Tonabnehmer – Allgemein

Die hier vorgestellten Erkenntnisse beziehen sich vor allem auf Einzelspulen-Tonabnehmer. Nur am Rande werden auch Doppelspulentonabnehmer berücksichtigt. Ein Tonabnehmer ist letztendlich nur eine Drahtspule (etwa 1000m Draht bei 8000 Windungen und ca. 6cm Breite des Tonabnehmers !), in der sich mehrere zylinderförmige Magnetstifte befinden. Dazu kommt eine Bodenplatte als Halterung für die Magneten und eine (meist weiße) Plastikabdeckung zum Schutz der Spule.

Was ich im Folgenden darlege, sind Helmuth Lemmes Erkenntnisse! Er ist DIE Autorität für unser Thema! Seine ausführlichen Darlegungen kürze ich auf die Kernthesen zusammen und verlinke in der Abschnittsüberschrift  jeweils auf den langen Text.

Der Sound:

„Vielfach wird versucht, den mit einem Ohmmeter leicht messbaren elektrischen Widerstand der Spulen mit der Übertragungscharakteristik in Verbindung zu bringen. Die Erfahrung zeigt, dass [ansonsten identisch aufgebaute, Anm. K-W A) Pickups mit höherem Widerstand meist einen wärmeren Ton abgeben als solche mit niedrigerem. (…)

Viel gemunkelt wird auch über die verschiedenen Magnetmaterialien. Vielfach in Gebrauch sind verschiedene Alnico-Sorten, Keramik (Ferrit), „Seltene Erden“ (Neodym oder Samarium) und noch andere. Laut Angaben der Hersteller sollen die jede ihre eigene Klangcharakteristik haben. (…) Wer von der Magnetseite her die Pickup-Geheimnisse lüften will, kommt nie dahinter.

Es geht nur von der Spulenseite her. (…) Die weitaus wichtigste Größe ist nicht der ohmsche Widerstand R, sondern die Induktivität L (Maßeinheit „Henry“). Sie hängt sehr stark von der Windungszahl und von der Spulengeometrie ab, außerdem vom magnetischen Material der in ihr steckenden Kerne (Magnete, Schrauben oder feste Weicheisenteile) (…) Sie genau zu messen, ist ziemlich kompliziert und zeitaufwendig. Eine dritte Größe, die noch eine gewisse Wirkung ausübt, ist die Kapazität C der Wicklung.

Der Frequenzgang: Tiefpass 2. Ordnung

„Wenn die Saiten in Ruhe sind, dann hat der von den Magneten erzeugte magnetische Fluss durch die Spule einen konstanten Wert. Sobald er sich ändert, wird in der Spule eine Spannung induziert. Eine schwingende Saite erzeugt eine Wechselspannung. (…)
[Das, Anm. K-W A] stellt einen sogenannten „Tiefpass zweiter Ordnung“ dar, (…). Tiefe Frequenzen gehen ungehindert durch, hohe werden abgeschwächt – mit steigender Frequenz immer stärker. (…?

Etwas Unerwartetes passiert bei einem so aufgebauten Tiefpass etwas unterhalb der Grenzfrequenz: Hier kommt es zwischen der Induktivität und der Kapazität zu einem Resonanzeffekt. Beide zusammen bilden einen sogenannten Schwingkreis aus. Das Ergebnis ist, dass Frequenzen in einem schmalen Bereich hervorgehoben werden. Aus dem Filter kommt hier eine höhere Spannung heraus, als hineingeht. (…) Der typische Frequenzgang eines Tiefpassfilters mit Resonanzstelle sieht so aus:

Quelle: https://www.gitarrenelektronik.de/pickup-geheimnisse/frequenzgang
Genauso verhalten sich auch Gitarren-Pickups. Die Lage der Resonanzfrequenz und die Stärke der Resonanzüberhöhung sind bei jedem Typ unterschiedlich. Daraus resultiert die jeweilige Übertragungscharakteristik, dies ist im wesentlichen das „Geheimnis“ eines Pickups. (…)
Im praktischen Betrieb wird der Pickup nun nicht direkt an den Verstärker angeschlossen. Vielmehr sitzen in den weitaus meisten E-Gitarren und -Bässen noch Regler für Lautstärke und Klangfarbe, und von der Ausgangsbuchse zum Verstärker verläuft ein mehrere Meter langes Kabel. Dieses hat eine Kapazität, die hier auf keinen Fall zu vernachlässigen ist. Sie ist wesentlich größer als die Wicklungskapazität der Pickup-Spule und addiert sich zu dieser. Dadurch sinkt die Resonanzfrequenz auf einen niedrigeren Wert als bei einem nicht mit einem Kabel verbundenen Pickup. Der Lautstärke- und der Klangregler in der Gitarre sowie der Eingangswiderstand des Verstärkers wirken für den Pickup als ohmsche Last parallel zu seinem Ausgang. Dadurch vermindert sich die Überhöhung der Resonanz gegenüber dem im Leerlauf erreichbaren Wert. (…)
In welcher Weise der Pickup nun das von den Saiten gelieferte Klangmaterial verfärbt, hängt also nicht von den Eigenschaften des Pickups allein ab, sondern auch ganz wesentlich vom Kabel und von den Potis in der Gitarre. Die Übertragungscharakteristik ist demnach keineswegs fest, sondern hat einen gewissen Bereich, innerhalb dessen sie je nach äußeren Bedingungen variieren kann. Das kann man ganz gezielt ausnutzen. Bei den meisten gängigen Pickups liegt die Resonanzfrequenz in Verbindung mit durchschnittlichen Kabeln zwischen 2 und 5 kHz, also gerade im Bereich der größten Empfindlichkeit des menschlichen Ohres. Kurz gesagt ergibt sich bei 2 kHz ein weicher, singender, bei 3 kHz ein heller, brillanter, bei 4 kHz ein greller, metallischer und bei 5 kHz oder noch mehr ein spitzer, glasharter Ton. Je stärker die Resonanz überhöht ist, um so charakteristischer hört sich der Klang der Gitarre an. Musiker sprechen hier gern von „Dynamik“, obwohl das genau genommen technisch unrichtig ist. Eine schwach oder überhaupt nicht überhöhte Resonanz macht den Klang eher ausdruckslos
(…)
Die Überhöhungen der meisten gängigen Pickups liegen in Verbindung mit den normalerweise verwendeten Potis von 250 oder 500 kOhm zwischen 1- und 4-fach (entsprechend 0 bis 12 dB).“
Soweit Helmuth Lemmes Erkenntnisse in gekürzter Fassung. Was folgt daraus?
Wenn man mit dem Klang eines Tonabnehmers nicht zufrieden ist, hat man 3 Möglichkeiten:
  1. Einen anderen Tonabnehmer kaufen.  Das ist die übliche Variante. Wenn man dann die technischen Daten zu Widerstand und Kapazität vom Anbieter bekommt, kann man bei Einzelspulen-Tonabnehmern durch Vergleich mit bekannten Werten beliebter ähnlicher Tonabnehmer  zumindest eine grobe Schätzung der zu erwartenden Klangcharakteristik vornehmen. Beispiel: Ein AlNiCo 5 Einzelspulen-Tonabnehmer mit der Kapazität von 2 Henry und einem Widerstamd von 5,5 kOhm (leicht unterdurchschnittliche Werte) wird sehr hell klingen. Ein anderes Modell mit der Kapazität von 2,8 Henry und einem Widerstand von mehr als 7 kOhm wird deutlich mittenbetonter klingen. Da besonders die Mitten den angeschlossenen Verstärker in die Verzerrung fahren („Mid-Boost“), wird das zweite Modell als „heißer“ empfunden. Wir haben unterstellt, dass beide Tonabnehmer mit derselben Drahtsorte gewickelt wurden.
  2. Die Resonanzfrequenz des Tonabnehmers ändern. Mit passiven Bauteilen (Kondensatoren) kann man allerdings nur Absenkungen der Resonanzfrequenz vornehmen, also einen zu hell/schrill klingenden Tonabnehmer zähmen.
  3. Die Resonanzüberhöhung des Tonabnehmers ändern. Wenn der Tonabnehmer nicht ausdrucksstark genug erscheint, kann man durch Erhöhung des äußeren Widerstands die Resonanzüberhöhung steigern. Dazu werden die angeschlossenen Porentiometer (meist 250 kOhm) gegen solche mit höheren Werten  (500 kOhm, 1 MOhm) getauscht. Natürlich lassen sich die Möglichkeiten 2 und 3 auch kombinieren.

Mittlerweile gibt es allerdings so gut dokumentierte Analysen käuflich zu erwerbender (asiatischer/chinesischer) Tonabnehmer im Vergleich zu hochpreisigen us-amerikanischen Originalen/Austausch-Tonabnehmern, dass Möglichkeit 1 häufig eine sehr interessante  (auch aus Kostengründen!) Alternative darstellt.

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