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Der C-Switch als Ersatz der Tonblende

Einleitung

Der von Helmuth Lemme geprägte Begriff "C-Switch" beschreibt einen Klangschalter, mit dessen Hilfe zum Beispiel eine Resonanzverschiebung beim Magnettonabnehmer einer Elektrogitarre möglich ist. Aus technischer Sicht ist ein solcher C-Switch nichts anderes als eine Kapazität, deren Wert in bestimmten Stufen verändert werden kann. Parallelgeschaltet zur Induktivität des Tonabnehmers ergibt sich dann die Funktion eines Resonanzschalters, den man auch als "Resonance-Shifter" bezeichnen kann. Das Resultat ist eine veränderte Klangeinfärbung oder, um im Musiker-Jargon zu bleiben, ein anderer Sound.

Abhängig von der verwendeten Elektronik in der Elektrogitarre, gibt es verschiedene Kombinationsmöglichkeiten: Tonabnehmer

nur mit C-Switch,
mit C-Switch und Lautstärkeeinsteller (Volume),
mit C-Switch und Tonblende (Tone) und
mit C-Switch, Tonblende und Lautstärkeeinsteller.

In jedem der beschriebenen Fälle ist das resultierende Verhalten der Gitarrenelektronik unter Umständen unterschiedlich.

In den meisten Elektrogitarren ist nicht besonders viel Platz. Von daher liegt es nahe, die Tonblende durch den C-Switch zu ersetzen. Das kann man selbstverständlich machen und schließlich ist auf der Webseite von Helmuth Lemme auch nachzulesen:

...tritt an die Stelle des "Tone"-Reglers...

Das ist schon fast wie ein Ritterschlag! Also scheint der C-Switch tatsächlich als Ersatz der Tonblende geeignet zu sein. Aber ist das wirklich so? Der folgende Artikel versucht Antworten darauf zu geben.

1. Die Klangfläche - Wie der Sound eines Tonabnehmers entsteht

Der Klang einer Elektrogitarre wird durch viele Einflüsse bestimmt. Neben der Materialauswahl und den mechanischen Konstruktionsmerkmalen wie Mensur, Tonabnehmerposition und Apertur, spielt die Filterwirkung des Magnettonabnehmers in seiner elektrischen Umgebung eine große Rolle. Bekanntlich wird der "Klang" eines Magnettonabnehmers in erster Linie durch die Lage und Ausprägung seiner Resonanz bestimmt. Sie betont einen bestimmten Frequenzbereich, wodurch die hörbare Klangeinfärbung letztendlich entsteht. Das folgende Bild zeigt den Amplitudengang eines Magnettonabnehmers mit der typischen Beschaltung durch Tonblende (Tone), Lautstärkeeinsteller (Volume) und Instrumentenkabel:

Abbildung 1: Typischer Amplitudengang eines belasteten Tonabnehmers

Der "Berg" legt fest, "wo" im Spektrum die Klangeinfärbung geschieht. Er hat seinen Gipfel - die Resonanzspitze - bei der Resonanzfrequenz (hier in etwa 3,5kHz). Die Betonung ist umso stärker, je höher der Berg ist. Seine "Höhe" wird aus technischer Sicht durch die sogenannte Güte (engl. Quality Factor) Q beschrieben. Die Klangfarbe wird durch die Lage des Berges festgelegt. Verschieben wir ihn nach Links, also hin zu kleineren Frequenzen, dann wird der Klang mittiger, weicher. In die andere Richtung wird es immer heller, metallischer... Macht man den Berg größer, so wird die Betonung der Resonanzfrequenz und des umliegenden Frequenzbereiches stärker. Wir der Berg kleiner... nun, kleine Berge kann man (fast) nicht mehr sehen und geringe Betonungen folglich auch nicht mehr wahrnehmen!

Beide Veränderungen - die Lage des Berges und seine Größe - haben also einen bestimmten Klang - oder besser gesagt eine bestimmte Klangfärbung - zur Folge. Es gibt folglich zwei "Schrauben", an denen man zur Klangveränderung drehen kann: Resonanzfrequenz und Güte. Jeder Schraube ist eine eigene Bewegungsrichtung zugeordnet, wie das nächste Bild zeigt.

Abbildung 2: Die Bewegungsrichtungen der Resonanzspitze

Da es zwei Bewegungsrichtungen gibt, kann man jeden "Klang" eindeutig durch ein Koordinatenpaar (Resonanzfrequenz, Güte) als Resonanz-Punkt auf einer Fläche beschreiben. Diese Fläche möchte ich im weiteren Verlauf als "Resonanzklangfläche" bezeichnen. Sie ist in der Theorie unendlich groß, denn sowohl die Güte als auch die Resonanzfrequenz können unendlich große, positive Werte annehmen. Der Ursprung des Koordinatensystem liegt bei einer Resonanzspitze von 0dB (bezogen auf den Übertragungsfaktor bei 0Hz), was einer Güte von 1 entspricht und einer Resonanzfrequenz von 0Hz. Der Ordnung halber muß man dazu bemerken, daß unter dieser Bedingung, also im Koordinatenursprung, definitiv keine Resonanz existiert!

Möchte man sich die gesamte Resonanzklangfläche erschließen, dann muß die Elektronik der Gitarre quasi über eine zweidimensionale Klangeinstellung verfügen. Resonanzfrequenz und Güte müssen unabhängig voneinander und kontinuierlich einstellbar sein. Eine Schaltung, die eine solche Funktion ermöglicht, ist zum Beispiel ein State-Variable-Filter (SVF). Weitere Informationen zum State-Variable-Filter sind im Artikel "C-Switch vs State-Variable-Filter (SVF)" enthalten.

Wie so häufig im Leben sind der Bewegungsmöglichkeit jedoch Grenzen gesetzt. Das gilt natürlich auch für unseren Resonanz-Punkt. Im Artikel "Der C-Switch - (k)einer für alle?" wurde dargelegt, daß bei einem belasteten Magnettonabnehmer eine Resonanz nicht bei jeder Frequenz auftreten kann und daß darüber hinaus die jeweilige Güte einen bestimmten Wert nicht überschreiten kann. Damit wird unsere Klangfläche endlich. Sie ist nach unten durch die Frequenzachse (0dB-Grenze) und zu den anderen drei Richtungen durch den Verlauf der maximalen Güte begrenzt. Die entsprechende parabelförmige Fläche wurde in der folgenden Abbildung hellblau eingefärbt.

Abbildung 3: Die Klangfläche eines belasteten Magnettonabnehmers

In der Praxis wird man diese Klangfläche weiter einschränken, indem man eine minimale und eine maximale Resonanzfrequenz (frmin und frmax) festlegt, wobei sich die obere Grenze in der Regel schon durch die Kapazität des verwendeten Instrumentenkabels ergibt.

Unter Umständen kann es auch erwünscht sein, daß die Güte einen bestimmten endlichen Wert Qmax nicht überschreitet. Selbstverständlich könnte man auch noch eine minimale Güte Qmin definieren, denn schließlich ist erlaubt, was gefällt! Eine solche benutzerdefinierte, rechteckige Klangfläche mit Qmin=0dB wurde im Bild orange eingefärbt dargestellt. Sie stellt grundsätzlich eine Untermenge der hellblauen Fläche dar.

Damit hätten wir unseren "klanglichen Arbeitsbereich" definiert. Wir wissen also, in welchem Feld wir uns bewegen können. Welchen Klang oder Resonanz-Punkt wir auswählen, bleibt dabei uns überlassen. Ob uns eine entsprechende Wahl klanglich zusagt, steht indes auf einem anderen Blatt und hängt auch vom persönlichen Geschmack ab. Man kann sich leicht vorstellen, daß man bei einer unendlich großen Auswahl auch einmal daneben greift.

Jetzt stellt sich die Frage, welche "Bewegungsmöglichkeiten" uns die üblichen Klangeinsteller, wie Resonance-Shifter (C-Switch) oder Tonblende (Tone) zur Beeinflussung des Klanges bieten? Können wir überhaupt jeden Punkt unserer Resonanzklangfläche erreichen?

2. Die Wirkung eines Resonanzschalters

Ein Resonanzschalter ist im einfachsten Fall ein Schalter mit verschiedenen Kondensatoren, der parallel zum Tonabnehmer als einstellbarer Lastkondensator angeschlossen wird. Er verschiebt dann die Resonanzfrequenz nach unten, also hin zu tieferen Frequenzen, und verändert auch die Güte. Dabei bewegt man sich grundsätzlich auf der Kurve der maximalen Güte. Wir stellen uns dazu jetzt in unserer Gitarre einen Schalter mit fünf Schaltstellunge vor. Eine Tonblende fehlt (Das ist wichtig!).

Abbildung 4: Durch einen C-Switch ausgewählte Resonanzpunkte im Klangfeld

Wir erkennen zwei Dinge:

Die Resonanzfrequenz verringert sich schrittweise. Insofern ist man geneigt, sich diese Klangänderung als eindimensional vorzustellen, aber das ist falsch!
Mit jedem Schritt verändert sich auch die Güte, aber auch das ist ebenfalls keine eindimensionale Klangänderung!

Tatsächlich verschieben wir durch den C-Switch unseren Klang in beiden Dimensionen. Aber, wir sind im Bewegungsweg auf den Verlauf der maximalen Güte festgelegt! Das einzige was man bei der Dimensionierung des C-Switch bestimmen kann, ist die Lage der einzelnen Resonanzpunkte auf der Kurve und deren Anzahl. Das ist so ähnlich, wie die Sache mit unserem gekrümmten dreidimensionalen Raum in dem wir eine Gerade als gerade wahrnehmen, die aber tatsächlich gekrümmt ist. Es ist eben alles relativ!

Kombiniert man die Kondensatorbank des C-Switch mit geeignet dimensionierten Dämpfungswiderständen, dann erhält man einen RC-Switch oder Resonance-Shifter. Üblicherweise erfolgt die Dimensionierung so, daß die Güte bei allen Resonanzfrequenzen gleich groß ist. Es gibt dann also eine konstante Güte Qmax.

Abbildung 5: Durch einen Resonance-Shifter ausgewählte Resonanzpunkte im Klangfeld

Im Vergleich zum einfachen C-Switch verschieben wir jetzt tatsächlich nur die Resonanzfrequenz. Damit arbeitet dieser Klangeinsteller wirklich eindimensional, denn die Güte wird nicht verändert. Die schrittweise Änderung zwischen festgelegten Resonanz-Punkten ist jedoch auch hier vorhanden.

Beiden Klangeinstellern ist gemein, daß sie den Klang nur in festgelegten Schritten verändern. Man hat nur einige Klangpunkte aus dem gesamten Klangfeld zur Verfügung. Es handelt sich also grundsätzlich um eine diskrete Klangeinstellung. Welche der beiden Varianten man bevorzugt, ist eine Frage des persönlichen Geschmacks.

3. Die Wirkung der Tonblende

Die Funktion der Tonblende in der Elektrogitarre habe ich bereits sehr ausführlich im Artikel "Die Klangeinstellung in der Elektrogitarre" beschrieben, den ich dem Leser an dieser Stelle als Hintergrundinformation ans Herz legen möchte. Grundsätzlich handelt es sich bei der Tonblende um eine Reihenschaltung aus einem veränderlichen Widerstand (hier ein Potentiometer) und einem Kondensator, die parallel zum Tonabnehmer geschaltet wird. Das ist eine Gemeinsamkeit zwischen der Tonblende und dem Einsatz eines C-Switch als Lastkondensator.

Dreht man an der Tonblende indem man zum Beispiel den Drehwinkel von seinem maximalen Wert ausgehend verringert, so verändert sich der in Abbildung 1 gezeigte Amplitudengang wie folgt:

Abbildung 6: Die Wirkung der Tonblende von 100% (blau) bis 0% (grün)

Wie man erkennen kann, gibt es eine Resonanz am "Anfang" der Tonblende (Anfangsresonanz) und eine am "Ende" (Endresonanz). Die Lage der Anfangsresonanz wird in einer rein passiven Elektrogitarre in der Regel durch die Kapazität des Instrumentenkabels festgelegt. Existiert noch ein Lastkondensator zur Resonanzverschiebung, so kommt sein Wert hinzu. Für die Endresonanz muß dann noch die Kapazität des Tone-Kondensators hinzuaddiert werden. Die relative Lage der Endresonanz - bezogen auf die Anfangsresonanz - wird folglich nur durch den Tone-Kondensator bestimmt. Interessanterweise liegen Anfangs- und Endresonanz wieder auf der Kurve der maximalen Güte, aber das war ja irgendwie auch zu erwarten.

Ausgehend von der Anfangsresonanz (blau) wird durch die Tonblende in erster Linie die Güte verändert. Das ist die hauptsächliche Funktion, die man seinerzeit wohl auch im Kopf hatte, als man diese Schaltung erstmalig in eine Elektrogitarre einbaute. Allerdings geht diese Änderung der Güte auch nicht ganz spurlos an der Resonanzfrequenz vorbei. Sie verringert sich (zunächst) leicht.

Irgendwann ist die Dämpfung durch das Potentiometer aber so groß, daß überhaupt keine Resonanz mehr entsteht. Dann arbeitet die Schaltung als reiner Tiefpaß, dessen Grenzfrequenz durch das Potentiometer weiter verringert wird.

Ist der Widerstand des Potentiometers signifikat kleiner, als der Blindwiderstand des Tone-Kondensators, dann bildet sich plötzlich wieder eine Resonanz (grün) aus. Jetzt jedoch deutlich tiefer, da der Tone-Kondensator für eine zusätzliche Verschiebung der Resonanz sorgt. Ein weiteres "Zudrehen" der Tonblende erzeugt nun eine wieder ansteigende Güte bei einer fast konstanten Resonanzfrequenz.

Puh! Ganz schön kompliziert, was diese Tonblende so macht, oder nicht? Die Erklärung im Workshop von Rockinger

"Unser Tonpoti ist zugedreht, der Schleifer steht also ganz links: Jawoll, kein Widerstand, die hohen Frequenzen fließen freudig über den Kondensator an Masse, der Ton wird dumpf."

ist zwar deutlich einfacher, trifft aber nicht im Ansatz die Funktion und das tatsächliche Verhalten dieser Schaltung. Ein gutes Beispiel dafür, daß Erklärungen nicht immer richtig sind, wenn man versucht, die Dinge möglichst vereinfacht darzustellen. Irgendwann ist es dann eben nur noch falsch! Da hilft es auch nicht, daß diese "Rockinger-Erklärung" in den verschiedenen Foren und auf ungezählten Webseiten fleißig zitiert wird. So viel dazu.

Da auch die Tonblende Resonanzfrequenz und Güte gemeinsam verändert, liegt es nahe, den "Weg" der Resonanz ebenfalls in der Resonanzklangfläche darzustellen. Dazu löschen wir alle Kurven in Abbildung 6 bis auf die Resonanzspitzen und verbinden diese. Hier ist das Resultat:

Abbildung 7: Der Resonanzverlauf der Tonblende von 100% bis 0% des Drehwinkels

Im Bild wurden willkürlich fünf mögliche Resonanz-Punkte herausgehoben. Im Gegensatz zu C-Switch oder Resonance-Shifter erfolgt die Veränderung hier jedoch kontinuierlich, bis auf den Bereich, in dem keine Resonanz existiert. Der "Weg" ist also unterbrochen, die Funktion nicht vollständig kontinuierlich. Die Tonblende verschiebt also auch den Klang in beiden Dimensionen, obwohl wir nur an einer "Schraube" drehen, dabei ist der Weg jedoch ebenfalls festgelegt und kann nicht verlassen werden! Da haben wir also wieder die relative Sache mit der gekrümmten Geraden.

Es fällt auf, daß es auch Resonanz-Punkte mit Güten von weniger als 0dB gibt. Das kann doch eigentlich nicht sein! Stimmt, aber auch hier ist die Sache wieder relativ. Im Amplitudengang steht 0dB für einen Übertragungsfaktor von 1. Allein durch den Gleichstromwiderstand des Tonabnehmers und den Lastwiderstand der Elektrogitarre (Verstärkereingang,...) entsteht ein Spannungsteiler, sodas der Übertragungsfaktor bei tiefen Frequenzen immer kleiner als 1 ist und damit weniger als 0dB. Die entsprechende Differenz zu 0dB muß man im Geiste abziehen. Dann verschiebt sich der Resonanzverlauf nach oben, die Kurve repräsentiert den Verlauf der Güte und alles ist Ordnung.

4. Der Vergleich von C-Switch und Tonblende

Wie war noch mal die eingangs gestellte Frage? Ist der C-Switch als Ersatz für die Tonblende geeignet? Nun, wenn man sich die beiden letzten Kapitel in Erinnerung ruft, dann muß die Antwort eindeutig lauten: Nein!

Sehen wir uns dazu noch einmal die Resonanzverläufe beider Schaltungen im direkten Vergleich an:

Abbildung 8: Qualitativer Resonanzverlauf von C-Switch (links) und Tonblende (rechts) im Vergleich

Man erkennt auf den ersten Blick, daß sich der Klang durch die Veränderung des Schalters oder des Potentiometers in beiden Schaltungen auf vollkommen unterschiedlichen Wegen durch das Klangfeld bewegt. C-Switch und Tonblende machen also jeder für sich etwas Eigenes. Ihre Funktion ist keinesfalls austauschbar. Im Gegenteil, sie können sich sogar sinnvoll ergänzen, wie noch gezeigt werden wird!

Wenn man sich einen C-Switch oder einen Resonance-Shifter in seine Gitarre einbaut und erwartet die Funktion der Tonblende zuzüglich einer erweiterten Funktionalität zu erhalten, dann wird man mit Sicherheit enttäuscht sein, denn genau das kann der C-Switch und sein Verwandter, der Resonance-Shifter, leider nicht liefern! Einige der negativen Stimmen, die man im Internet zum Thema C-Switch finden kann, sind mit großer Wahrscheinlichkeit mit einer solchen nicht erfüllten Erwartung zu erklären.

5. Resonance-Shifter und Tonblende - Gemeinsam sind sie stark!

Zum Schluß machen wir jetzt den ganzen Schritt und kombinieren einen optimierten Resonance-Shifter, wie er in Kapitel 4 des Artikels "Der C-Switch - (k)einer für alle?" beschrieben wurde, mit einer Tonblende. Diese Kombination läßt sich zum Beispiel hervorragend in der Stratocaster einsetzen, indem einfach eine der beiden Tonblenden durch den Resonance-Shifter ersetzt wird. Von Außen ist von dieser Modifikation dann nichts zu sehen - aber zu hören wird es sein!

Abbildung 9: Stratocaster-Schaltung mit RC-Switch

Der Resonance-Shifter liefert mit aufgedrehter Tonblende (Tone=100%) die folgenden acht Amplitudengänge und ähnelt damit dem Resonanzverlauf aus Abbildung 5:

Abbildung 10: Amplitudengänge eines optimierten Resonance-Shifters (Tone=100%)

Was geschieht wohl, wenn wir an der Tonblende drehen? Nun, wir wissen es ja bereits, seit wir Kapitel 3 gelesen haben. Jetzt soll jedoch die Wirkung der Tonblende für alle acht Amplitudengänge gezeigt werden. Zu diesem Zwecke wurde eine kleine Animation erzeugt, welche die Amplitudengänge in "Bewegung" versetzt. Hier ist sie:

Abbildung 11: Amplitudengänge eines optimierten Resonance-Shifters bei Änderung der Tonblende

Eindrucksvoll, was da alles möglich ist! Wir erkennen deutlich die durch den Resonance-Shifter gespreizten Anfangsresonanzen sowie die relativ eng zusammenliegenden Endresonanzen. Dazwischen liegt die reine Tiefpaßfunktionalität. Mit dieser Kombination erhalten wir also "das Beste aus beiden Welten". Mit dem Resonance-Shifter wählen wir eine aus mehreren Grundklangfarben aus, die dann mit der Tonblende in der bekannten Weise bearbeitet werden kann. Der Resonance-Shifter liefert hier also die gewünschten zusätzlichen Klangfarben.

Sehen wir uns zum Schluß noch die Resonanzverläufe der einzelnen Schalterstellungen in unserer realen Resonanzklangfläche an:

Abbildung 12: Resonanzverläufe von Resonance-Shifter mit Tonblende

Wir erkennen, daß wir die Klangfläche mit unseren beiden Werkzeugen Resonance-Shifter und Tonblende schon recht gut abdecken und das ohne das "Feeling" bei der Nutzung der Standard-Einsteller Volume und Tone zu verändern. Mehr wird man mit passiven Mitteln kaum erreichen können.

Nutzt man statt der eben beschriebenen Kombination ein State-Variable-Filter, dann kann man sich tatsächlich frei in der definierten Klangfläche bewegen, denn auch die Resonanzfrequenz ist dann kontinuierlich einstellbar. Allerdings hat die Tonblende dann eine etwas reduzierte Funktion, an die man sich als Musiker erst einmal gewöhnen muß: Es wird nur die Anfangsresonanz abgesenkt, da ja nur die Güte verändert wird. Tiefpaßwirkung und zweite Resonanz entfallen.

Aber natürlich kann man der Resonance-Shifter-Tone-Kombination dieses Verhalten auch beibringen: Man definiert die Kapazitätsstufen so, daß als tiefste Resonanzfrequenz ungefähr 500Hz oder 600Hz entstehen. Dann muß die Tonblende nur noch durch einen Serienwiderstand RT ein wenig "ausgebremst" werden und schon ist man am Ziel. Aber, mit einer solchen Schaltung muß man dann auch etwas anders umgehen!

Fazit

Wie gezeigt wurde, ist der C-Switch oder der Resonance-Shifter keinesfalls als Ersatz für die klassische Tonblende der Elektrogitarre geeignet, denn er macht etwas ganz anderes! Entsprechende Aussagen sind daher leider dazu geeignet, den interessierten Musiker ein wenig in die Irre zu führen und falsche Vorstellungen zu wecken. Eine Enttäuschung ist da unter Umständen vorprogrammiert.

Natürlich steht es jedem Gitarristen frei, einen solchen Tausch durchzuführen, besonders dann, wenn es in seinem Instrument etwas eng zugeht oder man keine Löcher für zusätzliche Potentiometer oder Schalter anlegen möchte. Man muß sich dann jedoch auch über die Folgen im Klaren sein und darf hinterher nicht jammern. Spätestens mit diesem Artikel kann sich eigentlich niemand mehr damit entschuldigen, daß er es nicht gewußt hätte!

Besser als ein einfacher Tausch ist es jedoch einen Resonanzschalter wie den C-Switch oder den Resonance-Shifter zusätzlich einzubauen, denn erst in Kombination mit der Tonblende kann diese Schaltung ihre Vorteile wirklich ausspielen. Die Stratocaster mit ihren zwei Tonblenden bietet für ein solches Vorhaben die idealen Voraussetzungen. Aber auch in der Les Paul oder anderen vergleichbaren Elektrogitarren läßt sich das Konzept erfolgreich umsetzen: Für jeden Tonabnehmer einen eigenen Resonanzschalter, eine Master-Tonblende und ein Master-Volume und schon sind die vier Löcher "gestopft". Das ist natürlich etwas anders, aber man kann damit gut arbeiten, wie der Onkel aus eigener Erfahrung weiß. Wenn man bereit ist, über seinen konservativen Schatten zu springen, eröffnen sich da leicht neue Klangwelten.

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