Der Impedanzwandler im praktischen Einsatz
(Der vollstÀndige und stets aktuelle Artikel ist ebenfalls in der Knowledge Database der Guitar-Letters zu finden.)
Einleitung
Wer sich mit dem Thema Gitarrenelektronik beschĂ€ftigt, der wird frĂŒher oder spĂ€ter auch mit dem Impedanzwandler konfrontiert werden. DaĂ diese aktive Baugruppe von vielen Gitarristen abgelehnt oder zumindest skeptisch beurteilt wird, liegt eindeutig an dem weit verbreiteten Vorurteil, daĂ Transistoren ja angeblich schlecht "klingen" wĂŒrden. Sieht man sich einmal die Reviews zu den Impedanzwandlern der SB-1-Serie an, wird deutlich, daĂ das nicht so sein muĂ!
Bei den Guitar-Letters wurde der Impedanzwandler schon in den Artikeln "Impedanzwandler fĂŒr die Elektrogitarre" und "Der Einsatz eines Impedanzwandlers in der Elektrogitarre" behandelt. In diesem weiteren Artikel soll es nun um die konkrete Auswirkung des Impedanzwandlers im praktischen Einsatz gehen. Wie wirkt sich der Impedanzwandler aus, wie verĂ€ndert sich das Ăbertragungsverhalten und die Einstellbarkeit der Bedienelemente? Das sind die Fragen, die im weiteren Verlauf am Beispiel einer Stratocaster dargestellt werden sollen.
Aber wie kann man die praktischen Auswirkungen einer elektronischen Schaltung im schriftlicher Form darlegen? Antwort: Man macht es theopraktisch! Das Hilfsmittel dazu lautet: Simulation. Im Laufe der letzten Jahre habe ich einen wohl einmaligen Simulator entwickelt, der unter anderem das Ăbertragungsverhalten der verschiedenen Gitarrenelektroniken darstellen kann. Aus der Praxis weiĂ ich, daĂ die Ergebnisse einer solchen Simulation sich mit den praktischen HöreindrĂŒcken decken. Also kommt dieser Simulator, er heiĂt ĂŒbrigens GiSi, auch in diesem Fall zum Einsatz.
[img:617x339]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/GiSi2.0.jpg[/img]
Abbildung 1: Ein Blick auf GiSi
Wer simuliert, der muĂ auch sagen unter welchen Bedingungen die Simulation stattgefunden hat. Also, welche Schaltung und welche elektrischen Daten sind das mindeste. Besser noch wĂ€re auch eine Aussage ĂŒber das verwendete elektrische Modell der Schaltung. Also geht es zunĂ€chst um die Definition der Simulationen und anschlieĂend um die einzelnen Simulationen und deren Ergebnisse. Los geht es...
1. Futter fĂŒr den Simulanten
Simulationen fĂŒr elektronische Schaltungen gibt es eine ganze Menge. Die wohl bekannteste ist Spice, die fĂŒr diesen Fall - zumindest zum Teil - auch angewendet werden könnte. Aber egal, welchen Simulator man verwendet, muĂ zunĂ€chst geklĂ€rt werden, welche Schaltung oder welches Modell es zu simulieren gilt und welche Parameter zu simulieren sind.
1.1 Die Simulationsmodelle
Sehen wir uns zunÀchst die elektrische Ersatzschaltung der zu simulierenden Gitarrenelektronik an:
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Abbildung 2: Die Standardbeschaltung eines Tonabnehmers mit Tonblende, Volume und externer Belastung
In der Ersatzschaltung wird der magnetischen Tonabnehmer durch die Spannungsquelle U0, die SpuleninduktivitĂ€t Ls, den Gleichstromwiderstand Rs und die WicklungskapazitĂ€t Cs modelliert. Diese Bestandteile wurden, der besseren Ăbersichtlichkeit halber, in Blau dargestellt.
Die Tonblende (engl. Tone) wird durch die Bauelemente PT, RT und CT reprĂ€sentiert, wobei RT in den meisten Schaltungen einen Wert von 0 hat und darum weggelassen wird. Die LautstĂ€rkeeinstellung (engl. Volume) besteht aus dem als Spannungsteiler geschalteten Potentiometer PV. Beide Schaltungsteile wurden in GrĂŒn dargestellt.
Die externe Belastung wird durch die KabelkapazitÀt CK, den Eingangswiderstand des VerstÀrkers Rin und seiner EingangskapazitÀt Cin gebildet.
Mit dieser passiven Ersatzschaltung lĂ€Ăt sich das elektrische Ăbertragungsverhalten fast jede Elektrogitarre beschreiben. Das Ăbertragungsverhalten selber ist der Quotient aus den Spannungen Uout und U0. Aus ihm wird durch Betragsbildung der sogenannte Amplitudengang erzeugt, der dann in doppeltlogarithmischer Form grafisch dargestellt wird.
Als Grundlage fĂŒr alle folgenden Simulationen soll der Stratocastertonabnehmer dienen, dessen Werte Helmuth Lemme bereits 1977 veröffentlichte: Ls=2.2H, Cs=110pF, Rs=5.7kOhm.
Dazu kommen die fĂŒr die Strat typischen Werte fĂŒr Potentiometer und Tone-Kondensator: PT=250kOhm, CT=22nF, RT=0Ohm, PV=250kOhm. Die Charakteristik der Potentiometer ist logarithmisch mit einer ĂŒblichen Progression von 20%. Weitere Informationen zur Charakteristik von Potentiometern sind im Artikel "Potentiometer-Grundlagen" nachzulesen.
Als externe Belastung werden 6m Instrumentenkabel vom Typ "Sommer The Spirit" verwendet. Die KapazitĂ€t betrĂ€gt dann 468nF. FĂŒr die Simulation wird CK=470pF gesetzt.
FĂŒr den VerstĂ€rkereingang gilt: Rin=1MOhm, Cin=0pF
Als Impedanzwandler kommt ein "I-Pot" aus der SB-2P-Serie zum Einsatz. Er enthÀlt, neben dem eigentlichen Impedanzwandler, eine KapazitÀt CL=470pF zur Kabelemulation sowie ein niederohmiges Potentiometer PVI=20kOhm als LautstÀrkeeinsteller. Der Eingangswiderstand betrÀgt RIin=1MOhm.
[img:324x202]http://www.guitar-letter.de/Angebot/BufferUndAmps/Images/SB_2P_V2.jpg[/img]
Abbildung 3: Impedanzwandler aus der SB-2P-Serie ("I-Pot")
FĂŒr den theopraktischen Einsatz des Impedanzwandlers wird die passive Ersatzschaltung zwischen Tonblende und LautstĂ€rkeeinstellung in Gedanken aufgetrennt und die Ersatzschaltung des Impedanzwandlers dort eingefĂŒgt. Sie besteht aus der KapazitĂ€t CL, dem Eingangswiderstand RIin und einer gesteuerten idealen Spannungsquelle vâąUA. Da bei einem Impedanzwandler die SpannungsverstĂ€rkung v=1 betrĂ€gt, liegt am Ausgang des Impedanzwandlers ebenfalls die Spannung UA an. Bis auf den LautstĂ€rkeeinsteller werden die Bestandteile des Impedanzwandlers in Rot dargestellt.
[img:596x152]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/SCM_StratSB2.gif[/img]
Abbildung 4: Die Standardbeschaltung eines Tonabnehmers durch Impedanzwandler (rot) erweitert
In der Praxis ersetzt das "I-Pot" einfach das Volume-Poti als Baugruppe. Einfacher geht es kaum!
Vergleicht man Abbildung 3 und 4, dann ist festzustellen, daĂ durch den Einsatz des Impedanzwandlers der LautstĂ€rkeeinsteller PV dem Tonabnehmer als Belastung fehlt. An dieser Stelle sind beide Schaltungen also nicht ganz identisch. In der Folge kann man erwarten, daĂ die AusprĂ€gung der Resonanzfrequenz, also die GĂŒte der Schaltung, fĂŒr den Betrieb mit Impedanzwandler etwas gröĂer sein wird.
1.2 Simulationen
Nachdem geklĂ€rt wurde, welche Modelle Grundlage der Simulationen sein sollen und welche Werte die einzelnen Bauteile haben, geht es jetzt darum festzulegen, was eigentlich simuliert werden soll. Da es uns darum geht, Unterschiede darzustellen muĂ grundsĂ€tzlich jede Simulation fĂŒr beide Schaltungsvarianten durchgefĂŒhrt werden.
Die Existenz zweier kontinuierlicher Einsteller (Volume und Tone) ergibt natĂŒrlich eine unendliche Anzahl von Kombinationsmöglichkeiten. Wir beschrĂ€nken uns daher auf den klassischen Fall "Alles auf", den die meisten Musiker verwenden.
BezĂŒglich der Einsteller sind immer wieder Diskussionen zum Thema "Logarithmisch oder Linear"? zu finden. Also mĂŒssen wir uns auch die Einstellbarkeit vom LautstĂ€rkeeinstellung und Tonblende, also deren LinearitĂ€t, ansehen.
Unter dem Strich sind fĂŒr die beiden Schaltungsvarianten je drei Simulationen notwendig, deren Ergebnisse dann gegenĂŒbergestellt werden:
2. Simulation 1: "Alles auf"
"Alles auf" heiĂt nichts anderes, als das der Drehwinkel von Volume und Tone 100% betrĂ€gt. Die Elektrogitarre kann also ihre maximale Spannung und maximale "Höhen" liefern. Viele Gitarristen nutzen diesen Betriebsmodus ausschlieĂlich, weil alle anderen Einstellungen den Klang "schlecht" machen; so kann man es zumindest hĂ€ufig hören oder lesen. Der LautstĂ€rkeeinsteller dient dann allenfalls als Ausschalter fĂŒr Spielpausen.
FĂŒr diesen Betriebsmodus lassen sich insgesamt drei Simulationen machen, denn die Kabelemulation des SB-2 lĂ€Ăt sich per Jumper abschalten. Hier sind die drei AmplitudengĂ€nge:
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/AmpGang_Strat_SB_2P.gif[/img]
Abbildung 5: Die drei AmplitudengĂ€nge fĂŒr den Fall "Alles auf"
Die passive Stratocaster liefert mit den in Kapitel 1 genannten Dimensionierungen eine Resonanzfrequenz von 4,091kHz mit einer Spitze von 4,02dB, was einer GĂŒte von 1,63 entspricht. Diese blaue Kurve ist quasi unsere Referenz, mit der sich die Impedanzwandlervariante messen lassen muĂ. Weniger geht nicht, mehr ist unter UmstĂ€nden zu akzeptieren.
Baut man den Impedanzwandler wie in Abbildung 4 ein, dann entsteht der rote Amplitudengang. Die Resonanzfrequenz liegt mit 4,335kHz um 244Hz höher und auch die Spitze ist mit 8dB um 3,98dB gröĂer. Dieses "Mehr" an "Höhen" ist in der Praxis deutlich wahrnehmbar! Noch krasser wird es, wenn die Kabelemulation ausgeschaltet wird (GrĂŒn). Jetzt liegt die Resonanz bei 8,846kHz mit einer Spitze von 3,05dB. Ob beide FĂ€lle nun gut oder schlecht sind, muĂ allerdings noch diskutiert werden. ZunĂ€chst ist einfach festzustellen, daĂ sich durch den Einsatz des Impedanzwandlers der Klang der Elektrogitarre verĂ€ndert.
Aber eigentlich soll der Impedanzwandler den Klang doch nicht verĂ€ndern! Nun, das macht er tatsĂ€chlich auch nicht, aber die verringerte ohmsche Belastung durch das Fehlen des LautstĂ€rkeeinstellers PV fĂŒhrt zu einer Ănderung, auch wenn die gleiche kapazitive Belastung (hier 470pF) vorgesehen wird. Ohne diese kapazitive Last ergeben sich schon fast akustische Klangfarben. Wer darauf steht, wird hier also gut bedient. Kombiniert man den Impedanzwandler mit einem vorgeschalteten C-Switch, dann kann die Resonanzfrequenz nach Belieben nach unten verringern werden. FĂŒr die Stratocaster könnte dann gelten: "Raus mit der zweiten Tonblende und rein mit dem C-Switch!" "Vintage-Strat" und "Texas Special" in einer Gitarre; das "I-Pot" macht es möglich!
Kommen wir noch einmal zurĂŒck zur roten Kurve. Sie sollte eigentlich deckungsgleich mit der blauen Kurve - unserer Referenz - sein. Da das Volume-Poti aber fehlt... Tja, ist eine so groĂe GĂŒte nun gut oder schlecht? Die Antwort finden wir, wenn wir das Tone-Poti durch ein NoLoad-Poti ersetzen (siehe dazu der Artikel "Die Klangeinstellung in der Elektrogitarre"), dann entsteht interessanterweise ebenfalls die rote Kurve. Wenn Fender diese starke Resonanzspitze fĂŒr "teuer Geld" (7 bis 10 Euro) unter das musizierende Volk bringt, kann das, was das "I-Pot" erzeugt ja nicht wirklich schlecht sein, oder?
Was wĂŒrde denn geschehen, wenn wir die Tonblende langsam "zudrehen"? Sagen wir mal in Zweiprozentschritten. Also, her mit dem Simulator und...
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/NoLoadToStd.gif[/img]
Abbildung 6: Ăbergang der Tonblende von "aktiv" zu "passiv"
... tatsĂ€chlich erreichen wir bei einem Drehwinkel von 85% genau die blaue Referenzkurve. Der Ăbergang zwischen der roten und der blauen Kurve erfolgt also kontinuierlich und nicht sprunghaft, wie beim NoLoad-Poti. Allein dieser Unterschied ist als Vorteil zu werten. Wer den ursprĂŒnglichen passiven Zustand mit Impedanzwandler haben will, der muĂ einfach nur die Tonblende nutzen und sie etwas "zudrehen" Der alte Sound ist also nicht verloren, sondern er liegt nur an einer anderen "Stelle"! Tonblendenmuffel werden dann natĂŒrlich irgendetwas von Sch...-Sound murmeln und der ganzen Sache so irgendwie doch Unrecht tun...
Fazit: Durch diesen besonderen Impedanzwandler wird der Klang der Stratocaster also hin zu mehr Höhen erweitert. Dadurch erhĂ€lt der Musiker natĂŒrlich mehr Einstellmöglichkeiten. Ist die Höhenerweiterung nicht gewĂŒnscht, dann wird einfach ein Widerstand von 240kOhm oder 270kOhm parallel zum Eingang des Impedanzwandlers geschaltet und die rote Kurve nimmt dann den gleichen Verlauf ein, wie die blaue Kurve. Dann ist der Impedanzwandler tatsĂ€chlich nicht zu hören.
3. Simulation 2: LautstÀrkeeinstellung (Volume)
Die LautstĂ€rkeeinstellung wird von vielen Gitarristen geradezu stiefmĂŒtterlich behandelt. Die BegrĂŒndung dafĂŒr lautet ganz einfach: "Höhenklau". Man verringert die LautstĂ€rke und schon sind die Höhen verschwunden, obwohl man es doch nur leiser haben wollte.
[img:400x227]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/VolumeVariStratPassiv.gif[/img][img:399x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/VolumeVariSB_2P.gif[/img]
Abbildung 7: Verlauf der LautstÀrkeeinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und ohne (links)
Volume runter, Gitarre leise, Höhen weg. Das ist der sogenannte "Höhenklau" (linkes Bild). Die meisten Gitarristen schĂ€tzen das gar nicht und bauen einen Treble-Bleed ein (weitere Infos dazu sind im Artikel "Die LautstĂ€rkeeinstellung in der Elektrogitarre" zu finden), ĂŒber dessen Dimensionierung man seit Jahren im Internet keine vernĂŒnftige Einigung erzielt, weil es einfach keine allgemeine Lösung gibt... bis auf das "I-Pot". Volume runter, Gitarre leise, Höhen immer noch da (rechtes Bild)! So muĂ das sein, oder?
Der "Höhenklau" ist auch in den selektiven LinearitĂ€ten der passiven LautstĂ€rkeeinstellung wiederzufinden. Theoretisch sollten alle drei Kurven im linken Bild von Abbildung 8 den Verlauf der roten Kurve haben, mit allenfalls einem konstanten Offset, aber in der Praxis werden Resonanzfrequenz fr (blau) und die Grenzfrequenz fg (grĂŒn) unterschiedlich stark in AbhĂ€ngigkeit des normierten Drehwinkels a gedĂ€mpft. Die "schĂ€ndliche" KabelkapazitĂ€t macht es eben möglich!
[img:400x227]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/VolumeLinStratPassiv.gif[/img][img:400x227]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/VolumeLinSB_2P.gif[/img]
Abbildung 8: LinearitÀt der LautstÀrkeeinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und ohne (links)
Man erkennt, daĂ die Steigung der blauen Kurve zunĂ€chst deutlich gröĂer ist. Die LautstĂ€rkeabnahme ist bei der Resonanzfrequenz also am Anfang am stĂ€rksten - eben der "Höhenklau"! Mit Impedanzwandler verlaufen dann alle drei Kurven ĂŒber weite Strecken parallel (rechts).
NatĂŒrlich kann man das Kabel jetzt noch lĂ€nger als 6m machen. Das "I-Pot" ist in der Lage eine kapazitive Last von 1nF zu treiben. Das sind dann immerhin 12m Sommer The Spirit! Selbst bei 24m Kabel Ă€ndert sich am Verhalten der LautstĂ€rkeeinstellung in der Simulation nichts. Allerdings wird der Impedanzwandler in der Praxis dann ĂŒberlastet und es kommt zu nichtlinearen Verzerrungen, die von der Simulation jedoch nicht berĂŒcksichtigt werden.
Fazit: Durch den Impedanzwandler erhalten wir endlich eine "amtliche" Lösung fĂŒr das Problem des "Höhenklaus". Treble-Bleeds jeglicher Art können jetzt getrost in die Schublade oder gar auf den MĂŒll wandern und darĂŒber hinaus hat das Instrumentenkabel jetzt keinen EinfluĂ mehr auf den Klang des Instrumentes. Was will man mehr?
4. Simulation 3: Tonblende (Tone)
Als nÀchstes wenden wir uns der Tonblende zu. Wir verringern den Drehwinkel in Schritten von 10%. In der folgenden Abbildung wird links wieder das Ergebnis der passive Schaltung und rechts das der Impedanzwandlervariante dargestellt.
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariStratPassiv.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariSB_2P.gif[/img]
Abbildung 9: Verlauf der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und ohne (links)
FĂŒr die Tonblende sind die Anfangs- und die Endresonanz charakteristisch. Die Anfangsresonanz entspricht dem schon in Kapitel 1 ermittelten Wertepaar: 4,091kHz / 4,02dB. Dreht man die Tonblende ganz zu, ist die Resonanz 651,4Hz / 4,37dB. Diese Lage wird von vielen Musikern schon einfach als "dumpf" empfunden. Bei anderen Tonabnehmern oder gröĂeren Tone-Kondensatoren kann die Resonanzfrequenz durchaus bis auf 400Hz absinken. Wenn dann noch ein lineares Tone-Poti dazu kommt, hat man tatsĂ€chlich nur noch die Wahl zwischen dumpf und nicht dumpf, aber das ist jetzt nicht der Punkt.
Mit Impedanzwandler betrÀgt die Anfangsresonanz 4,335kHz / 8dB, was auch schon bekannt ist. Die Endresonanz ist mit der passiven Variante durchaus zu vergleichen: 651,8Hz / 4,99dB. Der kleine Unterschied ist wieder der fehlenden Belastung von PV zuzuschreiben und wird nicht auftreten, wenn man am Eingang des Impedanzwandlers einen parallelen Widerstand von 250kOhm vorsieht.
Der Unterschied besteht also lediglich in der stÀrkeren AusprÀgung der Anfangsresonanz bei der Impedanzwandlervariante. Sie erreicht bereits bei einem Drehwinkel von 85% den maximalen Wert der passiven Variante. Das spiegelt sich auch im Vergleich der beiden LinearitÀten der Resonanzfrequenz fr (rote Kurve) wieder.
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinStratPassiv.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinSB_2P.gif[/img]
Abbildung 10: LinearitÀt der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und ohne (links)
Die LinearitĂ€t der passiven Schaltung betrĂ€gt 89,3%. Der Impedanzwandler liefert eine etwas gröĂere LinearitĂ€t von 92,6%. Dieser Unterschied kommt allein dadurch zustande, daĂ die aktive Schaltung ĂŒber eine stĂ€rkere Resonanzspitze verfĂŒgt. Man kann es sich so vorstellen, also ob die Tonblende im passiven Betrieb einen Drehwinkel von 115% aufweist (was praktisch natĂŒrlich unmöglich ist). Bei diesen zusĂ€tzlichen 15% ist der Verlauf der LinearitĂ€tskurve aber sehr "gerade". In der aktiven Varianten werden diese 115% auf praktisch mögliche 100% "zusammengedrĂŒckt". Die resultierende Kurve ist dann aber trotzdem "gerader" und damit lĂ€Ăt sich die Verbesserung der LinearitĂ€t auch erklĂ€ren.
Ăber alles betrachtet ergibt sich fĂŒr die Tonblende durch den Einsatz des Impedanzwandlers also kein so bemerkenswerter Unterschied. Aber irgendwie mĂŒssen wir doch noch einen Vorteil an den Haaren "herbeiziehen" können. Dazu bekommt unsere passive Stratocaster jetzt ein NoLoad-Poti, damit die Anfangsresonanzen auch vergleichbar sind und wir nicht Ăpfel mit Birnen...
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariStratPassivNoLoad.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariSB_2P.gif[/img]
Abbildung 11: Verlauf der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und passiv mit NoLoad-Poti (links)
Hier ist nun wirklich kein Unterschied mehr zu erkennen, aber wenn man einen Blick auf die LinearitÀten wirft, dann ist der Sprung beim NoLoad-Poti im linken Teilbild deutlich zu erkennen.
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinStratPassivNoLoad.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinSB_2P.gif[/img]
Abbildung 12: LinearitÀt der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und passiv mit NoLoad-Poti (links)
Die LinearitĂ€t der NoLoad-Poti-Lösung betrĂ€gt 89,9% und ist damit sogar noch etwas gröĂer als bei der passiven Lösung mit Standard-Tonblende. Hmm, das ist jetzt aber doof! Aber dieser Wert ist das Ergebnis einer linearen Regression, die von 20% bis 100% Drehwinkel lĂ€uft. Der Sprung sorgt hier also fĂŒr einen besseren Wert, der in der Praxis freilich nicht da ist. Soviel also zur Theorie.
NatĂŒrlich kann man die Anfangsresonanz der passiven Schaltung auch vergöĂern, ohne den Sprung zu haben. Man muĂ einfach nur ein Potentiometer mit einem gröĂeren Kennwiderstand nehmen. 2,5MOhm zum Beispiel (wo auch immer man das herbekommt).
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariStratPassiv2M5.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariSB_2P.gif[/img]
Abbildung 13: Verlauf der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und passiv mit 2,5MOhm-Poti (links)
Hmm, die Anfangsresonanz erreicht mit einer Spitze von 7,49dB nicht ganz die geforderten 8dB, aber ein "gröĂeres" Poti wird man wohl kaum finden. Also leben wir mit diesem kleinen Makel, der aber lĂ€ngst nicht der einzige ist, denn die Einstellbarkeit ist schlicht und ergreifend "zum Teufel"!
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinStratPassiv2M5.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinSB_2P.gif[/img]
Abbildung 14: LinearitÀt der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und passiv mit 2,5MOhm-Poti (links)
Das wird auch durch die LinearitĂ€t bestĂ€tigt, die nur noch 57,6% betrĂ€gt. Das Poti ist im Vergleich zum Tone-Kondensator, viel zu hochohmig. Damit ist die LinearitĂ€t absolut mit einer Tonblende mit linearem Tone-Poti zu vergleichen und das wird nun wirklich niemanden glĂŒcklich machen, denn zwischen 100% und 40% des Drehwinkels passiert quasi nichts! Das Poti wirkt da eher wie ein Schalter zwischen dumpf und nicht dumpf. DaĂ man einen solchen Einsteller in der Praxis dann kaum nutzt, ist gut nachzuvollziehen.
Da hĂ€tten wir schluĂendlich also doch noch einen handfesten Vorteil fĂŒr den Einsatz unseres Impedanzwandlers gefunden: Möchte man eine vergröĂerte Anfangsresonanz und eine gute kontinuierlich Einstellbarkeit der Tonblende haben, dann hat das "I-Pot" eindeutig die Nase vorn! Das teure NoLoad-Poti mit seinem "sprunghaften" Verhalten kann man nun also getrost beim HĂ€ndler lassen!
Fazit
Anhand der durchgefĂŒhrten Simulationen konnte nachgewiesen werden, daĂ der Einsatz eines Impedanzwandlers, wie zum Beispiel dem "I-Pot", in der Stratocaster eine ganze Reihe von Vorteilen bietet. Man erhĂ€lt dadurch
Aber natĂŒrlich kann man einen solchen Impedanzwandler auch in anderen Elektrogitarren nutzbringend verwenden. In des Onkels "Pauline", einer alten Aria Pro II PE-60BG, sitzt zum Beispiel so ein Impedanzwandler, der um je einen optimierten C-Switch fĂŒr jeden Tonabnehmer ergĂ€nzt wurde.
[img:600x210]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/PaulineAktiv.jpg[/img]
Abbildung 15: Pauline
Welche klanglichen Werte sich in Ihrem Inneren befinden, sieht man ihr indes nicht an. Eine kurze Demonstration ihrer Klangmöglichkeiten wurde auf dem ersten Zollner-Workshop in Regensburg im Herbst 2012 auf der abendlichen Session gegeben und hat dort durchaus fĂŒr Erstaunen gesorgt.
Ulf
(Der vollstÀndige und stets aktuelle Artikel ist ebenfalls in der Knowledge Database der Guitar-Letters zu finden.)
(Der vollstÀndige und stets aktuelle Artikel ist ebenfalls in der Knowledge Database der Guitar-Letters zu finden.)
Einleitung
Wer sich mit dem Thema Gitarrenelektronik beschĂ€ftigt, der wird frĂŒher oder spĂ€ter auch mit dem Impedanzwandler konfrontiert werden. DaĂ diese aktive Baugruppe von vielen Gitarristen abgelehnt oder zumindest skeptisch beurteilt wird, liegt eindeutig an dem weit verbreiteten Vorurteil, daĂ Transistoren ja angeblich schlecht "klingen" wĂŒrden. Sieht man sich einmal die Reviews zu den Impedanzwandlern der SB-1-Serie an, wird deutlich, daĂ das nicht so sein muĂ!
Bei den Guitar-Letters wurde der Impedanzwandler schon in den Artikeln "Impedanzwandler fĂŒr die Elektrogitarre" und "Der Einsatz eines Impedanzwandlers in der Elektrogitarre" behandelt. In diesem weiteren Artikel soll es nun um die konkrete Auswirkung des Impedanzwandlers im praktischen Einsatz gehen. Wie wirkt sich der Impedanzwandler aus, wie verĂ€ndert sich das Ăbertragungsverhalten und die Einstellbarkeit der Bedienelemente? Das sind die Fragen, die im weiteren Verlauf am Beispiel einer Stratocaster dargestellt werden sollen.
Aber wie kann man die praktischen Auswirkungen einer elektronischen Schaltung im schriftlicher Form darlegen? Antwort: Man macht es theopraktisch! Das Hilfsmittel dazu lautet: Simulation. Im Laufe der letzten Jahre habe ich einen wohl einmaligen Simulator entwickelt, der unter anderem das Ăbertragungsverhalten der verschiedenen Gitarrenelektroniken darstellen kann. Aus der Praxis weiĂ ich, daĂ die Ergebnisse einer solchen Simulation sich mit den praktischen HöreindrĂŒcken decken. Also kommt dieser Simulator, er heiĂt ĂŒbrigens GiSi, auch in diesem Fall zum Einsatz.
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Abbildung 1: Ein Blick auf GiSi
Wer simuliert, der muĂ auch sagen unter welchen Bedingungen die Simulation stattgefunden hat. Also, welche Schaltung und welche elektrischen Daten sind das mindeste. Besser noch wĂ€re auch eine Aussage ĂŒber das verwendete elektrische Modell der Schaltung. Also geht es zunĂ€chst um die Definition der Simulationen und anschlieĂend um die einzelnen Simulationen und deren Ergebnisse. Los geht es...
1. Futter fĂŒr den Simulanten
Simulationen fĂŒr elektronische Schaltungen gibt es eine ganze Menge. Die wohl bekannteste ist Spice, die fĂŒr diesen Fall - zumindest zum Teil - auch angewendet werden könnte. Aber egal, welchen Simulator man verwendet, muĂ zunĂ€chst geklĂ€rt werden, welche Schaltung oder welches Modell es zu simulieren gilt und welche Parameter zu simulieren sind.
1.1 Die Simulationsmodelle
Sehen wir uns zunÀchst die elektrische Ersatzschaltung der zu simulierenden Gitarrenelektronik an:
[img:426x152]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/SCM_StratPassiv.gif[/img]
Abbildung 2: Die Standardbeschaltung eines Tonabnehmers mit Tonblende, Volume und externer Belastung
In der Ersatzschaltung wird der magnetischen Tonabnehmer durch die Spannungsquelle U0, die SpuleninduktivitĂ€t Ls, den Gleichstromwiderstand Rs und die WicklungskapazitĂ€t Cs modelliert. Diese Bestandteile wurden, der besseren Ăbersichtlichkeit halber, in Blau dargestellt.
Die Tonblende (engl. Tone) wird durch die Bauelemente PT, RT und CT reprĂ€sentiert, wobei RT in den meisten Schaltungen einen Wert von 0 hat und darum weggelassen wird. Die LautstĂ€rkeeinstellung (engl. Volume) besteht aus dem als Spannungsteiler geschalteten Potentiometer PV. Beide Schaltungsteile wurden in GrĂŒn dargestellt.
Die externe Belastung wird durch die KabelkapazitÀt CK, den Eingangswiderstand des VerstÀrkers Rin und seiner EingangskapazitÀt Cin gebildet.
Mit dieser passiven Ersatzschaltung lĂ€Ăt sich das elektrische Ăbertragungsverhalten fast jede Elektrogitarre beschreiben. Das Ăbertragungsverhalten selber ist der Quotient aus den Spannungen Uout und U0. Aus ihm wird durch Betragsbildung der sogenannte Amplitudengang erzeugt, der dann in doppeltlogarithmischer Form grafisch dargestellt wird.
Als Grundlage fĂŒr alle folgenden Simulationen soll der Stratocastertonabnehmer dienen, dessen Werte Helmuth Lemme bereits 1977 veröffentlichte: Ls=2.2H, Cs=110pF, Rs=5.7kOhm.
Dazu kommen die fĂŒr die Strat typischen Werte fĂŒr Potentiometer und Tone-Kondensator: PT=250kOhm, CT=22nF, RT=0Ohm, PV=250kOhm. Die Charakteristik der Potentiometer ist logarithmisch mit einer ĂŒblichen Progression von 20%. Weitere Informationen zur Charakteristik von Potentiometern sind im Artikel "Potentiometer-Grundlagen" nachzulesen.
Als externe Belastung werden 6m Instrumentenkabel vom Typ "Sommer The Spirit" verwendet. Die KapazitĂ€t betrĂ€gt dann 468nF. FĂŒr die Simulation wird CK=470pF gesetzt.
FĂŒr den VerstĂ€rkereingang gilt: Rin=1MOhm, Cin=0pF
Als Impedanzwandler kommt ein "I-Pot" aus der SB-2P-Serie zum Einsatz. Er enthÀlt, neben dem eigentlichen Impedanzwandler, eine KapazitÀt CL=470pF zur Kabelemulation sowie ein niederohmiges Potentiometer PVI=20kOhm als LautstÀrkeeinsteller. Der Eingangswiderstand betrÀgt RIin=1MOhm.
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Abbildung 3: Impedanzwandler aus der SB-2P-Serie ("I-Pot")
FĂŒr den theopraktischen Einsatz des Impedanzwandlers wird die passive Ersatzschaltung zwischen Tonblende und LautstĂ€rkeeinstellung in Gedanken aufgetrennt und die Ersatzschaltung des Impedanzwandlers dort eingefĂŒgt. Sie besteht aus der KapazitĂ€t CL, dem Eingangswiderstand RIin und einer gesteuerten idealen Spannungsquelle vâąUA. Da bei einem Impedanzwandler die SpannungsverstĂ€rkung v=1 betrĂ€gt, liegt am Ausgang des Impedanzwandlers ebenfalls die Spannung UA an. Bis auf den LautstĂ€rkeeinsteller werden die Bestandteile des Impedanzwandlers in Rot dargestellt.
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Abbildung 4: Die Standardbeschaltung eines Tonabnehmers durch Impedanzwandler (rot) erweitert
In der Praxis ersetzt das "I-Pot" einfach das Volume-Poti als Baugruppe. Einfacher geht es kaum!
Vergleicht man Abbildung 3 und 4, dann ist festzustellen, daĂ durch den Einsatz des Impedanzwandlers der LautstĂ€rkeeinsteller PV dem Tonabnehmer als Belastung fehlt. An dieser Stelle sind beide Schaltungen also nicht ganz identisch. In der Folge kann man erwarten, daĂ die AusprĂ€gung der Resonanzfrequenz, also die GĂŒte der Schaltung, fĂŒr den Betrieb mit Impedanzwandler etwas gröĂer sein wird.
1.2 Simulationen
Nachdem geklĂ€rt wurde, welche Modelle Grundlage der Simulationen sein sollen und welche Werte die einzelnen Bauteile haben, geht es jetzt darum festzulegen, was eigentlich simuliert werden soll. Da es uns darum geht, Unterschiede darzustellen muĂ grundsĂ€tzlich jede Simulation fĂŒr beide Schaltungsvarianten durchgefĂŒhrt werden.
Die Existenz zweier kontinuierlicher Einsteller (Volume und Tone) ergibt natĂŒrlich eine unendliche Anzahl von Kombinationsmöglichkeiten. Wir beschrĂ€nken uns daher auf den klassischen Fall "Alles auf", den die meisten Musiker verwenden.
BezĂŒglich der Einsteller sind immer wieder Diskussionen zum Thema "Logarithmisch oder Linear"? zu finden. Also mĂŒssen wir uns auch die Einstellbarkeit vom LautstĂ€rkeeinstellung und Tonblende, also deren LinearitĂ€t, ansehen.
Unter dem Strich sind fĂŒr die beiden Schaltungsvarianten je drei Simulationen notwendig, deren Ergebnisse dann gegenĂŒbergestellt werden:
- Amplitudengang fĂŒr den Fall "Alles auf",
- die LinearitÀt der LautstÀrkeeinstellung und
- die LinearitÀt der Tonblende.
2. Simulation 1: "Alles auf"
"Alles auf" heiĂt nichts anderes, als das der Drehwinkel von Volume und Tone 100% betrĂ€gt. Die Elektrogitarre kann also ihre maximale Spannung und maximale "Höhen" liefern. Viele Gitarristen nutzen diesen Betriebsmodus ausschlieĂlich, weil alle anderen Einstellungen den Klang "schlecht" machen; so kann man es zumindest hĂ€ufig hören oder lesen. Der LautstĂ€rkeeinsteller dient dann allenfalls als Ausschalter fĂŒr Spielpausen.
FĂŒr diesen Betriebsmodus lassen sich insgesamt drei Simulationen machen, denn die Kabelemulation des SB-2 lĂ€Ăt sich per Jumper abschalten. Hier sind die drei AmplitudengĂ€nge:
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/AmpGang_Strat_SB_2P.gif[/img]
Abbildung 5: Die drei AmplitudengĂ€nge fĂŒr den Fall "Alles auf"
Die passive Stratocaster liefert mit den in Kapitel 1 genannten Dimensionierungen eine Resonanzfrequenz von 4,091kHz mit einer Spitze von 4,02dB, was einer GĂŒte von 1,63 entspricht. Diese blaue Kurve ist quasi unsere Referenz, mit der sich die Impedanzwandlervariante messen lassen muĂ. Weniger geht nicht, mehr ist unter UmstĂ€nden zu akzeptieren.
Baut man den Impedanzwandler wie in Abbildung 4 ein, dann entsteht der rote Amplitudengang. Die Resonanzfrequenz liegt mit 4,335kHz um 244Hz höher und auch die Spitze ist mit 8dB um 3,98dB gröĂer. Dieses "Mehr" an "Höhen" ist in der Praxis deutlich wahrnehmbar! Noch krasser wird es, wenn die Kabelemulation ausgeschaltet wird (GrĂŒn). Jetzt liegt die Resonanz bei 8,846kHz mit einer Spitze von 3,05dB. Ob beide FĂ€lle nun gut oder schlecht sind, muĂ allerdings noch diskutiert werden. ZunĂ€chst ist einfach festzustellen, daĂ sich durch den Einsatz des Impedanzwandlers der Klang der Elektrogitarre verĂ€ndert.
Aber eigentlich soll der Impedanzwandler den Klang doch nicht verĂ€ndern! Nun, das macht er tatsĂ€chlich auch nicht, aber die verringerte ohmsche Belastung durch das Fehlen des LautstĂ€rkeeinstellers PV fĂŒhrt zu einer Ănderung, auch wenn die gleiche kapazitive Belastung (hier 470pF) vorgesehen wird. Ohne diese kapazitive Last ergeben sich schon fast akustische Klangfarben. Wer darauf steht, wird hier also gut bedient. Kombiniert man den Impedanzwandler mit einem vorgeschalteten C-Switch, dann kann die Resonanzfrequenz nach Belieben nach unten verringern werden. FĂŒr die Stratocaster könnte dann gelten: "Raus mit der zweiten Tonblende und rein mit dem C-Switch!" "Vintage-Strat" und "Texas Special" in einer Gitarre; das "I-Pot" macht es möglich!
Kommen wir noch einmal zurĂŒck zur roten Kurve. Sie sollte eigentlich deckungsgleich mit der blauen Kurve - unserer Referenz - sein. Da das Volume-Poti aber fehlt... Tja, ist eine so groĂe GĂŒte nun gut oder schlecht? Die Antwort finden wir, wenn wir das Tone-Poti durch ein NoLoad-Poti ersetzen (siehe dazu der Artikel "Die Klangeinstellung in der Elektrogitarre"), dann entsteht interessanterweise ebenfalls die rote Kurve. Wenn Fender diese starke Resonanzspitze fĂŒr "teuer Geld" (7 bis 10 Euro) unter das musizierende Volk bringt, kann das, was das "I-Pot" erzeugt ja nicht wirklich schlecht sein, oder?
Was wĂŒrde denn geschehen, wenn wir die Tonblende langsam "zudrehen"? Sagen wir mal in Zweiprozentschritten. Also, her mit dem Simulator und...
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/NoLoadToStd.gif[/img]
Abbildung 6: Ăbergang der Tonblende von "aktiv" zu "passiv"
... tatsĂ€chlich erreichen wir bei einem Drehwinkel von 85% genau die blaue Referenzkurve. Der Ăbergang zwischen der roten und der blauen Kurve erfolgt also kontinuierlich und nicht sprunghaft, wie beim NoLoad-Poti. Allein dieser Unterschied ist als Vorteil zu werten. Wer den ursprĂŒnglichen passiven Zustand mit Impedanzwandler haben will, der muĂ einfach nur die Tonblende nutzen und sie etwas "zudrehen" Der alte Sound ist also nicht verloren, sondern er liegt nur an einer anderen "Stelle"! Tonblendenmuffel werden dann natĂŒrlich irgendetwas von Sch...-Sound murmeln und der ganzen Sache so irgendwie doch Unrecht tun...
Fazit: Durch diesen besonderen Impedanzwandler wird der Klang der Stratocaster also hin zu mehr Höhen erweitert. Dadurch erhĂ€lt der Musiker natĂŒrlich mehr Einstellmöglichkeiten. Ist die Höhenerweiterung nicht gewĂŒnscht, dann wird einfach ein Widerstand von 240kOhm oder 270kOhm parallel zum Eingang des Impedanzwandlers geschaltet und die rote Kurve nimmt dann den gleichen Verlauf ein, wie die blaue Kurve. Dann ist der Impedanzwandler tatsĂ€chlich nicht zu hören.
3. Simulation 2: LautstÀrkeeinstellung (Volume)
Die LautstĂ€rkeeinstellung wird von vielen Gitarristen geradezu stiefmĂŒtterlich behandelt. Die BegrĂŒndung dafĂŒr lautet ganz einfach: "Höhenklau". Man verringert die LautstĂ€rke und schon sind die Höhen verschwunden, obwohl man es doch nur leiser haben wollte.
[img:400x227]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/VolumeVariStratPassiv.gif[/img][img:399x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/VolumeVariSB_2P.gif[/img]
Abbildung 7: Verlauf der LautstÀrkeeinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und ohne (links)
Volume runter, Gitarre leise, Höhen weg. Das ist der sogenannte "Höhenklau" (linkes Bild). Die meisten Gitarristen schĂ€tzen das gar nicht und bauen einen Treble-Bleed ein (weitere Infos dazu sind im Artikel "Die LautstĂ€rkeeinstellung in der Elektrogitarre" zu finden), ĂŒber dessen Dimensionierung man seit Jahren im Internet keine vernĂŒnftige Einigung erzielt, weil es einfach keine allgemeine Lösung gibt... bis auf das "I-Pot". Volume runter, Gitarre leise, Höhen immer noch da (rechtes Bild)! So muĂ das sein, oder?
Der "Höhenklau" ist auch in den selektiven LinearitĂ€ten der passiven LautstĂ€rkeeinstellung wiederzufinden. Theoretisch sollten alle drei Kurven im linken Bild von Abbildung 8 den Verlauf der roten Kurve haben, mit allenfalls einem konstanten Offset, aber in der Praxis werden Resonanzfrequenz fr (blau) und die Grenzfrequenz fg (grĂŒn) unterschiedlich stark in AbhĂ€ngigkeit des normierten Drehwinkels a gedĂ€mpft. Die "schĂ€ndliche" KabelkapazitĂ€t macht es eben möglich!
[img:400x227]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/VolumeLinStratPassiv.gif[/img][img:400x227]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/VolumeLinSB_2P.gif[/img]
Abbildung 8: LinearitÀt der LautstÀrkeeinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und ohne (links)
Man erkennt, daĂ die Steigung der blauen Kurve zunĂ€chst deutlich gröĂer ist. Die LautstĂ€rkeabnahme ist bei der Resonanzfrequenz also am Anfang am stĂ€rksten - eben der "Höhenklau"! Mit Impedanzwandler verlaufen dann alle drei Kurven ĂŒber weite Strecken parallel (rechts).
NatĂŒrlich kann man das Kabel jetzt noch lĂ€nger als 6m machen. Das "I-Pot" ist in der Lage eine kapazitive Last von 1nF zu treiben. Das sind dann immerhin 12m Sommer The Spirit! Selbst bei 24m Kabel Ă€ndert sich am Verhalten der LautstĂ€rkeeinstellung in der Simulation nichts. Allerdings wird der Impedanzwandler in der Praxis dann ĂŒberlastet und es kommt zu nichtlinearen Verzerrungen, die von der Simulation jedoch nicht berĂŒcksichtigt werden.
Fazit: Durch den Impedanzwandler erhalten wir endlich eine "amtliche" Lösung fĂŒr das Problem des "Höhenklaus". Treble-Bleeds jeglicher Art können jetzt getrost in die Schublade oder gar auf den MĂŒll wandern und darĂŒber hinaus hat das Instrumentenkabel jetzt keinen EinfluĂ mehr auf den Klang des Instrumentes. Was will man mehr?
4. Simulation 3: Tonblende (Tone)
Als nÀchstes wenden wir uns der Tonblende zu. Wir verringern den Drehwinkel in Schritten von 10%. In der folgenden Abbildung wird links wieder das Ergebnis der passive Schaltung und rechts das der Impedanzwandlervariante dargestellt.
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariStratPassiv.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariSB_2P.gif[/img]
Abbildung 9: Verlauf der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und ohne (links)
FĂŒr die Tonblende sind die Anfangs- und die Endresonanz charakteristisch. Die Anfangsresonanz entspricht dem schon in Kapitel 1 ermittelten Wertepaar: 4,091kHz / 4,02dB. Dreht man die Tonblende ganz zu, ist die Resonanz 651,4Hz / 4,37dB. Diese Lage wird von vielen Musikern schon einfach als "dumpf" empfunden. Bei anderen Tonabnehmern oder gröĂeren Tone-Kondensatoren kann die Resonanzfrequenz durchaus bis auf 400Hz absinken. Wenn dann noch ein lineares Tone-Poti dazu kommt, hat man tatsĂ€chlich nur noch die Wahl zwischen dumpf und nicht dumpf, aber das ist jetzt nicht der Punkt.
Mit Impedanzwandler betrÀgt die Anfangsresonanz 4,335kHz / 8dB, was auch schon bekannt ist. Die Endresonanz ist mit der passiven Variante durchaus zu vergleichen: 651,8Hz / 4,99dB. Der kleine Unterschied ist wieder der fehlenden Belastung von PV zuzuschreiben und wird nicht auftreten, wenn man am Eingang des Impedanzwandlers einen parallelen Widerstand von 250kOhm vorsieht.
Der Unterschied besteht also lediglich in der stÀrkeren AusprÀgung der Anfangsresonanz bei der Impedanzwandlervariante. Sie erreicht bereits bei einem Drehwinkel von 85% den maximalen Wert der passiven Variante. Das spiegelt sich auch im Vergleich der beiden LinearitÀten der Resonanzfrequenz fr (rote Kurve) wieder.
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinStratPassiv.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinSB_2P.gif[/img]
Abbildung 10: LinearitÀt der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und ohne (links)
Die LinearitĂ€t der passiven Schaltung betrĂ€gt 89,3%. Der Impedanzwandler liefert eine etwas gröĂere LinearitĂ€t von 92,6%. Dieser Unterschied kommt allein dadurch zustande, daĂ die aktive Schaltung ĂŒber eine stĂ€rkere Resonanzspitze verfĂŒgt. Man kann es sich so vorstellen, also ob die Tonblende im passiven Betrieb einen Drehwinkel von 115% aufweist (was praktisch natĂŒrlich unmöglich ist). Bei diesen zusĂ€tzlichen 15% ist der Verlauf der LinearitĂ€tskurve aber sehr "gerade". In der aktiven Varianten werden diese 115% auf praktisch mögliche 100% "zusammengedrĂŒckt". Die resultierende Kurve ist dann aber trotzdem "gerader" und damit lĂ€Ăt sich die Verbesserung der LinearitĂ€t auch erklĂ€ren.
Ăber alles betrachtet ergibt sich fĂŒr die Tonblende durch den Einsatz des Impedanzwandlers also kein so bemerkenswerter Unterschied. Aber irgendwie mĂŒssen wir doch noch einen Vorteil an den Haaren "herbeiziehen" können. Dazu bekommt unsere passive Stratocaster jetzt ein NoLoad-Poti, damit die Anfangsresonanzen auch vergleichbar sind und wir nicht Ăpfel mit Birnen...
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariStratPassivNoLoad.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariSB_2P.gif[/img]
Abbildung 11: Verlauf der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und passiv mit NoLoad-Poti (links)
Hier ist nun wirklich kein Unterschied mehr zu erkennen, aber wenn man einen Blick auf die LinearitÀten wirft, dann ist der Sprung beim NoLoad-Poti im linken Teilbild deutlich zu erkennen.
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinStratPassivNoLoad.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinSB_2P.gif[/img]
Abbildung 12: LinearitÀt der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und passiv mit NoLoad-Poti (links)
Die LinearitĂ€t der NoLoad-Poti-Lösung betrĂ€gt 89,9% und ist damit sogar noch etwas gröĂer als bei der passiven Lösung mit Standard-Tonblende. Hmm, das ist jetzt aber doof! Aber dieser Wert ist das Ergebnis einer linearen Regression, die von 20% bis 100% Drehwinkel lĂ€uft. Der Sprung sorgt hier also fĂŒr einen besseren Wert, der in der Praxis freilich nicht da ist. Soviel also zur Theorie.
NatĂŒrlich kann man die Anfangsresonanz der passiven Schaltung auch vergöĂern, ohne den Sprung zu haben. Man muĂ einfach nur ein Potentiometer mit einem gröĂeren Kennwiderstand nehmen. 2,5MOhm zum Beispiel (wo auch immer man das herbekommt).
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariStratPassiv2M5.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneVariSB_2P.gif[/img]
Abbildung 13: Verlauf der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und passiv mit 2,5MOhm-Poti (links)
Hmm, die Anfangsresonanz erreicht mit einer Spitze von 7,49dB nicht ganz die geforderten 8dB, aber ein "gröĂeres" Poti wird man wohl kaum finden. Also leben wir mit diesem kleinen Makel, der aber lĂ€ngst nicht der einzige ist, denn die Einstellbarkeit ist schlicht und ergreifend "zum Teufel"!
[img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinStratPassiv2M5.gif[/img][img:400x226]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/ToneAmpLinSB_2P.gif[/img]
Abbildung 14: LinearitÀt der Tonblendeneinstellung mit Impedanzwandler (rechts) und passiv mit 2,5MOhm-Poti (links)
Das wird auch durch die LinearitĂ€t bestĂ€tigt, die nur noch 57,6% betrĂ€gt. Das Poti ist im Vergleich zum Tone-Kondensator, viel zu hochohmig. Damit ist die LinearitĂ€t absolut mit einer Tonblende mit linearem Tone-Poti zu vergleichen und das wird nun wirklich niemanden glĂŒcklich machen, denn zwischen 100% und 40% des Drehwinkels passiert quasi nichts! Das Poti wirkt da eher wie ein Schalter zwischen dumpf und nicht dumpf. DaĂ man einen solchen Einsteller in der Praxis dann kaum nutzt, ist gut nachzuvollziehen.
Da hĂ€tten wir schluĂendlich also doch noch einen handfesten Vorteil fĂŒr den Einsatz unseres Impedanzwandlers gefunden: Möchte man eine vergröĂerte Anfangsresonanz und eine gute kontinuierlich Einstellbarkeit der Tonblende haben, dann hat das "I-Pot" eindeutig die Nase vorn! Das teure NoLoad-Poti mit seinem "sprunghaften" Verhalten kann man nun also getrost beim HĂ€ndler lassen!
Fazit
Anhand der durchgefĂŒhrten Simulationen konnte nachgewiesen werden, daĂ der Einsatz eines Impedanzwandlers, wie zum Beispiel dem "I-Pot", in der Stratocaster eine ganze Reihe von Vorteilen bietet. Man erhĂ€lt dadurch
- eine erweiterte Höhenwiedergabe, wie sie auch durch den Einsatz eines teuren NoLoad-Potis ermöglicht wird,
- eine optimale Lösung fĂŒr den "Höhenklau", der das Problem wirklich löst und alle Bastelleien a la Treble Bleed obsolet macht,
- ein Instrument, dessen Klang unabhÀngig von der LÀnge des Instrumentenkabels ist sowie
- eine bessere Einstellbarkeit von Volume und Tone.
Aber natĂŒrlich kann man einen solchen Impedanzwandler auch in anderen Elektrogitarren nutzbringend verwenden. In des Onkels "Pauline", einer alten Aria Pro II PE-60BG, sitzt zum Beispiel so ein Impedanzwandler, der um je einen optimierten C-Switch fĂŒr jeden Tonabnehmer ergĂ€nzt wurde.
[img:600x210]http://www.guitar-letter.de/Knowledge/Grundlagen/Images/PaulineAktiv.jpg[/img]
Abbildung 15: Pauline
Welche klanglichen Werte sich in Ihrem Inneren befinden, sieht man ihr indes nicht an. Eine kurze Demonstration ihrer Klangmöglichkeiten wurde auf dem ersten Zollner-Workshop in Regensburg im Herbst 2012 auf der abendlichen Session gegeben und hat dort durchaus fĂŒr Erstaunen gesorgt.
Ulf
(Der vollstÀndige und stets aktuelle Artikel ist ebenfalls in der Knowledge Database der Guitar-Letters zu finden.)
