, daß die Linearität grundsätzlich besser wird, je kleiner der Kennwiderstand des Potentiometers ist. Das in Kapitel 3.2 beschrieben problematische Verhalten der selektiven Linearität sollte sich also verbessern, wenn man ein "kleineres" Potentiometer nimmt. Sehen wir uns einmal das Ergebnis einer Simulation mit einem 250kOhm-Poti an:

Bild 20: Volume-Linearität mit 20% logarithmik, PV=250kOhm, CV=700pF, RPV=68kOhm (Rot: 10Hz, Blau: fd, Grün: fg)

Hier noch einmal das Ergebnis des 500kOhm-Potis zum Vergleich:

Bild 21: Volume-Linearität mit 20% logarithmik, PV=500kOhm, CV=700pF, RPV=68kOhm (Rot: 10Hz, Blau: fd, Grün: fg)

Man erkennt auf den ersten Blick, daß die selektive Linearität beim 250kOhm-Potentiometer deutlich besser ist!

Fazit

Eine finale Antwort auf die Frage "logarithmisch oder linear" gibt es offensichtlich nicht. Auch wenn das logarithmische Potentiometer in der Theorie alle Vorteile für sich verbuchen kann, sorgt die typische passive Schaltung einer Elektrogitarre für einen Höhenverlust beim Leiserdrehen (davon sind beide Charakteristiken betroffen). Darüber hinaus ist die Lautstärkeabsenkung frequenzabhängig, was - speziell beim logarithmischen Potentiometer - zu unterschiedliche Dämpfungsverläufen führt. Dieses "schlechte" Verhalten liegt in der Wechselwirkung der einzelnen Komponenten und der starken kapazitiven Belastung durch das Instrumentenkabel begründen.

Erst wenn man die "schädliche" Belastung durch eine aktive Stufe vom Lautstärkeeinsteller trennt und die Schaltungsteile so voneinander entkoppelt, kann das logarithmische Potentiometer seine Vorteile unter allen Umständen ausspielen.

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