(english version follows)


GuitarSoundModulator Version 1.0


Intention

Der Klang eines Saitenmusikinstrumentes wird durch das Zusammenwirken der physikalischen Eigenschaften der Komponenten bestimmt.

Bei einer Elektrogitarre zum Beispiel ist auf der einen Seite das System bestehend aus Korpus, Hals, Steg und Saiten. Dieses System zeigt im Zusammenspiel eigene Resonanzen und Schwingungsmoden (siehe auch (1) ).

Auf der anderen Seite ist da der elektrische Teil mit dem magnetischen Tonabnehmer und der Klangschaltung. Ausführliche Beschreibungen und Untersuchungen dazu finden sich in (2).

Aus diesem Grund sind gerade diese Art von Instrumenten gerne Basis für Experimente und Rumprobieren, um den „optimalen Sound“ zu finden. Jedoch ist der gewünschte Sound in jedem Fall subjektiv und jeder findet seinen in einer anderen Zusammenstellung.

Auf der mechanischen Seite bestehend aus Korpus, Hals, Steg und Saiten lässt sich nur durch Tausch einzelner Komponenten (z.B. Korpus, Hals ...) etwas ändern.

Auf der elektrischen Seite ist die Sache etwas einfacher. In (2) findet sich zum Beispiel der Vorschlag, den Sound durch die Umschaltung von Kondensatoren parallel zu den Tonabnehmerspulen zu variieren. Dadurch wird die Resonanzfrequenz der Kombination aus Tonabnehmerinduktivität L und der parallel geschalteten Kapazität C verändert. Wer selbst damit experimentiert hat, merkt schnell, dass der Sound oft leicht daneben liegt und mit einer stufigen Einstellung der Kapazitäten der Klangwunsch oft nicht so „ganz hinkommt“.

Daraus formuliert sich schnell der Wunsch, die Resonanz kontinuierlich einstellen zu können. Eine solche Idee gab es schon mal von Alembic. Jedoch bedarf es hierzu spezieller Tonabnehmer mit linearem Verhalten über den gesamten Hörbereich. Dann lässt sich die Resonanz durch einen State-Variable-Filter darstellen (siehe auch (2) ).

Für die Variation des Sounds bewegen sich die parallel geschalteten Kapazitäten zwischen 0pF (Eigenresonanz des Tonabnehmers, siehe Ersatzschaltbild in Abbildung) und 15nF. Ein Drehkondensator wie man ihn aus alten Röhrenradios kennt, kann zwischen wenigen pF und 1nF eingestellt werden. Ist also vom Umfang her zu gering. Eine Gyratorschaltung scheidet ebenso aus, da die zu verwendenden Induktivitäten sehr unhandlich werden.

Nun gab es in den Schaltungssammlungen von Elektor (siehe (4) ) Vorschläge für einstellbare Kapazitäten. Damit läßt sich die Kapazität wie gewünscht zwischen wenigen pf und 18nF variieren. Der Sound geht hierbei von sehr hell und höhenreich bis sehr dunkel. Das legt die Idee nahe, den üblichen „Dumpf“-Regler in der Gitarre (beschneidet einfach zunehmend die Höhen, gut ein klein bisschen gedämpfte Resonanz ist auch dabei...) durch so einen Kapazitätsregler zu ersetzen. Eine Übersicht über gebräuchliche Schaltungen in Bässen findet sich in (3). Die dort gezeigten Schemata gelten auch bei Elektrogitarren.

Um Strom zu sparen, bietet sich der Einsatz von Operationsverstärkern (OPVs) der Sorte TL06x an. Auch um mit hohen Eingangsimpedanzen arbeiten zu können, wird ein FET-OPV benötigt. Jedoch zeigt sich schnell, dass dieser OPV durch seine frequenzabhängige Phasenverzögerung des Signals und die kapazitive Last am Ausgang zum Schwingen neigt. Zwar läßt sich die kapazitive Last durch Zugabe von 2 Transistoren als Ausgangsstufe bewältigen. Jedoch pfeift die Schaltung durch die Phasennacheilung mit zunehmender Frequenz immer noch.

Ebenso sollte wegen der Rückkoppelung des Signals über die Kapazität zum Eingang das Eigenrauschen des OPV im Audiobereich gering sein.

Abhilfe schafft hier ein passender OPV mit geringer Phasenverzögerung innerhalb der Unity Gain Bandbreite. Dies ist zum Beispiel der Fall beim OPA134, als Dual-OPV OPA2134 oder Quad-OPV OPA4134.

Mit diesem OPV zeigt die Schaltung passable Eigenschaften und das Ergebnis ist eine durchstimmbare Resonanz (siehe folgendes Bild). Jedoch muß bei Humbuckern mit hoher Eigeninduktivität der Kapazitätswert von 18nF reduziert werden, um ein Schwingen der Schaltung auszuschliessen.

Um die Resonanzfrequenz (respektive Sound) vernünftig über den gesamten Frequenzbereich einstellen zu können, empfiehlt es sich, einen Widerstand zwischen Schleiferanschluss und Signaleingang zu schalten. Besser ist es jedoch ein logarithmisches 50k-Poti einzusetzen und es „falsch herum“ zu betreiben. Damit lassen sich die Frequenzen noch feiner einstellen. P2 für de Lautstärke ist ebenso logarithmisch.

Die Elemente V1, R1, R2, L1 und C1 stellen das Ersatzschaltbild für den magnetischen Gitarren-Tonabnehmer dar.



Abbildung 1 : Schaltplan




Abbildung 2 : Platinenlayout 25 x 70 mm


Abbildung 3 : Schaltung Oberseite auf Lochraster




Abbildung 4 : Schaltung Unterseite auf Lochraster




Referenzen :


(1) https://www.dega-akustik.de/fachausschuesse/ma/dokumente/vibro-psychoakustik/

(2) Lemme

(3) cadfels Gitarren Schaltungssammlung

(4) „300 Schaltungen“ Schaltung 18 und „303 Schaltungen“