Tonabnehmer 2

Bei den Tonabnehmern hat sowohl der mechanische Aufbau als auch die Anordnung auf der Gitarre (Abstand vom Steg!) und die äußere Beschaltung sehr großen Einfluß auf den Frequenzgang und daher den Klang. In den Anfängen der elektrisch verstärkten Musik benötigte man relativ viel Spannung, um einen Verstärker ordentlich auszusteuern. Deshalb hatte es sich eingebürgert, daß Gitarrentonabnehmer sehr viele Windungen aus extrem dünnem Draht erhielten (je mehr Windungen desto höhere Spannung). Üblich waren und sind heute noch zwischen 5000 und

10.000 Windungen mit einem Draht der Dicke AWG42 (AWG = American Wire Gauge), was ca. 0,06 mm entspricht. Neben dem Gleichstromwiderstand des Wickeldrahts, den man mit einem Digitalmultimeter leicht messen kann und üblicherweise einige Kiloohm beträgt, besitzt der Tonabnehmer eine Induktivität im Bereich einiger Henry und, was viele überraschen wird, eine Wicklungskapazität im Bereich von einigen zig bis wenigen hundert Picofarad. Dieses ganze Gebilde wirkt nicht nur als Tonabnehmer sondern auch als gedämpfter Schwingkreis mit Tiefpaßverhalten, der eine bestimmte Resonanzfrequenz besitzt.

In Bild 4 ist das Ersatzschaltbild angegeben, in dem zusätzlich noch der Dämpfungswiderstand mit angegeben ist. Hierbei handelt sich sowohl um den Isolationswiderstand des Wickeldrahts, der naturgemäß extrem hoch ist und damit kaum dämpft, als auch um die magnetischen Verluste (Wirbelstromverluste in den Magneten bzw. in Metallkappen etc.), die die Resonanz mitunter stark dämpfen.



Bild 4: Ersatzschaltbild eines Tonabnehmers

Elektrotechnisch nicht so ganz Versierte werden sich möglicherweise wundern, daß in dem Ersatzschaltbild ein Generator, also eine Spannungsquelle, auftaucht. Im Grunde ist jedes noch so kleine Stück des Wickeldrahtes ein Generator, weil auch in sehr kurzen Drahtabschnitten eine Spannung induziert wird, so daß es physikalisch gesehen unendlich viele kleine Generatoren gibt. Da sich die Reihenschaltung mehrerer kleiner Generatoren aber genauso verhält wie ein großer, darf man sie als Ersatzschaltbild als ein großer zusammenfassen. Genauso verhält es sich mit der Induktivität, dem Wicklungswiderstand und der Wicklungskapazität.

Aufgrund der nicht zu vermeidenden Dämpfung (Dämpfungswiderstand und auch Drahtwiderstand) wird der Tonabnehmer selbstverständlich nicht anfangen, von sich aus zu schwingen, aber er sorgt für eine höhere Ausgangsspannung in der Nähe der Resonanzfrequenz, die sogenannte Resonanzüberhöhung. Unter gitarrenüblicher Belastung sind als Resonanzfrequenz etwa 2 bis 5 kHz üblich mit einer Resonanzüberhöhung zwischen 0 und 20 dB, was den charakteristischen Klang ergibt. In Bild 5 sind zwei typische Frequenzgänge dargestellt.


Bild 5: Typische Frequenzgänge von Tonabnehmern

Der relativ weiche Klang einer Gibson Les Paul kommt durch die relativ niedrige Resonanzfrequenz in Verbindung mit einer nur geringen Resonanzüberhöhung zustande, während die höhere Resonanzfrequenz einer Fender Stratocaster einen insgesamt härteren und die im unbedämpftem Fall sehr hohe Resonanzüberhöhung gleichzeitig einen sehr schneidenden Klang ergibt. Der typische, metallische Fender-Sound entsteht beispielsweise bei 4 kHz und einer hohen Resonanzüberhöhung. Grundsätzlich gilt, daß der Klang umso kühler wird, je höher die Resonanzfrequenz ist. Oberhalb von etwa 5 kHz wird der Ton mehr und mehr glasig, hart und ausdruckslos.

Fast immer wird die Klangerzeugung als Geheimwissenschaft dargestellt und als Beleg dafür dargelegt, daß sich z.B. Magnetmaterial, Drahtdurchmesser, Isoliermaterial des Drahts und Windungszahl auf den Klang auswirken. Dies ist zwar absolut richtig aber noch lange kein Mysterium und sogar recht leicht berechenbar, wenn man (wie der Hersteller) die Daten zur Verfügung hat: Die Anzahl der Windungen beeinflußt Induktivität und Kapazität, das Isoliermaterial und dessen Dicke nur die Kapazität und der Magnet durch seine Permeabilität nur die Induktivität. Ob von Hand oder maschinell gewickelt wird, ist ebenfalls wichtig. Denn von Hand bekommt man keine saubere Wicklung hin, d.h. die Windungen liegen nicht geordnet nebeneinander sondern sind wirr durcheinander, was in der Regel eine geringere Wicklungskapazität ergibt. Leider ist dabei aber kein Tonabnehmer wie der andere, weil man von Hand nicht zweimal das absolut gleiche Wirrwarr zustande bringen kann. Wenn man wollte, könnte man dies zwar auch maschinell optimieren und die geringstmögliche Kapazität erreichen, was z.B. bei Hochfrequenzspulen für Radioempfänger (sogenannte Kreuzwickelspulen) systematisch und 100% reproduzierbar gemacht wird. Dazu besteht aber keine Notwendigkeit, da eine bestimmte Wicklungskapazität durchaus erwünscht ist. Daß bei sauber gewickelten Kreuzwickelspulen aufgrund der durch die Wickeltechnik erzeugten Abstände zwischen den Windungen deutlich weniger Windungen im gleichen Wickelraum untergebracht werden können, ist ohnehin ein K.O.-Kriterium. Der Drahtdurchmesser bestimmt zusammen mit der Anzahl der Windungen den Wicklungswiderstand. Und dies alles ist zusammen mit der Außenbeschaltung (Potentiometer für Lautstärke und Klang, Kabelkapazität etc.) für die Resonanzfrequenz und die Resonanzüberhöhung sprich den Klang maßgebend.

Man kann Induktivität, Widerstand und Kapazität über die Anzahl der Windungen, Drahtdicke, Isoliermaterial, Magnetmaterial etc. so einstellen, daß sich bei vorgegebener äußerer Belastung der richtige sprich der gewünschte Klang ergibt und dann eine Menge Gerüchte über die Gründe für den tollen Klang in die Welt setzen. So machen es die Gitarren- bzw. Pickup-Hersteller, die damit bezwecken, bei Ihnen den Glauben zu erzeugen, daß der Klang ihrer Produkte auf einem Geheimnis beruht, d.h. daß Sie garnicht erst auf die Idee kommen, den für deren Produkte bekannten Klang woanders kaufen zu wollen. Man kann aber auch einen beliebigen Tonabnehmer wie in  Klangverbesserung beschrieben extern geeignet beschalten. Auf die beschriebene Weise kann man alle wichtigen Parameter mit sehr preiswerten externen Bauteilen einstellen und den Klang nach Belieben beeinflussen (nur eins kann man nicht oder zumindest nicht sehr leicht, nämlich eine zu hohe Bedämpfung reduzieren, die durch die Bauart des Tonabnehmer verursacht wird). Es gibt absolut keine Klangunterschiede zu einem Tonabnehmer, der so gewickelt ist, daß er ohne externe Bauteile die gleiche Resonanzfrequenz und die gleiche Resonanzüberhöhung besitzt.

Keramikmagneten (richtig heißen diese Magnete übrigens Ferritmagnete, siehe  Magnetmaterialien) schreibt man in der Szene einen eher schrillen Klang (=hohe Güte sprich große Resonanzüberhöhung) und AlNiCo-Magneten einen warmen Klang (=geringe Güte sprich geringere Resonanzüberhöhung) zu. Dies hat durchaus einen physikalischen Hintergrund: AlNiCo-Magnete leiten den elektrischen Strom sehr gut, Ferritmagnete hingegen sehr schlecht. Ändert sich das Magnetfeld, werden bei guter elektrischer Leitfähigkeit Wirbelströme induziert. Je höher die Frequenz ist, desto stärker ist der Effekt. Die Energie, die in Wirbelströme umgesetzt wird, steht nicht mehr für die Erzeugung der Ausgangsspannung zur Verfügung, sodaß sich rein theoretisch ein Höhenabfall und damit ein weicherer Klang ergibt. Schade nur, daß dies z.B. die mit 6 stabförmigen AlNiCo-Magneten ausgestatteten Tonabnehmer einer Stratocaster nicht wissen und unbelastet eine sehr hohe Resonanzüberhöhung besitzen, was den bekannten, markanten Fender-Klang ergibt. "Weich" hört sich anders an! Die im Vergleich tatsächlich weich klingenden Les-Paul-Humbucking-Pickups wissen davon übrigens auch nichts, denn in ihnen werkelte zumindest eine gute Zeit lang ein Balkenmagnet aus Ferrit; trotzdem ist die Resonanzüberhöhung gering. Offenbar haben also andere Konstruktionsmerkmale wie z.B. die Dämpfung durch ferromagnetisches Material in der Nähe (z.B. Blechkappen) einen erheblich höheren Einfluß auf den Klang als das Material, aus dem der Magnet hergestellt ist. Was in der Szene unter Kennern im Brustton der Überzeugung geflüstert wird, ist also nicht unbedingt richtig. Aber wie dem auch sei, kann man bei Tonabnehmern mit hoher Güte mit einem schnöden Widerstand für weniger als 5 Cent parallel zur Spule die Güte und damit die Resonanzüberhöhung beliebig verringern. Windungszahl, Drahtdurchmesser, Isoliermaterial und Wicklungsart sind ebenso unwichtig, wenn man die Klangfarbe sprich Resonanzfrequenz mit einem Kondensator auf den richtigen Wert einstellt. Wie das geht und wie man auch aus Tonabnehmern von Billiggitarren einen kaum für möglich geglaubten Klang herauskitzelt, erfahren Sie in  Klangverbesserung. Nur eins kann man nicht: Aus einem Single-Coil-Pickup einen Humbucker machen. Umgekehrt geht's durch Deaktivieren einer Spule schon eher, aber aufgrund der total anderen Ausführung des magnetischen Kreises (nicht zu verwechseln mit dem Magnetmaterial!) ist nicht zu erwarten, daß ein Humbucker mit einer deaktivierten Spule 100% wie ein echter Single-Coil-Pickup klingt.