Wie Eingangsimpedanzen den Sound beeinflussen
In der vorletzten Folge habe ich den Pickup – exemplarisch den Strat-PU – nebst dem Kabel-Einfluss unter Realbedingungen analysiert. Heute wollen wir uns die Eingangswiderstände der nachfolgenden Geräte ansehen, die als Last auch rückwirkend auf den PU Einfluss nehmen sowie den finalen Frequenzgang, der am Eingang der nachfolgenden Geräte ankommt – wir untersuchen also den in der Praxis real anzutreffenden Frequenzgang der E-Gitarre.
eingangswiderstände bei röhren-amps
Die meisten klassischen Röhren-Verstärker besitzen als Eingangswiderstand 1 MegOhm. Gegenüber dem Ohmschen-Leerlauf der Gitarre (also nur mit Volume Poti) verringert sich die Resonanzüberhöhung nur marginal. Diese 1-MegOhm-Last kann man als „normale“ Last eines Röhrenverstärker-Eingangs sehen – man findet sie bei vielen Modellen. Die typischen 1-MegOhm-Amps wären Fender, Orange, Marshall, Hiwatt, Vox – um die historisch wichtigsten zu nennen. Bei all diesen Amps existiert eine Resonanzüberhöhung des Pickups bei direktem Anschluss. Damit wurde Musikgeschichte geschrieben.
Aber es gibt auch Modelle mit anderen Eingangsimpedanzen – z.B. Ampeg-Modelle, wie den alten VT-22 oder SVT, den die Rolling Stones, Faces oder Bad Company benutzt haben. Der SVT hat bei seinem „Normal“-Eingang einen Eingangswiderstand von 5,6 MegOhm. Mit diesem enormen Eingangswiderstand, der ja grob gesprochen physikalisch dem Gitterwiderstand der Eingangsröhre entspricht, bewegen sich diese 5,6 MegOhm schon im Bereich eines Gitterwiderstands mit Gitteranlauf-Strom-Funktion. Das hat sich nicht bewährt. Gegenüber den 1-MegOhm-Amps entstand nur eine geringfügige Erhöhung der Resonanz-Höhe, weshalb sich diese Schaltungsversion nicht lohnte.
Steckt man hingegen den Stecker in den „Bright“-Eingang, ergeben sich für die Höhen ein Eingangs-R von nur 47 kOhm. Die Bässe werden an diesem Eingang einfach durch ein RC-Glied abgesenkt, die Höhen erfahren dazu relativ betrachtet eine merkliche Anhebung. Die scheinbare Brillanz-Erhöhung kommt jetzt in diesem Falle aber nicht von einer ausgeprägten Resonanzspitze (dazu später mehr).
Der Ampeg VT40 hat im Normal-Kanal wieder die 5,6 MegOhm, im Bright Kanal hingegen 220 kOhm. Eine Eingangskapazität des RC-Gliedes dämpft hier die Bässe merklich, die Höhen passieren ungehindert. Mit dieser Last hat die Stratocaster nur noch ein paar dB Resonanzüberhöhung beim Steg-PU, beim Hals- bzw. Mitten-PU ist die Resonanzspitze und folglich auch die erkennbare Resonanz weg. Auch die Sound-City-Amps – immerhin von den frühen Pink Floyd und vielen anderen Bands genutzt – bereiteten mit 470 kOhm am Eingang keinen Grund zur Klage.
Nicht anders bei den kräftigen Peavey-Combo-Modellen Mace und Deuce. Deren Eingangs-R beträgt 220 kOhm und klingt ebenfalls gut. Die Southern-Rock-Hymne ,Sweet Home Alabama‘ wurde damit auf einer Strat eingespielt. Es wird beim Abhören des Songs aber niemand sagen, dass das Fehlen der Resonanz(spitze) schlecht klingt. Auch viele Country-Musiker (z.B. Waddy Wachtel, Linda Ronstadts 70er-Jahre-Live-Gitarrist, aber auch Blues-Rocker Johnny Winter), die des klaren, präzisen und brillanten Sounds wegen gerne Music-Man-Amps spielten, benutzen als Eingangs-Widerstand 220 kOhm oder 470 kOhm – je nach Modell. Die Resonanzüberhöhung als solche ist also offenbar nicht der entscheidende Faktor.
pedale
Mit den batteriebetriebenen Gitarren-Pedalen verhält es sich kaum anders als mit den Amps. Auch sie haben einen Eingangs-R, der stark schwankt. Während moderne Pedale meist mit 470 kOhm bis 1 MegOhm daher kommen, haben die alten klassischen Geräte – gebaut in diskreter Transistortechnik der späten 1960er- bis 1970er-Jahre – hier fast alle Werte zwischen 10-100 kOhm. Der Treble Booster – ein Booster mit Frequenzgang-Manipulation und einer der ersten Effekt-Pedale überhaupt – hat in den hohen Frequenzen einen Eingangswiderstand von etwa 10 kOhm, der übrigens stark von der Stromverstärkung hfe des verwendeten Ge-Transistors abhängt.
Damit belastet er die Gitarre stark mit der Folge, dass die PU-Resonanzspitze gar nicht erst erscheint. Die kleine Eingangskapazität des Treble-Boosters generiert in Kombination mit der Pickup-Induktivität (Bandpass) eine Resonanzüberhöhung bei etwa 1kHz. Dieser Ton klingt im clean-Modus recht nasal – etwa wie ein halb durchgetretenes WahWah-Pedal. Das ändert sich aber zunehmend, wenn der nachfolgende Amp in die Übersteuerung gerät. Es scheint nur noch die ansteigende Hochpass-Flanke, welche die Grundtöne der Gitarre enthält, zu zählen, die fehlenden Frequenzen jenseits von 1 kHz werden durch die generierten Oberwellen des übersteuerten Amps dazu gebildet.
Die Gitarre dient hier eher als „dynamischer Trigger“ (siehe Blackmore, Gallagher) oder bei höher eingestelltem Gain als purer Trigger (siehe Iommi, Tipton). Gerade bei stark verzerrenden Amps sind diese hohen Frequenzen der Pickups nicht unbedingt von Vorteil.
Beim Fuzz Face, das z.B. durch Jimi Hendrix bekannt wurde, verhält es sich ähnlich. Sein Eingangs-R ist max. etwa 10 kOhm – abhängig vom Fuzz-Poti und vom hfe des Eingangs-Transistors. Die Einkopplung ist hier aber frequenzneutral, da mit einem großen Eingangs-Kondensator ausgestattet – 2,2uF, was in etwa 200 – 400 mal größer ist als bei den üblichen Treble Boostern. Auch hier hat die Resonanz keine Chance, sich auszubilden. Fehlende Hochton-Frequenzen des Pickups macht die Zwei-Transistor-Elektronik des Fuzz Face durch reichlich Oberwellen wett.
Jetzt gibt es aber auch neuzeitliche Fuzz-Face-Designs mit eingebautem vorgeschaltetem Impedanzwandler, der den vermeintlichen Nachteil des geringen Last-R für die Gitarre eliminiert. Das Pedal klingt dann nicht mehr nach klassischem Fuzz Face – es ist akustisch betrachtet auch ein anderes Gerät.
Auch die 150 kOhm Eingangs-R ergeben bei dem Colorsound-Overdriver bzw. dem Power-Booster einen erstklassigen Klang, der den Sound von Wishbone Ash, Status Quo, Pink Floyd, Jeff Beck und viele anderen 70er-Ikonen prägte. Und schauen wir uns das Roland/Boss Chorus CE-1 an – das für viele das Chorus-Pedal schlechthin darstellt – zeigt sich, dass es eines der wenigen Chorus-Geräte mit einem Eingangs-R von 220 kOhm ist. Fast alle anderen Chorus-Pedale haben hier 500 kOhm. Auch hier zeigt sich, dass eine fehlende Resonanzspitze nicht unbedingt als störend empfunden wird.
poti-innenwiderstand
Hat man das Gerät hinter der Gitarre mit z.B. 1 MegOhm Eingangs-R für einen crunchigen Overdrive-Sound eingestellt, will man den Volume-Regler der Gitarre auch mal zurückdrehen, um einen leichten Crunch- bzw. Clean-Sound zu bekommen. Der Volume-Regler hat aber einen Innen-R (Grafik #1), der vom Drehwinkel abhängig ist und bei einem bestimmten Drehwinkel ein Maximum aufweist.
Das Problem lässt sich mathematisch als Extremwert-Aufgabe lösen. Das gesuchte Maximum stellt sich bei der Hälfte des Drehwinkels (=50%) bei linearen Potis ein, bei Potis des Log-Typs etwas dezentriert bei etwa 70%. Hierbei liegt dann die Hälfte des Nominalwerts parallel zu der verbleibenden Hälfte des Nominalwerts. Das wäre bei einem 250-kOhm-Poti, wie es z.B. die Fender Stratocaster benutzt, ein max. Innen-R von 250/4 = 62,5 kOhm. Diesem Wert schließt sich jetzt die Kabelkapazität von z.B. 700 pF an. Das ergibt einen Tiefpass erster Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 3,6 kHz. Letztere ist abhängig vom Drehwinkel des Potis (Grafik #2). In der Grafik ist deutlich zu erkennen, dass die Höhendämpfung des Potis bei max. Innen-R (=50% Drehwinkel) am größten ausfällt.
Andererseits wird aber die Kabelkapazität nun von der Pickup-Induktivität durch das zurückgedrehte Volume-Poti bzw. dessen Innen-R abgekoppelt – die PU-Betriebs-Resonanzfrequenz rutscht praktisch wieder langsam fast auf die Leerlauf-Resonanzfrequenz hoch (Grafik #3). Rot eingekreist ist der Messpunkt „out“, denn es wirkt jetzt direkt nur noch die Wicklungskapazität (150pF) auf die Spuleninduktivität ein (Anm.: Zur besseren Darstellung ist das Volume-Poti in seine beiden Teil-Rs aufgeteilt).
Diese Leerlauf-Resonanzfrequenz wird aber jetzt durch das nachfolgende RC-Glied, das vom Poti-Innen-R und der Kabelkapazität gebildet wird, weggedämpft. Der PU als solcher generiert jetzt einen ziemlich flachen Frequenzgang bis knapp 7 kHz. Soviel zu der wichtigen internen, meist unbekannten, Analyse am rot eingekreisten Punkt „out“.
frequenzgang
In der Praxis wichtiger ist aber der Frequenzgang am Ausgang des Anschlusskabels – also dort, wo das Signal faktisch weiter verstärkt wird (Grafik #4). Bei max. Poti-Innen-R (= 50% in der Grafik) ist gut die zusammengebrochene und fehlende Resonanz zu erkennen. Es ist jetzt ein flacher Frequenzgang bis etwa 1 kHz zu beobachten, dann beginnt der leichte Abfall des Frequenzgangs. Bei etwa 2,5kHz stellt sich eine Dämpfung von 3dB ein, danach ein schnell einsetzender Amplitudenabfall mit etwa 12dB/Okt Flankensteilheit. Tatsächlich wirkt dieser Frequenzgang im Vergleich zu dem voll aufgedrehtem Volume-Poti (=100%) mit ausgeprägter Resonanz als flach und weniger ausdrucksstark – zumindest im cleanen oder leichten Crunch-Modus.
Ob sich diese Systemschwäche bei zurückgedrehtem Volume-Poti durch eine entsprechende Schaltungserweiterung eliminieren lässt, klären wir in der nächsten Folge!
