Musikerecke

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:


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


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:

• Der resultierende Gleichstromwiderstand und die resultierende Induktivität ist doppelt so groß.
• Die Gesamtkapazität ist halb so groß, wie die Cs und
• 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 größer 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.


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:

• Man stellt die Tonblende auf einen Drehwinkel von 60% oder
• 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. :D

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:


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:

• 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.
• Humbucker mit einer vergleichsweise hohen Resonanzfrequenz liefern im Split-Mode Resonanzen, die deutlich über der des Stratocaster-Tonabnehmers liegt.
• 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!

Ulf

(Weiter im nächsten Beitrag)

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

Ähm sorry Ulf, sooo gering ist halt der Aufwand eben meist nicht. Bedenke, das man ja bei jedem Versuch, kommt auf die Bauart der Gitarre an,  vor dem Dilemma steht -> Saiten runter, ->Pickup raus -> löten -> Pickup wieder rein, Saiten wieder drauf -> testen und das Spiel wieder von vorn ...   Dazu kommt, meiner Meinung nach, das klangliche Ergebnis erschließt sich einem eh nicht beim ersten mal und schon gar nicht zu hause vor dem Übungsamp etc.

Oder man macht es wie ich, und spielt nur noch über Single Coils