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Umbauanleitung für Elektrogitarren
 
   
 
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Inhalt:
Allgemeines
Änderung der Resonanzfrequenz
Änderung der Resonanzüberhöhung
Impedanzwandler / Verstärker
Lautstärkeregler / Klangregelung
Zusammenschaltung
Bauteile einkaufen
 Verwandte Themen:
Aktivpickups
Elektrogitarren (Grundlagen)
Möglichkeiten der Klangverbesserung
Gitarrenliteratur


Allgemeines

Wie schon in  Elektrogitarren erwähnt, sind im Handel erhältliche E-Gitarren (auch solche renommierter Hersteller) intern ziemlich simpel und leider auch phantasielos verdrahtet. Selbst wenn eine Elektrogitarre über viele Schalter und Regler verfügt, bedeutet das leider noch lange nicht, daß diese auch so funktionieren, wie sich der Benutzer das vorstellt. Denn in fast allen Fällen beeinflussen sich die Regler gegenseitig, zeigen brauchbare Wirkung nur über einen Einstellbereich von wenigen Millimetern und lassen nur beschränkte Eingriffsmöglichkeiten zu. Zudem ist der Klang stark abhängig vom Kabel (besser gesagt von der Länge des Kabels) und auch der Eingangsstufe des Verstärkers, so daß es sehr schwierig ist, einen bestimmten Klang, den man mitunter sehr zeitaufwendig gefunden hat, später wieder zu reproduzieren.

Viel schöner wäre es, wenn sich der von der E-Gitarre erzeugte Klang in breitem Umfang und mit vernünftigen arbeitenden Reglern einstellen ließe und wenn er unabhängig vom Kabel und den nachgeschalteten Komponenten wäre (abgesehen von gewollten Veränderungen wie Verzerrung etc.). Da die Klangerzeugung von Elektrogitarren gemäß physikalischen Grundsätzen erfolgt und keineswegs mystisch ist und zudem die Innenverschaltung ab Werk meistens extrem phantasielos ausgeführt ist, ist es mit ein wenig Sachkenntnis extrem einfach und zudem auch sehr preiswert, bedeutende Klangverbesserungen lediglich durch eine andere Verkabelung und Einsatz eines Impedanzwandlers bzw. Vorverstärkers in der Gitarre zu erreichen.

Nachfolgend erfahren Sie, wie man das bei jeder beliebigen E-Gitarre durchführen kann. Hierbei kann man sowohl das optische Erscheinungsbild absolut unverändert lassen, indem man die Anzahl der Regler und Schalter nicht verändert, oder aber das Optimum an Einstellmöglichkeiten durch zusätzliche Regler oder Schalter erreicht. Voraussetzung ist allerdings, daß Sie sich einigermaßen gut mit Elektronik auskennen und zudem mit einem Feinlötkolben umgehen können, denn ums Löten werden Sie keinesfalls herumkommen. Sollten diese Voraussetzungen bei Ihnen nicht erfüllt sein, brauchen Sie die Flinte aber noch lange nicht ins Korn zu werfen; im Bekannten- oder Verwandtenkreis findet sich sicherlich jemand, der Ihnen dabei helfen kann. In diesem Zusammenhang möchte ich auch abraten, den Umbau Ihrer Elektrogitarre als eines der ersten Do-it-Yourself-Projekte zum Einstieg in die Elektronik zu nutzen: Wenn Sie nicht löten können, ist die Gefahr viel zu groß, daß Sie infolge viel zu hoher Wärmezufuhr schlicht irgendetwas kaputtlöten. Zudem hat man, sofern die Verschaltung überhaupt wie gewünscht funktioniert, mit sogenannten kalten Lötstellen, die man am Anfang leicht produziert, nur Ärger, weil sie wie Wackelkontakte von Prasselgeräuschen bis zum totalen Tonausfall für allerlei Verdruß sorgen können. Auch wenn es Überwindung kostet, sollten Sie das Löten lieber jemanden überlassen, der das auch wirklich kann. Sollten Sie nicht alle Schaltzeichen verstehen oder Fragen zum Aufbau oder zur Verschaltung haben, ist dies ein sehr starkes Indiz dafür, daß Sie ohne fremde Hilfe dem Selbstbau nicht gewachsen sind. Bitte nehmen Sie dies im eigenen Interesse ernst.


Zusammenschaltung der Tonabnehmer

Im Interesse einer möglichst großen Klangvielfalt ist es sinnvoll, die Tonabnehmer sowohl einzeln als auch zusammen einschalten zu können. Sehr sinnvoll ist es, wenn auch eine Phasenumkehr möglich ist. Nur so kann man den sehr charakteristischen, etwas hohlen Klang erzeugen. Am einfachsten kann man dies bewerkstelligen, wenn man für jeden Tonabnehmer einen zweipoligen Umschalter mit Mittelstellung vorsieht (siehe Bild 1). In Mittelstellung ist der zugehörige Tonabnehmer ausgeschaltet. Alle Tonabnehmer, deren Schalter in die gleiche Richtung zeigen, sind in Phase geschaltet. Bei entgegengesetzt betätigten Schaltern sind die jeweiligen Tonabnehmer gegenphasig eingeschaltet.


Bild 1: Einzelne Schalter für jeden Tonabnehmer

Dargestellt ist die Einschaltmöglichkeit für 3 Tonabnehmer. Wenn nur 2 vorhanden sein sollten, kann man einen Schalter natürlich einfach weglassen. Für elektronisch Unbedarfte ist etwas gewöhnungsbedürftig, daß immer 2 spiegelbildliche Schaltstellungen gleich klingen. Beispielsweise ist die in Bild 1 eingezeichnete Schaltstellung oben-unten-oben der Schalter für die Tonabnehmer 1, 2 und 3 klanglich identisch mit unten-oben-unten. Es kommt halt nur darauf an, wie die Schaltstellung zueinander ist. Im Beispiel sind Tonabnehmer 1 und 3 in Phase, während Tonabnehmer 2 gegenphasig zu diesen beiden geschaltet ist. Wichtig ist, daß die Tonabnehmer an den Schaltereingängen phasenrichtig angeschlossen werden. Deshalb sind die Eingänge zusätzlich mit + und - gekennzeichnet.

Die Verkabelung der Schalter erscheint möglicherweise etwas wirr, aber die Funktionsweise wird recht schnell klar, wenn man sich den Schalter eines einzelnen Pick-Ups einmal genauer ansieht: In der oberen Schaltstellung wird der obere Pick-Up-Anschluß (+) auf Masse geschaltet, während der untere Anschluß (-) mit dem Ausgang Out verbunden wird. In der mittleren Schaltstellung ist der Pick-Up weder mit Masse noch dem Ausgang verbunden und daher komplett ausgeschaltet. In der unteren Schaltstellung ist der obere Pick-Up-Anschluß (+) mit dem Ausgang Out verbunden, während der untere Anschluß (-) auf Masse geschaltet ist. Dies ist genau anders herum als in der oberen Schaltstellung, wodurch sich eine invertierte Phase ergibt. Das Zusammenschalten mehrerer Tonabnehmer erfolgt dadurch, daß man die Schalterausgänge (jeweils Signal und Masse) einfach miteinander verbindet.

Wie schon angedeutet bieten einzelne Kippschalter für jeden Tonabnehmer zwar eine einfache und universelle Möglichkeit des Zusammenschaltens, jedoch haben zueinander spiegelbildliche Schalterstellungen den gleichen Klang zur Folge. Dies mag unbedarfte Anwender etwas verwirren. Zudem ist es so, daß viele Schalter und Einstellregler u.U. mehr zur Verwirrung als zur umfangreichen Klangeinstellung beitragen. Auf jeden Fall ändern sie durch die zusätzlichen Kippschalter ein wenig die Optik des Instruments, was vielleicht nicht erwünscht ist. Man kann auch statt einzelner Kippschalter einen Drehschalter verwenden und diesen so verdrahten, daß sich bei jeder Schaltstellung eine andere Zusammenschaltung ergibt. Nachfolgend ist ein Beispiel für 2 Tonabnehmer dargestellt.


Bild 2: Gemeinsamer Drehschalter

Hierbei kann man, Schaltstellung von oben nach unten, PU1 alleine, PU2 alleine, PU1 und PU2 gleichphasig und zuletzt PU1 und PU2 gegenphasig auswählen. Dies sind alle Kombinationen, die bei 2 Tonabnehmern möglich sind. Als Schalter benötigt man einen Drehschalter 3x4 (d.h. 3 unabhängige Schalter mit 4 Schaltstellungen in einem Gehäuse), wie er für wenig Geld erhältlich ist. Bei 3 Tonabnehmern ergeben sich 13 Möglichkeiten der Zusammenschaltung. Man bräuchte hierfür einen Drehschalter 5x13. Leider ist ein solcher nicht handelsüblich und wäre auch vom Platzbedarf indiskutabel groß. Bei 3 Tonabnehmern bleibt daher für eine maximale Flexibilität nur die Lösung mit 3 Kippschaltern.


Änderung der Resonanzfrequenz

Ein elektromagnetischer Tonabnehmer, wie er in E-Gitarren üblich ist, besitzt das in Bild 3 dargestellte Ersatzschaltbild. Hierdurch ergibt sich ein Frequenzgang wie in Bild 4. Insbesondere die Resonanzfrequenz hat entscheidenden Einfluß auf den Klang, so daß man sie einstellbar machen sollte. Da es sich um einen aus elektronischer Sicht einfachen LC-Resonanzkreis handelt, kann man die Resonanzfrequenz durch Parallelschaltung eines Kondensators zur Wicklungskapazität sehr leicht ändern.


Bild 3: Ersatzschaltbild eines Tonabnehmers



Bild 4: Typische Frequenzgänge von Tonabnehmern

Die Resonanzfrequenz eines Tonabnehmers (sprich LC-Schwinkreises) berechnet sich nach der in Bild 5a angegebenen Formel, in der bereits berücksichtigt ist, daß es zwei Kondensatoren gibt, nämlich die Wicklungskapazität und den extern anzuschließenden Kondensator. Wenn man diese Gleichung nach dem externen Kondensator C auflöst, erhält man die Formel in Bild 5b, mit deren Hilfe man sehr leicht den äußeren Kondensator berechnen kann, den man benötigt, um eine bestimmte Resonanzfrequenz zu realisieren. Allerdings benötigt man hierfür die technischen Daten seiner Tonabnehmer, nämlich Wicklungsinduktivität und Wicklungskapazität. Diese Werte bestimmen die Resonanzfrequenz des Tonabnehmers ohne jede äußere Last. Sie stellt das erzielbare Maximum dar. Mit einem zusätzlichen Kondensator kann man die Resonanzfrequenz nur verringern aber nicht erhöhen. Für bekannte Gitarren sind Induktivität und Kapazität bekannt (z.B. Stratocaster ca. 2,4 H und 80-100 pF), während man ansonsten um eine  Messung dieser Werte nicht herumkommt. Keine Panik, Sie brauchen kein teures Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerät, sondern lediglich einen Tongenerator und ein Meßinstrument, mit dem man kleine Wechselspannungen messen kann.

 
Bild 5a: Resonanzfrequenz Bild 5b: Berechnung Kondensator

Selbstverständlich kann man den Tonabnehmern mit einem einzigen zusätzlichen Kondensator einen festen Sound geben, aber viel sinnvoller ist es, die Kondensatoren umschaltbar zu machen, um unterschiedliche Klangfarben realisieren zu können. Hierfür nimmt man einen Drehschalter, wie er beispielsweise mit bis zu 12 Schaltstufen preisgünstig im Elektronikhandel erhältlich ist, und stattet ihn mit einem Kondensator weniger als Schaltstellungen aus (d.h. eine Stellung ohne ext. Kondensator) wie exemplarisch in Bild 6 dargestellt. Die Frage nach den Anforderungen an die Spannungsfestigkeit der Kondensatoren stellt sich übrigens nicht, weil das Tonabnehmersignal bestenfalls mehrere hundert Millivolt (Millivolt = tausendstel Volt) erreicht.


Bild 6: Umschaltbare Kondensatoren zur Veränderung der Resonanzfrequenz

Bei der Dimensionierung muß man beachten, daß der Abstand der einzelnen Resonanzfrequenzen nicht linear sein sollte, also von Schritt zu Schritt eine vorgegebene Hertz-Zahl besitzt, sondern daß ein fester Faktor vorgesehen werden sollte. Damit ergibt sich bei hohen Frequenzen ein größerer Abstand zwischen den einzelnen Stufen als bei niedrigen Frequenzen. Dies ist aus Gründen der Wahrnehmung des Ohrs wichtig, denn dieses hört sozusagen logarithmisch: 20 Hz mehr bei einem 20 Hz-Ton bedeutet eine ganze Oktave, während dies bei einem 1000 Hz-Ton noch nicht mal als kleine Abweichung auffällt.

Wenn Sie beispielsweise als unterste Resonanzfrequenz 2000 Hz haben möchten und der Tonabnehmer selbst eine Resonanzfrequenz von 5000 Hz besitzt (wir nehmen für das Beispiel einmal als Induktivität 10 H und als Wicklungskapazität 100 pF an, was genau 5032 Hz ergibt), so ergibt dies ein Verhältnis von 5000 : 2000 = 2,5. Dieses Verhältnis muß man dann einfach durch Wurzelziehen auf die Anzahl der Schaltstufen aufteilen. Bei 6 Schaltstufen muß man einfach die 5te Wurzel (immer eine weniger als Schaltstellungen!) aus 2,5 ziehen und erhält einen Faktor von ungefähr 1,2. Wer im Wurzelziehen nicht so bewandert ist: Auf dem Taschenrechner einfach 2,5 eintippen, dann die Tasten INV und xy drücken, den Wert 5 eingeben und das Gleichheitszeichen drücken und schon hat man das gewünschte Ergebnis. Jetzt muß man der Reihe nach die Resonanzfrequenzen ausrechnen. Man beginnt bei der untersten und multipliziert diese mit dem gefundenen Faktor und erhält so die Resonanzfrequenz für die zweite Schaltstellung. Dann multipliziert man diesen Wert wieder mit dem Faktor usw., bis man die Resonanzfrequenzen aller Schaltstellungen berechnet hat. Aufgrund der Rechenungenauigkeiten (Rundung) wird man allerdings bei der letzten nicht unbedingt auf genau 5000 Hz kommen. Diese Abweichungen sind jedoch unerheblich. Mittels der Formel in Bild 3b berechnet man dann auch gleich die Werte der Zusatzkondensatoren. Im Beispiel könnte das dann so aussehen (mit auf Normwerte gerundeten Werten in Klammern):

Stufe 1: 2000 Hz  →  533.10-12 F, also 533 pF (560 pF)
Stufe 2: 2400 Hz  →  340.10-12 F, also 340 pF (330 pF)
Stufe 3: 2880 Hz  →  205.10-12 F, also 205 pF (210 pF)
Stufe 4: 3460 Hz  →  111.10-12 F, also 111 pF (100 pF)
Stufe 5: 4150 Hz  →  47.10-12 F, also 47 pF (47 pF)
Stufe 6: 5000 Hz  →  0 F (hier kein externer Kondensator) 

Wundern Sie sich nicht, wenn im Taschenrechner beispielsweise 5,33.10-10 angezeigt wird: Dies ist identisch mit 533.10-12. Nun müssen Sie nur noch die passenden Kondensatoren besorgen, wobei Sie als vielleicht elektronisch nicht sehr bedarfter Mensch vor einem kleinen Problem stehen: Es gibt keine Kondensatoren in beliebigen Werten zu kaufen, sondern nur mit genormten Werten. Nehmen Sie hier einfach den nächstliegenden wie in der Tabelle oben in Klammern angegeben. Dies ergibt zwar eine kleine Abweichung von der berechneten Resonanzfrequenz, aber das ist nicht weiter tragisch.

Sollte die Resonanzfrequenz des unbelasteten Pick-Ups hoch liegen (z.B. Stratocaster knapp über 10 kHz) und Ihnen der dünne Klang nicht zusagen, können Sie natürlich auch den im Vorschlag unbeschalteten Anschluß des Schalters mit einem entsprechend dimensionierten Kondensator beschalten. Denkbar ist auch, im unteren Bereich engere Schritte (d.h. kleinere Faktoren) vorzusehen und zu höheren Frequenzen hin größere.

Wichtig: Wenn man keinen Vorverstärker in der Gitarre benutzt, liegen die umschaltbaren Kondensatoren parallel zur Kabelkapazität, d.h. beide Werte addieren sich. Da der Klang ohnehin oft zu matschig ist, würde er dadurch noch dumpfer und matschiger werden. Es ist daher sehr ratsam, den unerwünschten Einfluß der Kabelkapazität durch Einsatz eines Impedanzwandlers bzw. Vorverstärkers in der Gitarre zu eliminieren.


Änderung der Resonanzüberhöhung

Nicht nur die Resonanzfrequenz sondern auch die Resonanzüberhöhung wirkt sich relativ stark auf den Klang aus. Eine starke Überhöhung klingt markant bis schrill, was abhängig vom gewünschten Klang sehr vorteilhaft aber auch unangenehm sein kann. Auch hier ist es deshalb sinnvoll, verschiedene Alternativen zur Auswahl zu haben. Allerdings genügen hier schon recht wenige Schritte, z.B. 2 oder 3, wobei man meistens die Extreme verwenden wird, also entweder mit maximaler oder aber minimaler Überhöhung. Die Umsetzung in die Praxis ist sehr einfach: Man benötigt lediglich einen ohmschen Widerstand, der den Schwingkreis mehr oder minder stark belastet. Statt eines Drehschalters verwendet man vorteilhafterweise einen ganz normalen Kippschalter. Dieser hat normalerweise 2 Schaltstellungen, nämlich ein und aus. Wer noch eine Zwischenstufe möchte, kann einen sogenannten "einpoligen Umschalter mit Mittelstellung" verwenden. Dieser besitzt 2 Schaltstellungen und noch zusätzlich eine Mittelstellung, in der kein Kontakt geschaltet ist. In Mittelstellung arbeitet der Tonabnehmer ohne äußere Belastung und daher mit der maximal möglichen Resonanzerhöhung, was einen sehr charakteristischen Klang erzeugt. Man kann die Widerstände dann z.B. so wählen, daß in der Schaltstellung "oben" der Tonabnehmer etwas (d.h. hochohmiger Widerstand) und in der Schaltstellung "unten" stark bedämpft wird (d.h. mittelohmiger Widerstand). Die entsprechende Schaltung sehen Sie in Bild 7.


Bild 7: Umschaltbare Widerstände zur Veränderung der Resonanzüberhöhung

Im Gegensatz zu den Kondensatoren (siehe  Änderung der Resonanzfrequenz) kann man die Werte der Widerstände nicht so einfach berechnen, weil der Klangeindruck sehr subjektiv ist. Hier hilft einfaches Ausprobieren. Besorgen Sie sich einfach ein paar Widerstände, wie z.B. 100 kΩ, 330 kΩ, 560 kΩ, 820 kΩ, 1 MΩ und vielleicht noch 2,2 MΩ sowie 3,3 MΩ, und probieren Sie den Einfluß auf den Klang einfach aus.

Wichtig: Der gewünschte Effekt stellt sich nur dann ein, wenn der Tonabnehmer weder durch Potentiometer in der Gitarre (d.h. Lautstärke- bzw. Klangregler) noch durch den oft zu niedrigen Eingangswiderstand der Verstärkeranlage belastet wird. Dies kann nur dadurch erreicht werden, daß in der Gitarre ein Impedanzwandler bzw. Vorverstärker eingesetzt wird, der die Klangerzeugung (sprich Tonabnehmer, Kondensator und Belastungswiderstand) von äußeren Einflüssen komplett abkoppelt. Ohne Impedanzwandler/Vorverstärker wird der ohnehin oft schon ausdruckslose Klang durch Einsatz eines zusätzlichen Belastungswiderstand nur noch ausdrucksloser.


Impedanzwandler / Verstärker

Bisher wurde stillschweigend davon ausgegangen, daß die Tonabnehmer nicht belastet werden, d.h. daß z.B. kein Lautstärkepotentiometer oder der Eingangswiderstand der Verstärkeranlage die Resonanzüberhöhung stark bedämpft und daß auch keine Kabelkapazität die Resonanzfrequenz in den Keller zieht. Mit sogenannter passiver Elektronik kann man diese Forderung leider nicht erfüllen. Hier muß man im wahrsten Sinne des Wortes aktiv werden und einen sogenannten Impedanzwandler sprich aktive Elektronik verwenden. Dieser hat die Aufgabe, das mühevoll erzeugte Signal möglichst wenig zu belasten, damit man aus den Tonabnehmern auch wirklich das an Klang herausholen kann, was in ihnen steckt.

Einen prägnanten Klang, wie auf vielen CDs zu hören, kann man auf diese Weise leicht erzielen. Dies ist kein Wunder, da viele Profis eine aktive Gitarrenelektronik verwenden, auch wenn deren Gitarre äußerlich wie ein passives Modell von der Stange aussieht. Wenn Sie jetzt gleich an eine größere Ausgabe denken, liegen Sie genauso falsch wie bei den oben beschriebenen Beeinflussungsmöglichkeiten. Dies gilt sogar, wenn man nicht nur -wie in den Anfängen der aktiven Gitarrenelektronik- einen einzigen, womöglich stark rauschenden Transistor mit dieser Aufgabe betraut sondern einen sogenannten Operationsverstärker, der ein nahezu ideales und extrem rauscharmes aktives Bauelement darstellt. Er hat den Vorteil, daß er sich klanglich absolut linear verhält, nur wenige externe Bauelemente zur Beschaltung benötigt und zudem aufgrund weiter Verbreitung in der Elektronik extrem preisgünstig ist. Die Materialkosten für den gesamten Vorverstärker belaufen sich auf nur wenige Euro (nur die elektronischen Bauelemente).

Soviele Vorteile hören sich schon fast marktschreierisch an, was Sie vielleicht stutzig machen wird. Und tatsächlich hat ein Impedanzwandler auch einen einzigen Nachteil: Er braucht Strom - zwar nicht viel, aber ganz ohne Strom funktioniert er nicht. Eine Batterie als Stromquelle ist zwar denkbar und hält auch relativ lange, aber sie hat den Nachteil, daß sie meistens gerade im falschen Augenblick leer ist. Stellen Sie sich nur mal vor, Sie stehen auf der Bühne, legen gerade ein phantastisches Solo hin, die Meute jubelt, und gerade dann haucht die Batterie ihr Leben aus! Ganz so schlimm wird es nicht kommen, weil eine Batterie nicht schlagartig leer wird, sondern das Ende ihres Lebens sich durch immer stärker werdende Verzerrungen ankündigt, aber diese harten Verzerrungen können den Sound ganz schön verhageln. Aus diesem Grunde empfehle ich, wie bei guten Kondensatormikrofonen eine sogenannte Phantom-Speisung vorzusehen. Dies bedeutet nichts anderes, als daß irgendwo ein Netzteil vorhanden ist, das über das Gitarrenkabel den Impedanzwandler mit Strom versorgt.

Diese Stromversorgung muß betriebssicher und kurzschlußfest sein, damit im Falle eines Defekts nicht auf einmal die Elektrogitarre unter 230 V steht! Man kann für das Netzteil ein externes Kästchen (ähnlich einem Effektgerät) vorsehen oder es quasi unsichtbar und "unvergeßbar" in den Verstärker einbauen. Zum Anschluß an das Instrument benötigen Sie ein zweiadriges Kabel mit Abschirmung anstatt des üblichen einadrigen abgeschirmten Kabels, weil ja eine zusätzliche Leitung für die Stromversorgung benötigt wird. Das größte Problem dürfte sein, ein dreiadriges Stecksystem zu finden, das man in die Gitarre ohne größere mechanische Arbeiten einbauen kann. Hierfür bieten sich eine Stereo-Klinkenbuchse oder eine bei den Kondensatormikrofonen übliche XLR-Buchse an. Sollten diese mechanisch nicht passen, sollten Sie nach anderen Stecksystemen Ausschau halten. Da Sie das Kabel ohnehin selbst anfertigen müssen, ist es egal, für welches Stecksystem Sie sich entscheiden.

Bevor es an eine Nachbauanleitung geht, noch einen Punkt: Wahrscheinlich haben Sie sich geärgert, daß Sie Ihren Verstärker ziemlich weit aufdrehen mußten, bis er endlich mal die gewünschte Verzerrung lieferte, und sich dabei gewünscht, daß Ihre E-Gitarre eine höhere Ausgangsspannung besitzt. Vielleicht hatten Sie sogar schon über sogenannte "overwound Pickups" nachgedacht; das sind Tonabnehmer mit dank höherer Windungszahl höherer Ausgangsspannung, was man aber physikalisch bedingt immer mit einer sehr niedrigen Resonanzfrequenz und damit einem wenig prägnantem Klang bezahlt. Bis auf den Stromverbrauch völlig ohne Nebenwirkungen ist dieser Wunsch elektronisch sehr einfach zu erfüllen: Statt eines Impedanzwandlers benötigen Sie ganz einfach einen Vorverstärker, der das Tonabnehmersignal ein wenig verstärkt, bevor es auf den Weg zum Verstärker geschickt wird. Weil Verstärker absolut linear arbeiten, ändert sich der Klang der Gitarre dabei nicht.

Nachfolgend finden Sie einen Schaltungsvorschlag, bei dem beides möglich ist. Ich würde auf jeden Fall einen Verstärker vorsehen. Denn die Lautstärke notfalls wieder runterregeln können Sie sehr leicht über den nachgeschalteten und bei wirklich jeder E-Gitarre vorhandenen Lautstärkeregler.



Bild 8: Impedanzwandler / Verstärker

Die Schaltung kann man mit ein paar Elektronikkenntnissen sehr leicht auf einer Lochrasterplatine aufbauen und sieht viel komplizierter aus als sie wirklich ist. Man kann sie auf einer winzigen Fläche aufbauen, so daß sie in jede E-Gitarre passen sollte. Wer sich den Aufbau auf einer Lochrasterplatine nicht zutraut, kann auch ein fertiges  Layout verwenden, das auf vielfachen Wunsch erstellt wurde. Hier die Dimensionierung der Bauelemente:

 IC1a , IC1bIntegrierter Doppel-Operationsverstärker, z.B. TL072
D1Z-Diode 30V / 1,3W
C110 nF / 63V=
C20,68 μF / 63V=
C30,68 μF / 63V=
C410 nF / 63V=
C50,68 μF / 63V=
C60,68 μF / 63V=
C7Elektrolytkondensator ("Elko") 100 bis 470 μF / 35V=
R15,11 MΩ / 0,25 W
R2siehe Tabelle unten
R3siehe Tabelle unten
R41 kΩ / 0,25 W
R55,11 MΩ / 0,25 W
R610 kΩ / 0,25 W
R71 kΩ / 0,25 W
R810 kΩ / 0,25 W
R910 kΩ / 0,25 W
R10560 Ω / 1 W (Kohleschicht- oder Metallschichtwiderstand)

Soweit nicht anders angegeben, sollten Sie für die Kondensatoren Folienkondensatoren (z.B. Typ MKT) und für die Widerstände Metallschichtwiderstände verwenden, die deutlich weniger rauschen als Kohleschichtwiderstände. Je nach gewünschter Verstärkung müssen Sie für R2 und R3 die in der nachfolgenden Tabelle aufgelisteten Werte verwenden. Wenn Sie einen reinen Impedanzwandler ohne Signalverstärkung (also 0 dB) haben möchten, dann benötigen Sie für den Widerstand R2 einen Wert von 1 kΩ, wobei R3 und C2 unbestückt bleiben (d.h. sie sind einfach nicht vorhanden).

 Verstärkung [dB] Verstärkung (Faktor) Widerstand R2 Widerstand R3
0 dB11 kΩ---
5 dB1,83,01 kΩ3,92 kΩ
10 dB3,28,25 kΩ3,92 kΩ
15 dB5,618,2 kΩ3,92 kΩ
20 dB1033,2 kΩ3,92 kΩ

Die Widerstandswerte wurden dabei so gerundet, daß sie den am besten erhältlichen Normwerten entsprechen, da vor allem örtliche Händler oft nicht die komplette E96-Widerstandsreihe vorrätig haben. Hierbei muß man sich aber nicht sklavisch an die angegebenen Werte halten. Wer beispielsweise Probleme hat, einen Widerstand mit 3,01 kΩ zu erhalten, kann auch einen mit 3,32 kΩ verwenden und erhält damit eine mit 5,3 dB nur unwesentlich höhere Verstärkung als die anvisierten 5 dB Alternativ können Sie einen 2,74-kΩ- Widerstand verwenden und erhalten damit eine geringfügig geringere Verstärkung von 4,6 dB.

Wenn selbst 20 dB noch nicht reichen, ist wahrscheinlich irgendetwas nicht in Ordnung. Und bitte gehen Sie nicht vor nach dem Motto "viel hilft viel" vor, denn sehr leicht übersteuert man ungewollt damit den gitarreninternen Vorverstärker. Dieser produziert dann Verzerrungen, die Sie von Transistorverstärkern kennen und sich extrem hart und kratzig anhören.

Versorgt werden kann der Impedanzwandler/Vorverstärker mit einer beliebigen Gleichspannung, die zwischen 15 V und etwa 48 V liegen darf. Idealerweise beträgt sie bei 30 V oder knapp darunter. Batteriebetrieb mit z.B. einem 9-V-Block ist grundsätzlich auch möglich. Sie sollten die Schaltung bei Batteriebetrieb aber in einigen Punkten abändern, um u.a. den Stromverbrauch möglichst gering zu halten. Die Spannungsbegrenzung und der Verpolschutz bestehend aus D1 und R10 sollten entfallen (R10 dann durch eine Drahtbrücke ersetzen), während C7 auf ca. 10 μF reduziert werden sollte. Es ist dann aber ganz wichtig, daß die Batterie nicht irrtümlich falsch gepolt angeschlossen wird. Der Operationsverstärker würde dies wahrscheinlich nicht überleben. Aus dem gleichen Grund ist mit dieser Änderung der Betrieb über ein Netzteil nicht ratsam. Weiterhin ist es sinnvoll, R8 und R9 mit jeweils 221 kΩ hochohmiger zu dimensionieren. Als Operationsverstärker bietet sich der TL062 an, der einen Ruhestromverbrauch von nur 0,4 mA besitzt (TL072: 2,8 mA). Die Batterie hält damit im Vergleich fast 7x so lange. Dies erkauft man sich jedoch mit einem höheren Rauschen. Der leider nicht ganz leicht erhältliche TLC27M2 rauscht etwas weniger als der TL062 und besitzt mit etwas weniger als 0,3 mA trotzdem einen nochmals geringeren Ruhestrom.

Bei Batteriebetrieb sollten Sie außerdem dafür sorgen, daß die Stromversorgung automatisch beim Herausziehen des Anschlußkabels unterbrochen wird. Es gibt Klinkenbuchsen mit eingebautem Schalter. Allerdings muß es sich dabei um einen Schließer handeln und nicht um Öffner, wie er häufig angeboten wird. Solche Klinkenbuchsen mit einem Schließer sind leider ziemlich schwer erhältlich. Man kann sich dahingehend behelfen, daß man eine Stereo-Klinkenbuchse ohne Schalter verwendet, und den Minuspol der Batterie nicht mit Masse verbindet sondern mit der Anschlußfahne des zweiten Signalkontakts der Klinkenbuchse. Wenn man einen Monoklinkenstecker einsteckt, wird dann dieser Zweite Signalkontakt mit Masse verbunden, und die Schaltung wird mit Strom versorgt. Zieht man ihn hinaus, hängt der Minuspol der Batterie in der Luft, sodaß kein Strom fließen kann.

Besser als eine Batterie ist jedoch der Betrieb über ein Netzteil, das nicht zum ungünstigsten Zeitpunkt leer sein kann. Zudem kann man bei Netzbetrieb eine relativ hohe Versorgungsspannung wählen, so daß man auch eine höhere Verstärkung nutzen kann, ohne daß es zu unerwünschten Verzerrungen im Vorverstärker kommt. Der maximale, unverzerrte Hub der Ausgangsspannung ist bei der oben angegebenen Dimensionierung ungefähr 5 V kleiner als die Betriebsspannung. Bei einer Stratocaster konnte ich bei sehr hartem Anschlag aller Saiten einen Spannungshub von ca. 2 V messen. Dies ist zwar nicht ganz praxisnah, weil man nie derart hart in die Saiten haut, zeigt jedoch ungefähr, mit welchen Eingangspegeln man im ungünstigsten Fall rechnen muß. Bei 9-V-Batteriebetrieb beträgt der maximale Ausgangshub 4 V, sodaß man basierend auf 2 V Eingangshub eine Verstärkung von nicht viel mehr als Faktor 2 bis 3 vorsehen sollte. Bei einer Betriebsspanung von 30 V ist hingegen auch Faktor 10 entsprechend 20 dB problemlos möglich. Für den Normalgebrauch sind 20 dB allerdings ein eher zu hoher Wert, da man damit einen üblichen Gitarreneverstärker übel übersteuert, wenn man den Ausgangspegel der Gitarre mit dem Lautstärkeregler nicht deutlich zurücknimmt.

Wenn Sie den Schaltplan in Bild 7 aufmerksam studiert haben, werden Sie sich sicher fragen, warum es zwei Eingänge (In1 und In2) und auch zwei Ausgänge (Out1 und Out2) gibt. Nun, es ist so, daß in einem einzigen kleinen Gehäuse gleich zwei Operationsverstärker enthalten sind. Hierbei wird einer entweder als Impedanzwandler oder Verstärker genutzt (In1/Out1) und der andere als reiner Impedanzwandler (In2/Out2). Den zweiten muß man nicht unbedingt benutzen, jedoch ist dies oft sinnvoll, wie Sie weiter unten noch sehen werden.

Wer den Stromverbrauch hingegen noch weiter absenken möchte, kann auf den nachgeschalteten Impedanzwandler verzichten (IC1b, C4, R5, R6, R7 und C5 entfallen dann ersatzlos) und verwendet einen TL061, bei dem nur ein einziger Operationsverstärker im Gehäuse steckt. Dieser besitzt einen Ruhestrom von nur 0,2 mA, was rein rechnerisch bei einer Batteriekapazität von 240 mAh eine Gebrauchsdauer von 1200 h ergibt, was 50 Tage Betrieb am Stück oder ein ganzes Jahr lang jeden Tag gut 3 Stunden entspricht. In der Praxis sind's etwas weniger, denn der Rest der Schaltung verbraucht ja auch noch ein wenig Strom. Das nachfolgende Lautstärkepoti sollte bei Entfall des Impedanzwandlers nicht hochohmiger als 47 kΩ sein, um einen signifikanten Höhenabfall in Verbindung mit der Kabelkapazität zu vermeiden, so daß Sie das Originalpoti mit Sicherheit austauschen müssen. Weniger als 10 kΩ dürfen es wegen der Ausgangsbelastung des Operationsverstärkers aber auch nicht sein.


Lautstärkeregler / Klangregelung

Jede Elektrogitarre hat standardmäßig einen Lautstärkeregler, und auf diesen sollte man auch bei einem Umbau nicht verzichten. Wenn er nicht beim Verstellen rauscht und knistert, können Sie ohne Probleme den ursprünglich eingebauten weiterverwenden, sofern Sie einen nachgeschalteten Impedanzwandler verwenden. Die Schaltung eines Lautstärkereglers ist kaum der Rede wert. Der Ohmwert des Potentiometers ist weitgehend unkritisch; in der Originalbeschaltung von E-Gitarren werden meistens zwischen 220 kΩ und 1 MΩ eingesetzt. Die Schaltung für einen reinen Lautstärkeregler ist sehr einfach:


Bild 9: Lautstärkeregler

Aufgrund des relativ hohen Widerstands ist abhängig von der Stellung des Reglers auch der Ausgangswiderstand recht hoch. Zusammen mit der Kabelkapazität des Kabels zum Verstärker und dessen Eingangskapazität ergibt sich ein unerwünschtes Tiefpaßfilter, das hohe Frequenzen dämpft und dem Gitarrenklang die Brillianz nimmt. Aufgrund der logarithmischen Auslegung des Lautstärkepotentiometers ist dieser unerwünschte Effekt ungefähr bei 3/4-Stellung am stärksten. Genau dieses Problem löst der oben beschriebene Vorverstärker ideal, da er neben einem Verstärker zusätzlich einen Impedanzwandler enthält. Man führt hierbei das Ausgangssignal des Lautstärkereglers auf den Eingang In2 des Vorverstärkers und verkabelt den Ausgang Out2 mit der Ausgangsbuchse der Gitarre.

Es gibt jedoch noch eine Verbesserungsmaßnahme, über die man nachdenken sollte: Da der Stegtonabnehmer ziemlich wenig Baß produziert, der Kollege am Griffbrett jedoch recht viel, steht man oft vor dem Problem, daß man beim Umschalten plötzlich viel zu viel (Steg nach Griffbrett) oder aber viel zu wenig (Griffbrett nach Steg) Baß hat und zum Verstärker rennen muß, um die Bässe rein- oder rauszudrehen. Dies kann man vermeiden, wenn man eine Baßregelung in die E-Gitarre gleich mit einbaut. Man kann entweder einen Schalter verwenden, mit dem man Kondensatoren umschaltet, oder aber eine stufenlose Baßregelung vorsehen (siehe Bild 10). Welche von beiden man realisiert, kann man z.B. davon abhängig machen, ob man noch ein Potentiometer zur Verfügung hat, das man belegen kann. Denn viele Gitarristen möchten das Erscheinungsbild ihrer E-Gitarre nicht unbedingt total verändern. Auch diese Schaltung wird zwischen Ausgang Out1 und Eingang In2 des Vorverstärkers angeschlossen.


Lautstärkeregler mit Baßschalter          Lautstärkeregler mit Baßregler
Bild 10: Lautstärkeregler mit Baßschalter bzw. Baßregler

Es handelt sich in beiden Fällen um ein Hochpaßfilter mit umschaltbarer bzw. stufenlos einstellbarer Eckfrequenz, das tiefe Frequenzen je nach Eckfrequenz mehr oder minder stark dämpft. Die Werte der Kondensatoren hängen vom Ohmwert des Lautstärkepotis P1 ab. Man kann den Wert der Kondensatoren durch Vorgabe der Eckfrequenz zwar berechnen, aber die Auswirkung auf den Klang kann man dadurch nicht so einfach ergründen.

Bei der Lösung mit dem Baßschalter sollten Sie bei einem Ohmwert des Lautstärkepotis von 500 kΩ mit einem Wert von 2,2 nF beginnen und je nach gewünschter Baßabschwächung weiter verringern. Ist das Poti hochohmiger, müssen Sie den Wert des Kondensators um den gleichen Faktor geringer wählen. Am besten probieren Sie verschiedene Werte aus.

Bei der regelbaren Baßabschwächung ist die Sache einfacher: Sie sollten als P2 ein logarithmisches Potentiometer mit 100 kΩ, einen Kondensator mit 33 nF und einen Widerstand R mit 22 kΩ verwenden. Wichtig ist, daß das Lautstärkepotentiometer deutlich hochohmiger ist als P2. Es sollte bei der angegebenen Dimensionierung mindestens 500 kΩ besitzen. Ist Ihnen die Baßabschwächung nicht stark genug, können Sie den Wert von R bis auf ca. 10 kΩ reduzieren.


Zusammenschaltung

Da ich immer wieder eMails mit Fragen nach der Reihenfolge der Zusammenschaltung erhalte, möchte ich an dieser Stelle noch einmal die unter  Allgemeines geäußerte Warnung wiederholen: Wenn jemand solche Fragen stellt, beweist das, daß ihm das notwendige elektronische Grundverständnis völlig fehlt. Dementsprechend dürfte er wohl kaum in der Lage sein, seine Gitarre alleine umzubauen. Wenn es dann auch noch das erste elektronische Projekt ist, das angegangen werden soll, ist ein Scheitern mit dem Resultat einer völlig verbastelten Gitarre abzusehen.

Sollte sich jemand davon trotzdem nicht abhalten lassen wollen, hier die Reihenfolge:
  1. Tonabnehmer
  2. Schalter
  3. Kondensatorbank zur Änderung der Resonanzfrequenz
  4. Widerstand/Widerstände zur Änderung der Resonanzüberhöhung
  5. Verstärker
  6. Lautstärkeregler/Klangregler
  7. Impedanzwandler
  8. Ausgangsbuchse
Wenn der Umbau schiefgegangen ist, bitte nicht bei mir beschweren oder mich gar um Hilfe bitten!


Bauteile einkaufen

Bei den angegebenen Bauteilen handelt es sich um gängige Teile, die absolut handelsüblich sind. Erhältlich sind sie in jedem einigermaßen gut sortierten Geschäft, das elektronische Bauteile verkauft. Eventuell werden Sie auch im örtlichen Radio- und Fernsehhandel fündig, sofern daran eine Reparaturwerkstatt angegliedert ist. Andererseits gibt es erstklassig sortierte Versandhändler wie z.B. die Firma  Reichelt Elektronik, die neben den "Feld-, Wald- und Wiesenbauteilen" nicht nur auch sehr exotische Bauelemente sondern zudem auch Kleinstmengen zu fairen Konditionen liefert. Die Preise sind trotzdem sehr niedrig. Der im oben beschriebenen Impedanzwandler/Verstärker verwendete Operationsverstärker kostet beispielsweise nur ungefähr einen halben Euro. Auf der WebSite können Sie auch einen kostenlosen, gedruckten Katalog anfordern, dessen Auslieferung allerdings ein wenig Zeit in Anspruch nimmt. Dies ist offenbar ein Zugeständnis an die niedrige Kostenstruktur: Um nicht überzählige, in der Herstellung teure Kataloge, wegwerfen zu müssen, sammelt man wohl die Kataloganforderungen, um nach gewisser Zeit eine passende Anzahl drucken zu lassen. Derweil können Sie sich aber mit dem Online-Katalog behelfen.

Sie sollten wie empfohlen sogenannte Metallschichtwiderstände kaufen. Der Grund ist nicht, daß diese eine geringere Bauteiltoleranz besitzen als Kohleschichtwiderstände (1% statt 5% oder 10%), sondern daß diese weniger rauschen. Die läppischen paar Cent sollten Sie unbedingt ausgeben. Deutlich weniger kritisch sind die Kondensatoren. Zwar gibt es auch hier Qualitätsunterschiede, aber diese spielen für die Anwendung als Vorverstärker absolut keine Rolle. Sofern eine Spannungsfestigkeit angegeben ist, darf dieser Wert über- aber nicht unterschritten werden. Übertreiben Sie es aber nicht: Selbstverständlich kann man beispielsweise statt eines Kondensators mit einer Spannungsfestigkeit von 50 V auch einen mit 1000 V verwenden, aber erstens ist dieser von der Bauform her viel größer, zweitens ist er oft ein gutes Stück teurer und hat drittens keinerlei Vorteile.
  

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