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Elektrik


In dieser Kategorie findet Ihr Informationen über die Elektrik in Gitarren und Amps.


Allgemeines zur Elektrik

Erst einmal sei folgendes gesagt:

Elektrischer Storm kann sich sehr unvorteilhaft auf die Gesundheit auswirken! Beachtet deshalb folgende Regeln:



Was ist elektrischer Strom?

Elektrischer Strom ist physikalisch gesehen ein Elektronenstrom. Das heißt Elektronen springen im Leiter (dem leitenden Material, z.B. Kupfer) entlang und werden damit zum elektischen Fluß. Diese Elektronen in Bewegung (Stomfluß) haben verschiedene Auswirkungen. Zum einen erzeugen sie im Leiter Wärme, wenn sie auf die Atome prallen und diese dadurch zu erhöhter Schwingung anregen. Zum anderen erzeugen sie ein magnetisches Feld um den Leiter, in dem sie fließen. Außerdem reagiern sie auf andere elektrische und magnetische Felder. Diese Tatsache ist ausschlaggebend für die elektrische Audiotechnik.

Elektrik in E-Gitarren

In einer elektrischen Gitarre wird die mechanische Schwingung der Saiten in ein elektrisches Signal umgewandelt, also einen (schwingenden) Fluß von Elektronen. Hauptverantworlich sind dafür die Abnehmer, im englischen Pickups (PU) genannt.

Die Pickups

Ein elektrischer Pickup besteht im wesentlichen aus einem oder mehreren Magnetkernen, um die eine Spule gewickelt ist. An sich entwickelt dieses Konstrukt keine eigene Spannung, aber wir haben ja noch 6 Stahlseiten, die über diesen Pickup gespannt sind. Diese Stahlmasse verändert das Magnetfeld der Magneten. Bringt man die Saite nun zum Schwingen, schwingt auch das Magnetfeld. Diese Schwingung im Magnetfeld rüttelt die Elektronen in der Spule hin und her. Diese Elektronenbewegung bezeichnet man als Wechselspannung. Da der Draht ja mehrfach um den Kern gewickelt ist, verstärkt sich die Spannung. Den ganzen Vorgang bezeichnet man als Induktion.


Wir haben also schonmal unser Signal. Es liegt an den zwei Drähten an, die aus dem Pickup kommen. Theoretisch könnte man diese Drähte direkt mit dem Eingang eines Verstärkers verbinden und man bekäme etwas zu hören. Wenn man bei einer Stratocaster alle Regler auf 10 und den 5-Wege-Schalter ganz nach unten stellt, ist es genau das Signal des Steg-PUs, das an den Verstärker geht. Unsereins hätte aber doch gerne etwas mehr Möglichkeiten, den Sound zu beinflussen.

Der Auswahlschalter

3-Wege SchalterDie meisten E-Gitarren haben einen oder mehrere Schalter, um auszuwählen, welchen Pickup man benutzen will, oder um die Signale mehrerer Pickups zu mischen. Die Auswahl reicht von einfachen 3-Wege-Schaltern, wie sie zum Beispiel in Gibsons verwendet werden, bis zu 5-Wege-Schaltern mit Zusatzschaltern in z.B. Ibanez-Gitarren.

Folgende Auswahlen sind üblich:

5-Wege Schalter

Wie man diese Schalter auswechselt, steht in der Workshopsektion.


Die Potentiometer

Schematisches PotiAn einer E-Gitarre befinden sich normalerweise zwischen zwei und vier Drehknöpfe. Sie sitzen auf sogenannten Potentiometern. Ein Potentiometer ist ein veränderlicher Widerstand. Je weiter man dreht, desto höher wird der Widerstand. Ein Widerstand bremst die Elektronen in ihrem Fluss und wandelt die Energie in Wärme um.

Schaltung für LaustärkereglerUm einen Lautstärkeregler zu realisieren, wird das Potentiometer zwischen Masse und Ausgang geschaltet. Den heißen Draht vom PU (bzw. vom Auswahlschalter) legt man dann an den Schleiferkontakt. Durch diese Verdrahtung wird die Signalspannung geteilt. Der eine Teil geht an den Ausgang, der andere wird auf Masse gezogen. Das Verhältnis, und damit die Lautstärke, lässt sich über die Drehachse regeln. Potentiometer gibt es mit allen möglichen Werten. An sich hat der Wert des Potentiometers nichts mit der Funktion des Volumereglers zu tun. Da die Kohleschicht in einem Potentiometer, also der Gesamtwiderstand, aber parallel zur Signalquelle (der PU Spule) geschaltet ist, wird der Klang mehr oder weniger gedämpft (es entsteht hier ein sogenannter Schwingkreis). Um so höher der Wert des Potis, um so höhenreicher ist der Klang. Deswegen werden bei der Verwendung von Humbucker-PUs meist höherohmige Potis verwendet (500kOhm ist ein Richtwert). Bei Singlecoil PUs ist u.U. eine Bedämpfung erwünscht. Man verwendet hier Potis um 250kOhm. Es gibt aber auch Gibsons mit 300kOhm Potis, um einen extrem weichen Sound zu erzielen... Hier heißt es wieder einmal Ausprobieren. Ein gutes Poti kostet so um die 5 DM, man kann also schon mal verschiedene testen.

TonereglerUm einen Toneregler zu bauen, brauchen wir einen Kondensator. Ein Kondensator ist ein passives Bauteil mit frequenzabhängiger Impedanz. Für hohe Frequenzen bietet er einen niedrigen Widerstand, für niedrige einen hohen. Die Formel zur Berechnung des sogenannten kapazitiven Widerstands lautet 1 / ( 2 * p * f * C ). Würde man einen Kondensator einfach zwischen Signal und Masse schalten, würde er die hohen Frequenzen dämpfen. Um den Effekt regelbar zu machen, müssen wir ein Potentiometer zwischen Signal und Kondensator schalten (siehe Skizze). Für E-Gitarren übliche Kondensatoren haben Werte zwischen 15 und 22nF. Höhere Kapazitäten stellen einen geringeren Widerstand für hohe Frequenzen dar, der Sound wird also insgesamt dumpfer. Da man Kondensatoren in den meisten Elektronikbastelläden für unter eine Mark bekommt, kann man hier gut rumexperimentieren. Nehmt unbedingt Metall-Papier-Kondensatoren oder Keramiktropfen.

Die Anschlußbuchse

BuchseBuchseNun haben wir endlich unser Signal soweit, dass es auf den Verstärker losgelassen werden kann. Wir sollten dafür sogern, dass es die Gitarre ordentlich verlässt. Perfekt dafür geeignet ist eine 6,3mm Mono-Klinkenbuchse. Auch hier gibt es wieder verschiedene Modelle.Blech (z.B in Fender Telecaster) Die Auswahl der Buchse richtet sich im wesentlichen nach den Platzverhältnissen in der Gitarre. Die Buchse wird entweder direkt im Pickguard, mit einem Blech im Korpus oder als Zargenbuchse direkt durch den Zargen hindurch befestigt. Manche Anschlußbuchsen haben noch einen Kontakt, der schließt, wenn man eine Stecker in die Buchse steckt.Blech (z.B. in Fender Strat) In der Gitarre braucht man diesen Kontakt entweder gar nicht oder nur sehr selten. Man kann ihn beispielsweise verwenden, um irgendein aktives System in der Gitarre einzuschalten. So läuft man nicht Gefahr, es zu vergessen und sich dann zu wundern, dass die Batterie leer ist. Bei der Buchse sollte man darauf achten, dass die Kontaktfedern fest am Stecker anliegen. Wenn sie zu locker sind, knackt's unter Umständen. Sollten erhebliche Störungen durch die Buchse auftreten, kann man sie mit Kontaktspray reinigen. Dazu die Buchse aber bitte ausbauen. Am besten man baut gleich eine neue ein, sollte für unter 10 DM zu haben sein.

Links zu Schaltplänen die für verschiedenen Gitarren habe ich unten bei den Links aufgelistet.


Erdung und Abschirmung

Gerade bei Gitarren mit Single-Coil-Abnehmern ist eine gute Abschirmung sehr wichtig. Störstrahlung, die z.B. von Sparlampen, Leuchstoffröhren, Computermonitoren oder Mobiltelefonen ausgeht, wird sonst vom PU aufgenommen und ist über den Amp deutlich zu hören. Um diese Brummerei auszuschließen, muss man die Pickups und die restlichen Gitarreninnereien in einen sogenannten Faraday'schen Käfig einsperren. Das ist ein möglichst geschlossener Metallkorb, in dem sich die eindringenden Elektronen voneinander abstossen und dadurch immer nach außen gedrückt werden. Naja das ist wohl doch zu viel Physik für eine Gitarrenseite.
Wie Ihr Eure Gitarre neu abschirmt, steht in diesem Workshopartikel. Mit der Erdung ist es ähnlich. Auch sie muss durchdacht sein, um Störgeräusche möglichst zu vermeiden. Eine sogenannte Sternerdung garantiert den besten Erfolg, d.h. man verbindet alle zu erdenden Teile mit einem Punkt. Man kann dafür z.B. ein Potigehäuse verwenden. Details im Workshop.

Verstärker

alter FenderampDer Verstärker dient, wie allgemein bekannt, dazu, das Signal der Gitarre lautstark hörbar zu machen. Im Prinzip nimmt er die elektrische Schwingung am Eingang entgegen und erhöt die Amplitude des Signals. Mit diesem verstärkten Signal geht es dann auf den Lautsprecher. Dieser besteht aus einer Spule, einem Magnetkern sowie einer Membran. Der Magnetkern ist mit der Membran mechanisch verbunden. Schwingt das Signal, schwingt die Membran. Diese wiederum bringt die Luft zum Schwingen und diese dann wieder das Trommelfell des Zuhöres. Ihr kennt das Spiel. Genaugenommen zählt der Lautprecher ja nicht zum Verstärker, aber das nehme ich jetzt mal zusammen.

Dann wollen wir mal das Funktionsprinzip eines elektrischen Verstäkers ganauer betrachten. Ich vergleiche in diesem Fall den Strom gerne mit Wasser. Ihr müsst euch den Verstärker wie ein grosses Ventil vorstellen. Es hängt in dem dicken Rohr, das aus dem Kraftwerk kommt. Die Steckdose stellt praktisch einen unerschöpflichen Wassertank dar. Nun wird dieses Ventil von dem Eingangssignal gesteuert. Liegt dort grosser Druck (Spannung) an, so wird das grosse Ventil weit geöffnet und es fließt viel Wasser durch. Liegt kein Signal an (z.B. bei Ziggipause) fließt auch kein Wasser und es herrscht Ruhe.

Ihr habt natürlich kein Wasser im Amp, sondern Strom, also braucht man auch andere Ventile. Es wird da im wesentlichen zwischen zwei Formen unterschieden: Transistoren und Röhren.

Transistorverstärker (Solidstate)

In einem Transistorverstärker ist ein (oder sind mehrere) Halbleiter als Ventil am Werkeln. Ich gehe jetzt (auf Anraten von Markus) nicht näher auf das Thema Halbleiterphysik ein. Transistoren haben den Vorteil (oder Nachteil?), dass sie den Frequenzverlauf des Eingangssignals sehr sauber wiedergeben. Transistorverstärker sind dadurch im allgemeinen sehr sauber im Cleanbereich. Außerdem sind Halbleiter günstig herzustellen und wartungsfrei. Entweder sie gehen, oder sie sind kaputt, es ist kein Zwischenzustand möglich. Was ich damit sagen will ist, dass sich Transistoren nicht abnutzen. Mann kann sie jedoch durch zu hohe Spannung oder zu hohen Strom zerstören. Die neueren Amps sind jedoch so aufgebaut, dass das nicht passieren kann. Ganz anders sieht es schon bei der folgenden Gattung aus:

Röhrenverstärker (Tube)

Die Röhre war das erste erfundene elektrische Verstärkerbauteil. Eine Röhre funktioniert folgendermaßen: Ein Emitter setzt durch Glühen Elektronen frei, die durch ein Gitter (Gate), an dem eine Spannung anliegt, beschleunigt werden und auf den Kollektor treffen.verschiedene Powertubes Der Kollektor ist der Ausgang, das Gate der Eingang. Legt man nämlich am Gate eine negative Spannung an, wird der Elektronenstrom abgestossen und dadurch gebremst. Dieser Effekt wird zur Signalverstärkung (ihr erinnert euch an das Ventilbeispiel) genutzt. Alle diese Teile sind in einem luftleeren Glaskolben eingebaut. Der glühende Teil einer Röhre ist der Emitter. Er wird geheizt, damit er die Elektronen ausdampft. Wer sich näher mit der Materie beschäftigen will, dem empfehle ich eine Lehre als Radioelektroniker (auf den Spuren von Leo Fender) oder die Bücher Gitarrenverstärker selbstgebaut - Grundlagen der Soundentstehung und Bauanleitungen oder Röhrenverstärker - Reparieren, Restaurieren, Modifizieren.. Bedingt durch das Funktionsprinzip sind Röhren störungsanfällig. Der Emitter nutzt sich mit der Zeit ab, die Röhre klingt irgendwann matt und wird auch leiser. Je nach Benutzungshäufigkeit muss man die Röhren eines Gitarrenverstärkers alle 3-5 Jahre austauschen. Nun hat es natürlich einen Grund, warum man heute immer noch Röhrenverstärker baut. Der Klang eines Röhrenverstärkers ist einfach nicht mit dem eines Halbleiterbauteils zu vergleichen. Eine Röhre klingt warm und gleichzeitig knackig. Sie erzeugt im Gegensatz zum Transistor harmonische Oberwellen, die fürs menschliche Ohr angenehmer klingen, und zeigt einen wesentlich umfangreicheren Dynamikbereich. Der Verstärker reagiert also viel sensibler auf die Stärke des Anschlags und Spielweise des Gitarristen. Der Klang ist leider mit Worten schwer zu beschreiben -- muss man ausprobieren.

Kabel

Neutrik SteckerNoch ein paar Worte zu den häufig verwendeten Kabeln. Eigentlich jeder Gitarrist braucht ein Mono-Klinke - Mono-Klinke (6,3 mm bzw. 1/4") Kabel, um seine Gitarre mit dem Verstärker zu verbinden. Ich empfehle, hier nicht zu sparen. Ein schlechtes, billiges Kabel rauscht, brummt und ist mikrophonisch, d.h. es macht Geräusche wenn man drauftritt oder es am Boden entlangschleift. Auch verschlechtert sich der Ton an sich, er wird dumpfer und hat weniger Dynamik. Das liegt daran, dass ein Kabel sich elektrisch wie ein Kondensator verhält. Um so schlechter die Qualität und um so läger das Kabel ist, desto höher ist die Kapazität des Kabelkondensators. Das Signal, das beim Amp ankommt, ist dann nicht mehr das, was aus der Gitarre rauskommt. Ich empfehle also gute Cordial Kabel und Neutrik Stecker. Die paar Mark mehr lohnen sich. Fetter Sound ist nie zu teuer!

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