C-Switch vs State-Varaible Filter (SVF)
Ich stelle einmal kurz die beiden von Dir angesprochenen Schaltungen mit Ihren Vor- und Nachteilen gegenüber.
1. Grundlagen
Zur Erinnerung, der Amplitudengang, also die Übertragungscharakteristik von Tonabnehmer und Gitarrenelektronik, sieht qualitativ immer gleich aus. Hier ein Beispiel:
Bild 1: Qualitativer Amplitudengang eines magnetischen Tonabnehmers
Man erkennt in diesem Beispiel, daß bei 2,2kHz eine Betonung von 8dB vorliegt. Dieser "Berg" wird von Elektrotechnikern als "Resonanz" bezeichnet. Die Höhe des "Berges" ist ein Maß für die Güte der Schaltung.
Eine Schaltung, die so einen Amplitudengang erzeugen kann, nennt man einen Resonanztiefpaß 2. Ordnung. Der SVF stellt genau so eine Schaltung dar. Die notwendige Übertragungsfunktion wird mit Hilfe zweier kaskadierter Integratoren, eines Summierers und mehrerer Rückkopplungen erzeugt.
Die passive Elektrogitarre stellt aufgrund ihrer größeren Anzahl von Reaktanzen (Induktivität des Tonabnehmers, Wicklungskapazität, Kapazität der Tonblende, Kabelkapazität) in ihrer Standardschaltung sogar ein System 4. Ordnung dar. Der Verlauf des Amplitudenganges ist jedoch weitgehend identisch mit dem eines Tiefpasses 2. Ordnung. Aus diesem Grunde ist es möglich, mit einem geeigneten SVF das elektrische Übertragungsverhalten einer Elektrogitarre mit magnetischen Tonabnehmern nachzubilden.
2. Theoretische Gemeinsamkeiten
Will man den Klang einer Elektrogitarre verändern, so verschiebt man am einfachsten die Lage der Resonanzfrequenz, wie im nächsten Bild gezeigt:
Bild 2: Variierte Resonanzfrequenz mit konstanter Güte
Bezüglich der Resonanzfrequenz sind beide Schaltungen in der Lage ein solches Verhalten zu erzeugen.
Der sinnvolle "Arbeitsbereich" für die Resonanzen liegt zwischen 1kHz und 5kHz. Höhere Frequenzen können die Tonabnehmer allein aufgrund ihrer magnetischen Breite nicht übertragen (sie dazu auch "
Das Klang-Mysterium der Humbucker-Modes"). Passive Schaltungen erreichen selten Frequenzen über 3,5kHz.
3. Grundsätzliche Unterschiede
Der C-Switch ist eine passive Schaltung, die nur aus einem Schalter mit verschiedenen Kondensatoren besteht, welche parallel zum Tonabnehmer angeschlossen wird. Durch die zusätzliche Kapazität wird die Resonanzfrequenz der gesamten Schaltung verringert. Der "Berg" verschiebt sich dadurch also nach Links. Zum Betrieb wird keine Energiequelle (Batterie) benötigt
Der SVF ist eine aktive Schaltung. Neben einer Reihe von passiven Bauelementen (Widerständen, Kondensatoren) sind in der Regel auch 4 Operationsverstärker notwendig. Zum Betrieb wird Energie für die Operationsverstärker benötigt. Ohne Batterie in der Gitarre geht also nichts!
4. Die Eigenschaften im Detail
4.1 C-Switch
Welche Resonanz sich beim Einsatz eines C-Switch ergibt, ist auch von den anderen elektrischen Komponenten der Elektrogitarre abhängig. Verändert man die Induktivität des Tonabnehmers oder die Kabelkapazität, so wird, bei gleicher Einstellung des C-Switch, ein anderer "Klang" die Folge sein. Dieses Verhalten liegt ganz einfach darin begründet, daß sich die Wirkung aus allen beteiligten passiven elektrischen Bestandteilen bis zum ersten Verstärker ergibt. Die Kapazität des C-Switch ist dann eben nur ein Teil.
Die durch den C-Switch erzeugten Resonanzfrequenzen sind daher immer kleiner, als die Resonanz, die sich ohne C-Switch ergibt. Bei einem PAF zum Beispiel, geht es dann ungefähr bei 2,2kHz los. Bei einer Strat kann die Anfangsresonanz durchaus bei 3,4kHz liegen.
Hieraus ist schon zu erkennen, daß man die Kapazitäten des C-Switch eigentlich im Hinblick auf die anderen elektrischen Daten der Gitarre auswählen muß. Ich habe zu diesem Zweck einen geeigneten Simulator geschrieben, mit dessen Hilfe ich die entsprechenden Optimierungen vornehmen kann.
Neben der Resonanzfrequenz beinfluß der C-Switch auch die Güte (also die Höhe des "Berges"). Berechnet man für verschiedene Kapazitäten die resultierenden Resonanzfrequenzen und die dazu gehörenden Ausprägungen (Maxima), so ergibt sich der folgende Verlauf:
Bild 3: Maxima der Resonanzfrequenz in passiver Tonabnehmer-Schaltung
Wünschenswert wäre eine gerade Linie parallel zur Frequenz-Achse, aber das ist aufgrund der passiven Schaltung nicht möglich. Wie der Verlauf dieser Kurve quantitativ ist, hängt wieder vom Tonabnehmer und dem Rest der Schaltung ab.
4.2 SVF
Der SVF trennt den Tonabnehmer elektrisch vom Rest der "Welt". Der Tonabnehmer wird also quasi im Leerlauf betrieben und hat so eine sehr hohe Resonanzfrequenz, die zwischen 5kHz und 12kHz liegen kann. Die Güte wird durch einen geeigneten Eingangswiderstand der Schaltung (typ. 330kOhm bei Lemme) so bedämpft, daß eine Resonanz effektiv nicht auftritt. Der Tonabnehmer arbeitet dann als reiner Tiefpaß. Die anschließende Schaltung erzeugt dann auf elektronischem Wege die gewünschte Resonanz, die bezüglich Lage und Güte mit Hilfe zweier Potentiometer unabhängig voneinander eingestellt werden kann. Der SVF stellt somit eine Art von zweidimensionaler Klangeinstellung dar.
Aufgrund der aktiven Schaltung wird der Ausgangswiderstand der Gitarre durch den SVF niederohmig. Der "Klang" ist daher weitgehend unabhängig vom verwendeten Kabel.
Wird der SVF geeignet dimensioniert, so sind Resonanzfrequenzen bis 12kHz durchaus möglich, machen aber nicht unbedingt Sinn. Auch die Güte läßt sich auf Werte bringen, die dann schon "schrill" oder unangenehm spitz klingen. Sinnvollerweise sollte man eine Güte von 3 oder 4 nicht überschreiten.
5. Bedienung
Der C-Switch läßt sich sehr einfach bedienen. Man hat 3, 6 oder gar 12 Schaltstellungen, deren jeweiliger Klang unter anderem von der entsprechenden Kapazität abhängig ist. Sind die Kondensatoren geeignet gewählt - am besten in einer logarithmischen Abstufung - so hat man eine gute Wirkung über den gewünschten Frequenzbereich und findet den entsprechende Sound immer und leicht wieder. Ein Griff und Treffer!
Helmuth Lemme bietet ein SVF in zwei Versionen an. Beide lassen eine kontinuierliche Einstellung der Frequenz zwischen 1,2kHz und 7kHz zu. Dazwischen sind quasi alle Werte möglich. Einen bestimmten (tollen) Klang dann gezielt und schnell wiederzufinden, ist aus diesem Grunde jedoch nicht ganz einfach.
In der einfachsten Version bietet Lemme 3 verschiedene Güten an, die mit Hilfe eines kleinen Schalters verändert werden. Die "große" Version hat dann ein zusätzliches Poti für die Güte. Jetzt ist die klangliche Vielfalt der Schaltung sozusagen unendlich, was eine schnelle Einstellbarkeit zusätzlich erschwert.
6. Gegenüberstellung
C-Switch
Nachteile:
- Nur wenige (diskrete) Einstellungen
- Resonanzfrequenz immer kleiner als ohne C-Switch
- Resonanzfrequenz abhängig von Tonabnehmer und Kabelkapazität
- Güte abhängig von Tonabnehmer und Kabelkapazität
- Güte nicht konstant, sondern von der Lage der Resonanz abhängig.
- Güte nicht einstellbar
Vorteile:
- Gute Wiederauffindbarkeit der einzelnen Klangfarben.
- Die einzelnen Resonanzen lassen sich durch Wahl eines geeigneten Kondensator nach Geschmack anpassen
- Keine Batterie notwendig
SVF
Nachteile:
- Schlechte Wiederauffindbarkeit der einzelnen Klangfarben.
- Batterie notwendig
Vorteile:
- Resonanzfrequenz kann theoretisch den Bereich der Leerlaufresonanz des Tonabnehmers erreichen.
- Resonanzfrequenz kontinuierlich und unabhängig von Tonabnehmer und Kabelkapazität einstellbar
- Konstante Güte unabhängig von Tonabnehmer und Kabelkapazität einstellbar
- Instrument wird niederohmig
- lineare Verstärkung möglich
7. C-Switch goes SVF
Ein paar der aufgezählten Nachteile des C-Switch lassen sich beheben, wenn man ihm die gleiche elektrische Umgebung gibt. Wird er mit einem Impedanzwandler oder Vorverstärker kombiniert, so sind ebenfalls wesentlich größere Resonanzfrequenzen möglich. Der "Klang" wird dann nur noch von den elektrischen Daten des Tonabnehmers beeinflußt. Damit wird das System dann auch niederohmig.
Die unterschiedlichen Güten lassen sich durch geeignete Dämpfungswiderstände parallel zu den einzelnen Kondensatoren angleichen. Das setzt jedoch eine Menge experimentieren und Hören oder aber eine geeignete Simulationsmöglichkeit vorraus.
Kombiniert man den C-Switch mit einer normalen Tonblende, so ist ebenfalls eine kontinuierliche Beeinflussung der Güte möglich.
8. C-Switch mit Tone und Preamp
Nachteile:
- Nur wenige (diskrete) Einstellungen
- Resonanzfrequenz abhängig von Tonabnehmer
- Güte abhängig von Tonabnehmer
- Batterie notwendig
Vorteile:
- Gute Wiederauffindbarkeit der einzelnen Klangfarben.
- Resonanzfrequenz kann theoretisch den Bereich der Leerlaufresonanz des Tonabnehmers erreichen.
- Die einzelnen Resonanzen lassen sich durch Wahl eines geeigneten Kondensator nach Geschmack anpassen
- Güte konstant
- Güte einstellbar
- Instrument wird niederohmig
- lineare Verstärkung möglich
9. Fazit
Für den praktischen Einsetz ziehe ich den C-Switch mit Tonblende und Impedanzwandler vor. Da ich die Eigenschaften direkt auf meine Tonabnehmer anpassen kann, bietet das SVF hier keine weiteren Vorteile.
Der große Vorteil des SVF, seine unendliche Klangvielfalt, mag im Studio sehr nützlich sein, in der konkreten Auftrittsituation bewerte ich eine schnelle Verfügbarkeit optimierter Klänge jedoch deutlich höher!
Einen C-Switch muß man nicht unbedingt fertig kaufen. Da hier immer ein wenig Tuning an die bestehenden Verhältnisse notwendig ist, ist man besser beraten, sich einen geeigneten Drehschalter und eine Anzahl von Kondensatoren zu kaufen und das ganze einfach auszuprobieren. Wie es geht habe ich in Guitar-Letter II sehr genau beschrieben.
Ulf
