Tonabnehmer, englische Bezeichnung Pickups, wandeln die mechanische Schwingung der Gitarrensaiten in elektrische Spannung um. Diese elektrische Spannung wird über das Gitarrenkabel an den Verstärker geleitet und dort verstärkt an den Lautsprecher gegeben. Der Lautsprecher wandelt dann die elektrische Spannung wieder in mechanische Schwingungen um, welche in Form von Schallwellen an die umgebende Luft abgeben werden. Tonübertragungskette E-Gitarre
Ein Tonabnehmer besteht im wesentlichen aus einer Spule, einem Spulenkörper und einem bzw. mehreren Magneten.
Aufbau Tonabnehmer (Humbucker)
Die Entstehung der elektrischen Spannung im Tonabnehmer lässt sich mit Hilfe der elekromagnetischen Induktion erklären. Induktion bedeutet, dass die Änderung eines Magnetfeldes in einer Spule eine Spannung hervorruft. Im Fall der E-Gitarre beeinflusst die schwingende Saite das Magnetfeld des Tonabnehmers. Das sich ändernde Magnetfeld verursacht in der Spule eine Spannungsinduktion. Die induzierte Spannung ist relativ klein, im Bereich einiger hundert mV (milli Volt). Damit dies funktioniert muss das Material der Saiten aus einem magnetisierbaren Material bestehen. Nylonsaiten einer akustischen Gitarre würden bei einer E-Gitarre keinen Ton erzeugen. Formel Induktionsspannung
Die Formel zeigt den Zusammenhang der induzierten Spannung (ui) zur magnetischen Feldänderung (dΦ/dt) und der Anzahl der Windungen (N) der Spule. Je schneller somit die Änderung des magnetischen Flusses bzw. je höher die Anzahl der Windungen der Spulen desto höher die induzierte Spannung. Mit der Anzahl der Windungen kann somit, ebenso wie mit der Wahl der magnetischen Eigenschaften eines Tonabnehmers, die Ausgangsspannung eines Tonabnehmers beeinflusst werden. Eine hohe Ausgangsspannung hilft, einen Verstärker schneller in die Verzerrung zu bringen und ist somit bei allen verzerrten Sounds von Bedeutung.
Über die allgemeinen Klangeigenschaften sagt die Höhe der Ausgangsspannung aber nicht allzu-viel aus. Für den Klang eines Tonabnehmers ist in erster Linie das Übertragungsverhalten für unterschiedliche Frequenzen entscheidend. Das Frequenzverhalten kann dadurch beschrieben werden, dass man den Tonabnehmer als einen Tiefpass zweiter Ordnung ansieht. Der Tiefpass besteht aus einem Widerstand (R) einer Induktivität (L) und einem Kondensator (C), man spricht auch von einem RLC-Kreis. Tonabnehmer RLC-Ersatzschaltbild
Ein RLC-Kreis stellt ein Tiefpass dar, der als Schwingkreis auch eine Resonanzfrequenz hat. Die Resonazfrequenz ist die Frequenz, welche am besten übertragen wird, sie ist abhängig von den Werten der Induktivität (L) und des Kondensators (C). Die hier angegebene Formel ist nur für einen idealen Schwingkreis gültig, bei dem R den Wert 0 annimmt. Für einen realen Schwingkreis stellt die Formel nur eine Näherung dar.
Formel Resonanzfrequenz
Das nächste Bild zeigt die Simulation eines belasteten RLC-Kreises. R1, L1 und C1 stellen den Tonabnehmer dar. R2 und C2 sind als Ersatz für die Potis, Kabel und Eingang Gitarrenverstärker zu sehen. Die Spannungsquelle stellt die am Tonabnehmer induzierte Spannung dar. Pr1 misst die Spannung und Pr2 den Strom in der Schaltung.
Man sieht, dass bis ca. 1kHz Spannung und Strom auf einem Level bleiben. Ab ca. 1kHz bis ca. 3,5kHz steigen Spannung und Strom an um dann stark abzufallen. Ab ca. 20kHz sind Spannung und Strom nahezu null. Dies ist ein typisches Verhalten von Tonabnehmern. Durch die Festlegung der Parameter eines Tonabnehmers kann dieses Verhalten beeinflusst werden. Zum Beispiel kann durch die Wahl der Magnete die Induktivität L des Tonabnehmers beeinflusst werden. Durch die Anzahl der Windungen kann die Höhe der Induzierten Spannung (und damit die Lautstärke und Neigung zur Verzerrung) beeinflusst werden. Der Widerstand des Tonabnehmers spielt keine wesentliche Rolle, obwohl dieser standardmäßig bei jedem Tonabnehmer angegeben ist. Kennt man den eingesetzten Draht der Wicklung kann mittels dem Widerstand die Anzahl der Windungen berechnet werden. Die Kapazität des Tonabnehmers ist bei maschinell gewickelten Spulen in der Regel höher als bei Spulen, welche von Hand gewickelt wurden. Was die Klangunterschiede von Handgewickelten zu maschinell gewickelten Tonabnehmern erklärt. Des Weiteren spielt natürlich auch der Rest der Tonübertragungskette (siehe oben) eine Rolle für den im Endeffekt entstehenden Klang einer Gitarre. Simulation RLC-Kreis
Durchgeführt wurde die Simulation mit Qucs (Quite universal circuit simulator) eine freie Software zur Simulation von Schaltkreisen Homepage Qucs
