Wer auf diesem Gebiet eigene Forschungen anstellt, der kann möglicherweise bei einigen Punkten zu etwas abweichenden Ergebnissen kommen. Das liegt dann wahrscheinlich daran, dass diese Darstellung zunächst mal um einiges vereinfacht ist, damit sie noch halbwegs verständlich bleibt. Für penible Wissenschaftler geht es an dieser Stelle  tiefer in die Details. Diese erweiterte Theorie passt dann sehr viel genauer zur Praxis.

 

Es geht im wesentlichen um vier Themenbereiche, die hier vertieft werden sollen:

 

1. Wirbelstromverluste in Metallteilen eines Pickups

 

Wer mit einem Schaltungs-Simulationsprogramm das angegebene Ersatzschalt-

bild eines Pickups durchrechnet und außerdem den Frequenzgang eines Pickups mit denselben elektrischen Daten (Induktivität, Widerstand, Wicklungskapazität) mit dem Pickup-Analyzer durchmisst, der kann zu abweichenden Ergebnissen kommen. Die gemessene Resonanzüberhöhung wird häufig niedriger sein als die berechnete, vor allem bei den üblichen Humbuckern.
Das liegt dann daran, dass das Ersatzschaltbild gegenüber der Realität immer noch
vereinfacht ist. Was darin bisher noch nicht berücksichtigt ist, sind die Wirbel-

ströme in den Metallteilen (engl. "eddy currents"). Sie treten überall da auf, wo ein sich zeitlich änderndes Magnetfeld elektrisch leitfähige Teile durchfließt. Dies sind in erster Linie die Kerne in den Spulen: entweder Permanentmagnete (hier sind die Wirbelströme relativ schwach) oder Weicheisenteile wie Schrauben oder feste Pole (hier sind sie sehr vielstärker). Außerdem fließen sie kräftig in der Gehäusekappe; sie entfallen, wenn man diese herunternimmt. Auf jeden Fall spielt hier das Material dieser Teile eine Rolle. Die entscheidende Größe ist der spezifische Widerständ, der sehr verschieden sein kann. Eisen- bzw. Stahlsorten für die Kerne gibt es tausende - mit stark differierenden Eigenschaften, die sich in unterschiedlichen Sounds äußern können. Die Blechkappen bestehen entweder aus Messing (Kupfer/Zink) oder aus Neusilber (Kupfer/Zink/Nickel). Neusilber hat einen höheren spezifischen Widerstand und dadurch schwächere Wirbelströme. Plastikkappen sind ohne Wirkung. Geringe Wirbelströme gibt es auch noch in der Bodenplatte und in einem unter den
Spulen liegenden metallischen Magneten.

Die Auswirkungen der Wirbelströme sind dreierlei: erstens eine Verringerung
der Resonanzüberhöhung, manchmal bis zum völligen Verschwinden, zweitens eine Versteilerung des Abfalls der Übertragung von Frequenzen sehr weit oberhalb der Resonanzfrequenz, wo Steilheiten von 18 dB/Oktave zu messen sind, entsprechend einem Abfall umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Frequenz. Drittens kann es etwas unterhalb der Resonanzfrequenz eine Eindellung der Übertragungskurve geben. Deren Verlauf sieht dann etwa so aus:

 

 

 

 Manche Leute haben versucht, die Wirbelströme durch einen zusätzlichen
Widerstand im Ersatzschaltbild zu erfassen - parallel zur Spule oder zu den
Anschlüssen. Das funktioniert aber nicht, damit ist allein die Verminderung der
Resonanzüberhöhung nachzuvollziehen, die anderen beiden Effekte aber
nicht. Es passt erst, wenn wan die Spule in zwei Teile aufspaltet und nur den
einen davon mit einem Widerstand überbrückt. Der Teilungspunkt ist "virtuell",
d. h. nicht tatsächlich existierend, für eine direkte Messung nicht zugänglich.
Er ist nicht identisch mit dem Verbindungspunkt der beiden Spulen bei einem
Humbucker und gilt auch für stark Wirbelstrom-bedämpfte Single-Coils (z. B.
Gibson P90 oder DiMarzio "Fat "Strat"). Die beiden Teile der Spule müssen
nicht zwangsläufig gleich groß sein. Das kann man zur ersten überschlägigen
Abschätzung mal annehmen, man muss aber dabei nicht bleiben. Das
erweiterte Ersatzschaltbild sieht dann so aus:

 

 

Zeichnet man das jetzt zu einer Signalquelle mit nachgeschaltetem passivem
Filter um, dann ergibt sich folgendes Bild:

Simuliert man das dann wieder am Computer, dann ergibt  sich eine sehr viel bessere Übereinstimmung mit den Messergebnissen. Man kann jetzt die Eindellung und die 18 dB/Oktave recht gut nachvollziehen. Für einen typischen Humbucker mit etwa 2 Henry pro Spule (Gibson und gute Nachbauten) kann man mit Gehäuse den zusätzlichen Widerstand mit etwa 100 kOhm annehmen, ohne Gehäuse mit etwa 200 kOhm. Für viele Fernost-Humbucker ist der Wert deutlich niedriger.

Sicher ist auch dieses Ersatzschaltbild noch nicht ganz perfekt, es ist aber
zumindest das beste, das ich bisher finden konnte.

 

2. Magnetische Verkopplung der Spulen bei einem Humbucker

 

Ein Humbucker hat zwei Spulen, die sich gegenüberstehen. Dadurch ergibt
sich ein Effekt ähnlich wie bei einem Transformator: Wechselstrom durch die
eine induziert eine Wechselspannung in der anderen, und umgekehrt. Die
Spulen arbeiten nicht unabhängig voneinander, sondern beeinflussen sich
gegenseitig.

Normalerweise ist die Induktivität einer Spule ist proportional zum Quadrat der
Windungszahl. Voraussetzung dafür ist eine ideale Kopplung aller Windungen.
Wenn man zwei gleiche Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern hat, die zu
100 % gekoppelt sind, dann haben beide in Serie die vierfache Induktivität von
einer einzelnen.

Bei einem üblichen Humbucker ist nun die Kopplung zwischen beiden Spulen
nur sehr schwach, sehr weit unter 100 %. Dadurch ist die Induktivität bei
Serienschaltung nicht viermal so groß wie bei einer einzelnen Spule. Wegen
der Kopplung beträgt sie aber etwas mehr als das Doppelte. Um wieviel mehr,
hängt von der jeweiligen Konstruktion des Humbuckers ab. Dieser Effekt
kommt vor allem dann zur Wirkung, wenn die Bedämpfung durch die
Wirbelströme schwach, d. h. die Resonanzüberhöhung hoch ist.

 

3. Nichtlineare Verzerrungen 

 

Die üblichen magnetischen Pickups verfärben den Originalklang der Saite nicht nur durch die beschriebenen  Frequenzgangverbiegungen, sondern zusätzlich auch noch durch nichtlineare Verzerrungen (Klirrverzerrungen). Das kommt daher, dass der Zusammenhang zwischendem Abstand der Saite vom Magnetpol und dem magnetischen Fluss durch die Spule nicht linear verläuft, sondern hyperbelähnlich. Dadurch werden die beiden Halbwellen der Schwingung unterschiedlich stark übertragen. Es werden zusätzliche geradzahlige Oberschwingungen erzeugt. Der Effekt ist um so stärker, je höher der Feldgradient (die räumliche Änderung) ist. Es gibt eine Theorie, dass dieser höher sein soll, wenn die Magnete an ihrer Oberkante etwas abgeschrägt sind (wie bei manchen alten Fender-Pickups). So richtig kann mich das aber nicht überzeugen. Damit das wirklich einen spürbaren Effekt hat, müssen die Magnete meiner Meinung nach wie Bleistifte angespitzt sein. Das hätte aber wiederum den Nachteil, dass die Lautstärke beim Querziehen der Saiten drastisch abnehmen würde. Die optimale Lösung hat Bill Lawrence erfunden: dünne durchgehende Klingen statt Einzelpole. Damit bekommt man starke nichtlineare Verzerrungen und eine hohe Lautstärke, ohne Lautstärkeänderungen beim Querziehen. Joe Barden und noch einige weitere haben dieses Prinzip dann kopiert. Hier gibt es aber noch eine Menge zu forschen.

 

4. Störung der Saitenschwingungen durch Anziehung

 

Häufig kommt es vor, dass Saiten in sich unrein klingen, so schwabbelig. Man sieht das auch. Das kann an ihnen selbst liegen, wenn sie nicht sauber verarbeitet sind. Es kann aber auch bei besten Saiten auftreten. In dem Fall kommt das daher, dass sie von den Magneten der Pickups allzu stark angezogen werden. Dann wird ihre Schwingung gestört. Das Ergebnis ist, dass die Frequenzen der Oberschwingungen nicht mehr exakt ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind, sondern etwas daneben liegen. Wenn das nur ganz wenig ist, kann das durchaus auch positiv sein, durch langsame schwebungen bekommt der Klang dann "Leben". Eine physikalisch perfekte Schwingung würde tot klingen wie ein uralter Musiksynthesizer. Dieser Effekt ist schon seit Jahrhunderten bekannt, genutzt haben ihn z. B. einige große Orgelbauer. Die haben sogar die Oktaven minimal verstimmt und (unter anderem) dadurch ihre legendären Klänge erzeugt. 

 

5. Umsymmetrie bei Humbuckern 

 

Das Thema habe ich im Abschnitt "Patent applied for"-Pickups schon kurz angeschnitten. Wenn beide Spulen nicht exakt die gleiche Windungszahl haben, dann werden in beiden nicht genau gleich große Spannungen induziert. Die besagten Frequenzauslöschungen sind dann unvollständig, was sich in einem veränderten Klang äußert. Der "legendäre" Sound der alten Pickups soll - angeblich - damit zusammenhängen. So ganz genau weiß das aber wohl niemand auf der Welt. 

 

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Bis hierher bin ich mit meinen Pickup-Forschungen gegangen. Es gäbe immer noch mehr Dinge zu ergründen, aber da verliere ich so langsam die Lust. Die Pickupologie droht zur Ameisenkniekehlenkunde zu werden. Vielleicht versucht sich noch mal irgendein Student in einer Diplomarbeit mit den allerletzten Feinheiten. Eine E-Gitarre ist ja schließlich zum Spielen da, und nicht, um endlos daran herumzumessen!