...Frequenzgang

Wenn die Saiten in Ruhe sind, dann hat der von den Magneten erzeugte magnetische Fluss durch die Spule einen konstanten Wert. Sobald er sich ändert, wird in der Spule eine Spannung induziert. Eine schwingende Saite erzeugt eine Wechselspannung.

  

Man kann jetzt die Ersatzschaltung umzeichnen, so dass daraus eine Signalquelle mit einigen daran hängenden passiven Bauelementen entsteht:

 

 

 

 

 

 

 

Diese Anordnung aus L, R und C stellt einen sogenannten "Tiefpass zweiter Ordnung" dar, eine in der Elektrotechnik weithin bekannte Standardschaltung, die zum Filtern von Frequenzgemischen verwendet wird. Tiefe Frequenzen gehen ungehindert durch, hohe werden abgeschwächt - mit steigender Frequenz immer stärker. Ein solcher Tiefpass besitzt eine gewisse obere Grenzfrequenz fg. Sie ist so definiert, dass hier die Ausgangsleistung auf den halben Wert gegenüber tiefen Frequenzen abgefallen ist, die Ausgangsspannung demnach auf den Teil 1/√2 ~ 70 %, entsprechend 3 dB Abschwächung. Oberhalb von f_g beträgt die Flankensteilheit etwa 12 dB/Oktave, d. h. die Übertragungsstärke fällt proportional zum Quadrat der Frequenz ab (doppelte Frequenz - ein Viertel der Amplitude). Eine untere Grenzfrequenz gibt es nicht.

Etwas Unerwartetes passiert bei einem so aufgebauten Tiefpass etwas unterhalb der Grenzfrequenz: Hier kommt es zwischen der Induktivität und der Kapazität zu einem Resonanzeffekt. Beide zusammen bilden einen sogenannten Schwingkreis aus. Das Ergebnis ist, dass Frequenzen in einem schmalen Bereich hervorgehoben werden. Aus dem Filter kommt hier eine höhere Spannung heraus, als hineingeht. Es ist aber trotzdem kein "Perpetuum Mobile", denn es kommt nicht mehr Leistung heraus. Der Ausgangsstrom wird entsprechend schwach, ähnlich wie bei einem Transformator. Dieser Effekt ist Hochfrequenztechnikern und Kurzwellen-Amateuren bestens bekannt, man verwendet ihn zur Anpassung von Antennen an Sender. Der typische Frequenzgang eines Tiefpassfilters mit Resonanzstelle sieht so aus:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Genauso verhalten sich auch Gitarren-Pickups. Die Lage der Resonanzfrequenz und die Stärke der Resonanzüberhöhung sind bei jedem Typ unterschiedlich. Daraus resultiert die jeweilige Übertragungscharakteristik, dies ist im wesentlichen das "Geheimnis" eines Pickups. Das Oberwellenspektrum einer schwingenden Stahlsaite erstreckt sich über den gesamten Hörbereich. Die Oberwellen in der Umgebung der Resonanz- frequenz werden angehoben, die darüber dagegen abgeschwächt. Nur die Spektral- anteile weit unterhalb der Resonanzfrequenz werden neutral übertragen. Einige Typen (vor allem alte deutsche und japanische) haben auch überhaupt keine Überhöhung, die Wiedergabestärke fällt von den tiefen zu den hohen Frequenzen einfach nur ab. Der klangleiche Eindruck ist dann ausdruckslos.

 

Im praktischen Betrieb wird der Pickup nun nicht direkt an den Verstärker angeschlossen. Vielmehr sitzen in den weitaus meisten E-Gitarren und -Bässen noch Regler für Lautstärke und Klangfarbe, und von der Ausgangsbuchse zum Verstärker verläuft ein mehrere Meter langes Kabel. Dieses hat eine Kapazität, die hier auf keinen Fall zu vernachlässigen ist. Sie ist wesentlich größer als die Wicklungskapazität der Pickup-Spule und addiert sich zu dieser. Dadurch sinkt die Resonanzfrequenz auf einen niedrigeren Wert als bei einem nicht mit einem Kabel verbundenen Pickup. Der Lautstärke- und der Klangregler in der Gitarre sowie der Eingangswiderstand des Verstärkers wirken für den Pickup als ohmsche Last parallel zu seinem Ausgang. Dadurch vermindert sich die Überhöhung der Resonanz gegenüber dem im Leerlauf erreichbaren Wert. Die Ersatzschaltung eines Pickups im praktischen Betrieb sieht dann so aus:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In welcher Weise der Pickup nun das von den Saiten gelieferte Klangmaterial verfärbt, hängt also nicht von den Eigenschaften des Pickups allein ab, sondern auch ganz wesentlich vom Kabel und von den Potis in der Gitarre. Die Übertragungs- charakteristik ist demnach keineswegs fest, sondern hat einen gewissen Bereich, innerhalb dessen sie je nach äußeren Bedingungen variieren kann. Das kann man ganz gezielt ausnutzen. Bei den meisten gängigen Pickups liegt die Resonanzfrequenz in Verbindung mit durchschnittlichen Kabeln zwischen 2 und 5 kHz, also gerade im Bereich der größten Empfindlichkeit des menschlichen Ohres. Kurz gesagt ergibt sich bei 2 kHz ein weicher, singender, bei 3 kHz ein heller, brillanter, bei 4 kHz ein greller, metallischer und bei 5 kHz oder noch mehr ein spitzer, glasharter Ton. Je stärker die Resonanz überhöht ist, um so charakteristischer hört sich der Klang der Gitarre an. Musiker sprechen hier gern von „Dynamik“, obwohl das genau genommen technisch unrichtig ist. Eine schwach oder überhaupt nicht überhöhte Resonanz macht den Klang eher ausdruckslos, vor allem bei Instrumenten mit massivem Korpus, wo die Klangformung durch die mechanischen Resonanzen des Klangkörpers nicht so stark ist. Bei hochwertigen vollakustischen Gitarren kann sich auch bei schwacher oder ganz fehlender Resonanzüberhöhung noch ein guter Klang ergeben (z. B. mit dem DeArmond 1000, der einen sehr weichen Ton liefert). Die Überhöhungen der meisten gängigen Pickups liegen in Verbindung mit den normalerweise verwendeten Potis von 250 oder 500 kOhm zwischen 1- und 4-fach (entsprechend 0 bis 12 dB).