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!

Dieser Beitrag wurde in den folgenden Foren veröffentlicht:

Zurück zur Knowledge Database

Gesplitteter Humbucker im klanglichen Griff

Einleitung

Die Frage, ob ein gesplitteter paralleler Humbucker wie ein echter Single-Coil klingen kann oder nicht, wird seit Jahren kontrovers diskutiert. Die Beantwortung dieser Frage ist nicht ganz einfach, denn hier sind verschiedene Einflüsse zu berücksichtigen, die unter anderem in den unterschiedlichen Bauformen der beiden Tonabnehmertypen zu suchen sind.

Auf der einen Seite sind die unterschiedlichen magnetischen Kreise von großer Bedeutung, welche Einfluß auf die magnetische Breite der Tonabnehmer und auf gewisse nichtlineare Effekte nehmen. Auf der anderen Seite sind die Auswirkungen der elektrischen Eigenschaften wie Induktivität, Wicklungskapazität und Gleichstromwiderstand zu nennen, die bekanntermaßen mit den übrigen Bauelementen einer Gitarrenschaltung einen Resonanztiefpaß bilden.

In diesem Artikel geht es nur um die Beeinflussung der elektrischen Filterwirkung, die sich in der Regel leicht und mit wenig Aufwand verändern läßt.

1. Gefiltertes - Der "Klang" eines Tonabnehmers

Ein Single-Coil besteht, wie der Name schon andeutet, aus einer Induktionsspule mit einer statischen Magnetquelle zur Magnetisierung der Saiten. Der Spulenwicklung kann man einen Gleichstromwiderstand Rs und eine Wicklungskapazität Cs zuordnen. Zusammen mit dem magnetischen Kreis ergibt sich darüber hinaus auch noch eine Induktivität Ls. Diese drei Elemente wirken zusammen als elektrisches Filter, welches die Charakteristik eines Tiefpasses zweiter Ordnung aufweist.

1.1 Ein bis zwei Spulen - Elektrische Eigenschaften

Kombiniert man zwei gleiche Spulen, indem sie zum Beispiel in Reihe geschaltet werden, dann gelangt man zu folgender Ersatzschaltung:

Abbildung 1: Reihenschaltung zweier gleicher Tonabnehmerspulen

Aus der Sicht einer Spannungsquelle läßt sich das ganze wie folgt umzeichnen:

Abbildung 2: Reihenschaltung zweier gleicher Tonabnehmerspulen aus Sicht einer Quelle

Wenn man jetzt noch ein wenig rechnet, den Überlagerungssatz anwendet und dabei unterstellt, daß auch die beiden Spannungsquellen gleich sind, was in der Theorie nicht exakt der Fall ist, dann kommt man zu folgendem Ergebnis:

1. Der resultierende Gleichstromwiderstand und die resultierende Induktivität ist doppelt so groß.
    
2. Die Gesamtkapazität ist halb so groß, wie die Cs und
    .
3. Die Ausgangsspannung hat sich verdoppelt.

In der Praxis stellt sich diese Verhalten jedoch nicht ganz so dar, denn es sind noch einige Effekte zu berücksichtigen.

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 kleiner 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.

Single-Coils im Stratocasterformat weisen typisch eine Kapazität von 80pF bis 120pF auf. Man kann davon ausgehen, daß die Spulen eines Humbuckers eine vergleichbare Kapazität aufweisen. Folglich sollte sich die gesamte Kapazität eines solchen Tonabnehmers zwischen 40pF und 60pF bewegen. In der Praxis findet man hier jedoch deutlich größere Werte. So hat Helmuth Lemme schon 1979 für den Gibson Humbucker einen Wert von 130pF veröffentlicht.

Dieser scheinbare Widerspruch klärt sich auf, wenn man bedenkt, daß Humbucker in der Regel über ein koaxiales Kabel angeschlossen werden. Bei diesen dünnen Kabeln sind Kapazitätsbeläge von 200pF/m keine Seltenheit. Eine Kabellänge von 20cm hat dann schnell eine zusätzliche Kapazität von 40pF zur Folge. Kabel aus alten Gibson-Gitarren sollen sogar Kapazitäten von mehreren hundert Picofarad aufweisen. Da darüber hinaus noch weitere parasitäre Kapazitäten auftreten, kann man locker von 60pF bis 70pF Kapazität ausgehen, die nicht direkt auf die Spulen zurückzuführen sind.

Geht man von einer Wicklungskapazität von 100pF und einer "externen" Kapazität von 60pF aus, dann ergeben sich für den Humbucker 100pF / 2 + 60pF = 110pF bei Reihenschaltung und 100pF + 60pF = 160pF für den Split. Von einer Halbierung kann also tatsächlich nicht die Rede sein! Bezieht man auch noch die Kapazität des Instrumentenkabels mit typisch 500pF bis 700pF ein, dann wird klar, daß die Änderung der reinen Spulenkapazität kaum einen Einfluß auf die resultierende gesamte Kapazität nimmt!

1.2 Der Stratocaster-Tonabnehmer - Das klangliche Vorbild

Wer über den Sound eines Single-Coil redet, der meint in der Regel den Klang, denn man von einer Stratocaster gewohnt ist. Bei aller vergleichenden Begeisterung darf man jedoch nicht vergessen, daß zwischen einer Strat und einer Paula noch andere klangbeeinflussende Effekte existieren, die nicht den Tonabnehmern oder der Elektronik anzulasten sind!

Mit dem von Lemme veröffentlichten elektrischen Daten des Stratocaster-Tonabnehmers (Ls = 2.2H, Cs = 110pF und Rs = 5.7kOhm) ergibt sich, bei einer externen Last von 1MOhm und 700pF, in einer Standard-Strat eine Resonanzfrequenz von 3,542kHz bei einer Spitze von 4,9dB. Der Klang eines solchen Tonabnehmers wird allgemein als metallisch empfunden. Weitere Details zu diesem Tonabnehmer sind in der Pickup-Database zu finden.

Wenn ein gesplitteter Humbucker auch nur im Ansatz so klingen soll, dann muß die Einzelspule vergleichbare elektrische Daten aufweisen.

2. Transformers - Paula goes Strat

In der Regel hegen die Besitzer einer HH-Gitarre (zum Beispiel eine "Les Paul") den Wunsch nach einem zusätzlichen Single-Coil-Sound ohne ein weiteres Instrument anschaffen zu müssen. Ob es geht oder nicht wird häufig und kontrovers diskutiert. Was möglich ist, zeigt der folgende Abschnitt anhand zweier Beispiele.

2.1 Der "Fall" Gibson

Sehen wir uns einmal den "P-490T" von Gibson an und führen dabei in Gedanken einen Split durch. In der gewohnten elektrischen Umgebung einer Paula erzeugt dieser Tonabnehmer mit Ls = 5.08H, Cs = 94pF und Rs = 8.38kOhm eine Resonanz bei 2,394kHz mit einer Spitze von 6,04dB. Im Split-Modus erhält man, unter Berücksichtigung der Gegeninduktivität, eine Resonanz von 3,5kHz mit einer Spitze von 9,55dB. Wie sich das Übertragungsverhalten im Bode-Diagramm darstellt, zeigt das folgende Bild. Hier wurde zusätzlich in Blau der Amplitudengang des Strat-Pickups zum Vergleich zugefügt.

Abbildung 3: Amplitudengang "P-490T" als Humbucker (rot) und als Single-Coil (grün)

Man erkennt, daß der gesplittete "P-490T" schon in der richtigen "Ecke" liegt, allerdings ist die Güte mit einem Wert von 3 deutlich größer als bei der Strat (Q=1,76) ist. Diese starke Überhöhung kommt in erster Linie zustande, weil man für Humbucker in der Regel Potentiometer mit einem Kennwiderstand von 500kOhm verwendet, um die starke Dämpfung der Resonanz bei der Reihenschaltung der Spulen zu kompensieren.

Klanglich wird man das ganze als "spitz" oder"schrill" empfinden, da die Betonung sehr stark und nur sehr schmalbandig erfolgt. Darüber hinaus ist das Verhältnis von hohen zu tiefen Frequenzen sehr groß, was zur Folge hat, daß das Klangempfinden in Richtung "dünn" und "baßarm" geht.

Wer jetzt auf die Idee kommt, einfach Potis mit 250kOhm zu verwenden, geht zwar in die richtige Richtung, vergißt jedoch, daß damit auch der Humbucker-Mode betroffen wird. Ein solches Vorgehen hat dann eine Resonanz von 2,1kHz mit einer Spitze von nur noch 2,1dB zur Folge. Mit einem solchen Humbucker-Sound werden wohl die wenigsten wirklich glücklich sein.

Um das Problem zu lösen, gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Man stellt die Tonblende auf einen Drehwinkel von 60% oder
    
2. Man verwendet einen schaltbaren parallelen Lastwiderstand von 200kOhm.

In beiden Fällen ergibt sich eine Resonanz von 3,33kHz mit einer Spitze von 4,85dB.

Das Abrutschen der Resonanzfrequenz um fast 200Hz ist zwar bedauerlich, aber prinzipbedingt nicht zu verhindern. Wenn das nicht gefällt, bleibt nur eine aktive Lösung mit Impedanzwandler und verschiedenen Lastkapazitäten übrig. Grundsätzlich ist es mit einem solchen Ansatz möglich, den Humbucker im Split-Mode auf Strat zu "trimmen", ohne das Verhalten als Humbucker zu beeinflussen. Natürlich kann man auch ganz einfach ein anderes Instrumentenkabel verwenden, welches eine geringere Kapazität aufweist.

2.2 Der "Fall" Aria

Selbstverständlich gibt es auch noch andere Humbucker, die von Haus aus eine größere Resonanzfrequenz als der "P-490T" aufweisen. Der auf der "Aria STG-004" verwendete "OH-1" ist dafür ein gutes Beispiel. In der elektrischen Umgebung einer Paula erzeugt dieser Tonabnehmer mit Ls = 3.27H, Cs = 92pF und Rs = 8.02kOhm eine Resonanz bei 3,032kHz mit einer Spitze von 7,05dB. Im Split-Modus erhält man eine Resonanz von 4,129kHz mit einer Spitze von 10,24dB. Hier das Bode-Diagramm mit dem Amplitudengang des Strat-Pickups in Blau zum Vergleich:

Abbildung 4: Amplitudengang "OH-1" als Humbucker (rot) und als Single-Coil (grün)

Beim "OH-1" beträgt die Güte im Split-Mode sogar 3,25 und übertrifft damit den "P-490T" deutlich. Das klangliche Ergebnis hat mit Strat - oder besser gesagt Strat-Tonabnehmer - also wirklich nichts mehr zu tun!

Abhilfe erhält man, indem ein Kondensator von 220pF und ein Widerstand von 130kOhm parallel zum Tonabnehmer geschaltet wird. Damit ergibt sich eine Resonanz von 3,5kHz mit einer Spitze von 4,71dB.

Die Frage, ob die beiden Bauelemente nur im Split-Mode aktiv werden sollen, oder ob man auch dem Humbucker selber eine etwas geringere Resonanzfrequenz verpaßt, muß jeder selber entscheiden. Aufgrund der hohen Leeerlaufresonanz dieses Tonabnehmers hat man hier mit passiven Mitteln jedoch alle Möglichkeiten.

2.3 Zusammenfassung

Aus den beiden Beispielen sind mehrere Dinge deutlich geworden:

1. Durch die Verwendung von 500kOhm Potis tritt beim gesplitteten Humbucker quasi immer eine starke Resonanzüberhöhung auf. Gütefaktoren größer als 2 sind dabei eher die Regel als die Ausnahme und sorgen so für einen "dünnen" und "spitzen" Klangeindruck.
    
2. Humbucker mit einer vergleichsweise hohen Resonanzfrequenz liefern im Split-Mode Resonanzen, die deutlich über der des Stratocaster-Tonabnehmers liegt.
    
3. In den meisten Fällen läßt sich die Resonanzspitze durch einen geeigneten Lastwiderstand verringern, was jedoch auch zu Lasten der Resonanzfrequenz geht.

Man kann mit einem gesplitteten Humbucker also durchaus das elektrische Übertragungsverhalten eines Single-Coils realisieren. Daß der Klang eines solchen Tonabnehmers häufig nicht überzeugt und daher als "schlecht" charakterisiert wird, liegt einfach an einer falschen elektrischen Umgebung!

3. Praktisches - Dämpfung und Resonanzverschiebung

Humbucker gibt es mit den unterschiedlichsten Anschlußvarianten. Eine Übersicht ist im Artikel "Schaltplansymbole für Tonabnehmer" zu finden. Für die folgenden Schaltungsvorschläge wird von einem split-fähige Humbucker mit unsymmetrischem Anschluß ausgegangen. Man erkennt sie an einem Koaxkabel mit zwei Adern. Liegt ein anderer Anschluß vor, so muß man die Schaltungen sinngemäß modifizieren, was aber in der Regel kein Problem darstellt.

3.1 Der Klassiker - Split durch Kurzschluß

Da man wohl in den meisten Fällen mit einer einfachen Dämpfung im Split-Mode auskommt, zeigt das nächste Bild eine mögliche Schaltung:

Abbildung 5: Humbucker mit Split-Mode und Dämpfung

Zur Realisierung wird ein zweipoliger Schalter mit der Schaltfolge ON/ON (DPDT) benötigt, wie er auch in Kombination mit einem sogenannten Push-Poti angeboten wird.

Der Schalter S-a übernimmt den eigentlichen Split indem die "Nordspule" einfach gen Masse kurzgeschlossen wird. Damit bleibt nur die Südspule aktiv. Mit Hilfe von S-b wird im Split-Mode über die Kontakte 5-4 der Widerstand RLS parallel zum gesplitteten Tonabnehmer geschaltet und so die gewünschte Dämpfung erzeugt.

Wer gerne beide Spulen zur Auswahl haben möchte, der kommt um den expliziten Einsatz eines zweipoligen Minischalters mit der Schaltfolge ON/OFF/ON (DPCO) leider nicht umhin. Das folgende Bild zeigt ein Variante, die den Pseudo-Single-Coil mit einer Dämpfung und Resonanzverschiebung im Split-Mode ermöglicht:

Abbildung 6: Humbucker mit Dual-Split als Pseudo-Single-Coil mit Dämpfung und Resonanzverschiebung

Der Schalter S-a schließt über die Kontakte 2-3 oder 2-1 die Süd- oder Nordspule kurz. Der Kondensator C verhindert diesen Kurzschluß jedoch für tiefe Frequenzen. Er ist also für die Pseudo-Single-Coil-Eigenschaft verantwortlich. Möchte man lieber den klassischen Split haben, so wird dieser Kondensator einfach durch einen Kurzschluß ersetzt.

Wie schon in Abbildung 5 wird mit Hilfe des Schalters S-b die Dämpfung im Split-Mode aktiviert. Hier besteht jedoch zusätzlich die Möglichkeit, auch die Reseonanzfrequenz nach unten zu verschieben. Das ist Aufgabe des Kondensators CLS, den man natürlich auch weglassen kann. Resonanzdämpfung und -verschiebung sind für beide Spule gleich. Möchte man auch hier unterschiedliche Eigenschaften realisieren, dann ist die folgende Schaltung notwendig:

Bild 7: Humbucker mit Dual-Split als Pseudo-Single-Coil mit getrennter Dämpfung und Resonanzverschiebung

Hier steht für jede Spule eine eigene RC-Kombination zur Verfügung. Es besteht somit die Möglichkeit, jeder Spule ein eigenes Übertragungsverhalten zu verpassen. Also zum Beispiel "klassische" Strat für die Nordspule und "Texas" für die Südspule.

Die notwendigen Werte für die Bauteildimensionierung hängen leider von den elektrischen Daten des Tonabnehmers ab. Wie das ganze zu berechenen ist, kann in Guitar-Letter II nachgelesen werden. Hier sind verschiedene Formeln zu Berechnung von Lastkondensator und Dämpfungswiderstand enthalten.

Wer nicht rechnen möchte (oder mangels Daten es nicht kann), der kann für den Dämpfungswiderstand Werte zwischen 100kOhm und 1MOhm ausprobieren. Für den Kondensator zur Resonanzverschiebung sollte man Werte zwischen 47pF und 470pF ausprobieren.

3.2 True-Split - Kampf dem Trafoeffekt

In Kapitel 1 wurde erwähnt, daß es beim Humbucker auch eine Gegeninduktivität gibt. Dieser Begriff ist normalerweise mit dem Transformator verbunden und tatsächlich kann man den typischen Humbucker auch als solchen auffassen, denn hier sind ebenfalls zwei Spulen induktiv gekoppelt. Die daraus resultierenden Eigenschaften haben für den Split natürlich Folgen. Drei Effekte sind zu berücksichtigen:

1. Wird eine Spule kurzgeschlossen, dann wird der Gleichstromwiderstand dieser Spule trotzdem als Last in die aktive Spule transformiert. Auch die durch Wirbelströme verursachten Verluste werden in die aktive Spule als Belastung transformiert.
   Die daraus resultierende Dämpfung hat eine geringere Resonanzspitze der aktiven Spule zur Folge. So stark, wie in Kapitel 2 angegeben, wird die Resonanzüberhöhung tatsächlich also nicht sein.
    
2. Auch die Kapazitäten der passiven Spule werden in die aktive Spule transformiert und liegen dann parallel zu ihr. Als Konsequenz wird sich die Resonanzfrequenz ebenfalls etwas verringern.
    
3. In der passive Spule ist weiterhin eine magnetische Flußänderung zu beobachten. Da der Kurzschluß dieser Spule aufgrund ihres endlichen Gleichstromwiderstandes nicht ideal ist, entsteht eine geringe Induktionsspannung, die ebenfalls in die aktive Spule transformiert wird. Damit entsteht hier ein Signalanteil, der beim echten Single-Coil nicht existiert und folglich nicht gewünscht ist!

Was ist hier also zu tun? Nun, eigentlich muß man den magnetischen Kreis so verändern, daß die Saite über der passiven Spule nicht mehr magnetisiert wird und die Spule kann man dann auch gleich entfernen, aber...

...aber leider ist das so natürlich nicht zu machen! Was man jedoch machen kann, ist die passive Spule soweit wie möglich aus elektrischer Sicht zu deaktivieren. Das geschieht am besten, indem man sie von der Schaltung elektrisch komplett trennt. Man benötigt dazu einen Humbucker, bei dem alle vier Spulenanschlüsse nach Außen geführt sind und einen zweipoliger Schalter mit der Schaltfolge ON/ON (DPDT). Wie es geht, zeigt das nächste Bild:

Abbildung 8: True-Split-Humbucker mit Dämpfung und Resonanzverschiebung

Im Humbucker-Mode werden die beiden Spulen über die Kontakte 5-6 verbunden und das Signal gelangt über die Kontakte 2-3 an den Ausgang der Schaltung. Im Split-Mode wird der heiße Anschluß der Nordspule über die Kontakte 5-4 mit dem Ausgang der Schaltung verbunden. Über die Kontakte 2-1 wird jetzt das RC-Glied parallel zur aktiven Spule geschaltet. Gleichzeitig wird der heiße Anschluß der Südspule getrennt. Damit ist die Südspule nicht mehr mit der Schaltung verbunden, wie es eingangs gefordert war.

Ein paar Wermutstropfen bleiben dabei natürlich zurück:

1. Der Pseudo-Single-Coil ist mit dem True-Split natürlich nicht vereinbar. Folge: Es brummt wieder! Na ja, ist halt Single-Coil.
    
2. Ein Dual-Split wie in Abbildung 6 und 7 gezeigt, ist leider nicht möglich. Man muß sich schon auf eine Spule beschränken. Weniger ist eben manchmal mehr.
    
3. Mit einem Schalter zwei Humbucker zu splitten, wie es in vielen Gitarren Gang und Gebe ist, ist hier ebenfalls nicht möglich. Es sei denn, man verwendet einen vierpoligen Schalter.

Zum Trost sei angemerkt, daß man diese Schaltung immerhin mit einem handelsüblichen Push-Poti aufbauen kann und da die Paula bekanntermaßen über vier Potentiometer verfügt...

Fazit

Wenn man es richtig anstellt, kann man einen gesplitteten Humbucker schon recht weit in die klangliche Nähe eines richtigen Single-Coils bringen. Insbesondere der vorgestellte True-Split sollte hier kaum noch Klagen aufkommen lassen.

Der zu treibende zusätzliche Aufwand ist vergleichsweise gering. Man benötigt ein paar gute Folienkondensatoren (z. Bsp: Polypropylen oder Styroflex) und ein paar Metallfilmwiderstände. Das ganze kann bei den bekannten Versendern von elektronischen Bauteilen für wenig Geld erworben werden. Was dann noch fehlt, ist die Bereitschaft zu experimentieren und ein wenig Zeit.

Kondensator und Widerstand kann man locker am Schalter unterbringen, sodaß der notwendige Platzbedarf kaum ins Gewicht fällt.

Was die vorgestellten Verfahren jedoch nicht können, sind die Abschaffung der Wirbelströme in den eisernen Polen, die Konstruktion der magnetischen Kreise zu ändern und die bei Single-Coils deutlich stärkeren nichtlinearen Effekte, die durch das stärkere Magnetfeld hervorgerufen werden, nachzubilden. Ein gewisser Rest bleibt also übrig. Ob der Unterschied dann noch so groß ist, muß jeder selber entscheiden.

Ihre Reaktion

Sie 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!

Leserkommentare zu diesem Artikel

Zurück zur Knowledge Database

Diese Seite ist integraler Bestandteil der "Guitar-Letters".