Theoretische Gedanken zur Positionierung der Tonabnehmer

[DerOnkel]

So, jetzt fangen wir mal damit an...

Wer redet vom magnetischen Widerstand? Die sich bewegende Saite verändert lokal die Flußdichte wodurch die Induktionsspannung in der Spule entsteht, sonst passiert da gar nichts (idealisiert natürlich, mechanische Einflüsse etc. mal beiseite).

Sicher?

Der Onkel sagt:

In der Saite wird durch ein statisches Magnetfeld eine Magnetisierung erzeugt. Wird die Saite mit ihrem statischen Feld bewegt, so ändert sich der magnetische Fluß im die Saite umgebenden Raum. Mit Hilfe einer in Saitennähe positionierten Induktionsspule wird die in ihr entstehende Flußänderung dann in eine Induktionsspannung umgewandelt.

Diese Sicht der Dinge mag manch einem befremdlich erscheinen, denn eigentlich kann man doch immer lesen, daß "die Saiten die magnetischen Feldlinien schneiden…". Seth Lover, der Vater des Gibson Humbuckers, sagte dazu in einem von Seymour Duncan geführten Interview aus dem Jahre 1978 mit dem Titel: "Interview on Gibson Humbucking Pickups" nur "Nuts. That isn't it." und er führt weiter aus:

The magnet, all it does is magnetize the string. Now you've got a waving magnetic field. And we have a fixed coil with a waving magnetic field to induce voltage. If you want to, take the magnet out. Once you've magnetized your strings, it will play until the string loses it.
Players think the string, the magnetic field from the magnet comes up to the string and by twisting the magnetic flux back and forth that's what induces the voltage. That's not what happens. There's a certain amount of that, but that's minor.
What is happening is you have a magnetic field that is moving back and forth across the coil. And when you move a magnetic field back and forth across the coil you induce voltage. If you move the field up and down it wouldn't induce any voltage. It's the motion back and forth across the pickup that does it.

Wäre dem nicht so, könnte man die aperturbedingten Klangbeeinflussungen bei Magnettonabnehmern und sogar das Interferenzloch des lateralen Humbuckers nicht erklären. In der Folge müßte ein solcher Humbucker, abseits der elektrischen Filtereigenschaften, wie ein Single-Coil klingen. Das ist aber nicht der Fall!

Übrigens kann man eine vergleichbare Erklärung auch in Zollners Physik der Elektrogitarre nachlesen.

Aus Sicht der Induktionsspule kann man also schon von einem durch die bewegte magnetisierte Saite erzeugten Wechselfeld sprechen.

Was soll denn bitte "haarsträubend falsch" sein? Das will ich jetzt gern wissen.

Diese meine Aussage bezieht sich auf Deine weiteren Ausführungen zum Thema Störungen in der Saite und Saitenerdung.

Die saiten sind geerdet, daher braucht man sie auch nicht wirklich berücksichtigen.

Diese Aussage ist aus elektrischer Sicht richtig. Aus magnetischer Sich leider nicht, denn die Saite ist magnetisierbar und damit Bestandteil des magnetischen Kreises des Tonabnehmermagneten.

Etliche Störungen die durch induzierte Wirbelströme in der Saite entstehen, werden durch die Erdung neutralisiert.

Wie das funktionieren soll ist wirklich fraglich, denn die Saiten sind ja nur einseitig geerdet. Ein durch ein externes magnetisches Feld induzierter Strom kann also allenfalls als Wirbelstrom in der Saite wirksam werden. Ein Eindringen in die Gitarrenelektronik ist schlicht nicht möglich, da der Stromkreis nicht geschlossen ist!

Abgesehen davon ist die Wirkung der Saite als elektrische Antenne deutlich besser als die einer Induktionsspule.

Ohne Saitenerdung hätte man einen induzierten parasitären Strom (und somit ein Wechselfeld) in der Saite, das sind diese Störungen die man bei Klampfen ohne Saitenerdung hört. Diese werden aber durch die Erdung an Masse abgeführt und somit totgelegt.

Ja, da machen wir doch einmal ein Experiment:

1. Man entferne die Saitenerdung

Ergebnis: Es sind Störungen zu hören, die ja keiner haben will.

2. Man verbinde zum Beispiel das Handgelenk des Musikers mit der Schaltungsmasse ohne die Saiten zu berühren

Na, sind die Störungen weg oder sind sie noch da?

Ich habe das Experiment zwar nicht gemacht, aber ich bin sicher, die Störungen sind weg! Die Erklärung findet sich im Artikel "Die Saitenerdung in der Elektrogitarre"

Ulf

 

[bluesfreak]

Schon interessant wie hier Grundsätze der Physik vermischt mit (teilweise) fragwürdigen "Fach"begriffen verbogen werden... und was ein Herr Seth Lover gesagt hat scheint ja einige weitere Grundsätze auszuhebeln. Unbestreitbar Fakt ist ja dass die Saite vom Magneten magnetisiert wird aber dass eine Saite allein genug Spannung in TA induziert um einen Klang zu erzeugen ist wohl sehr, sehr fragwürdig denn erstens beeinflussen sich die Magnetfelder der dann schwingenden Saite und des Permanentmagneten gegenseitig (destruktive Interferenzen) , zweitens ist die durch die magnetisierte Saite in der Spule hervorgerufene Flußdichtenänderung deutlich geringer als die des Magneten und zwar ca um das Hundertfache... Ebenfalls nachzulesen bei Zollner und eigentlich jedem der sich mit Spulen beschäftigt von vornherein klar...

 

[_xxx_]

Ja Ulf, ich bin mir ziemlich sicher. Du kannst das mit "Magneten rausnehmen und dann weiter spielen" gern mal live probieren, viel spaß dabei Du wirst feststellen dass es völliger Humbug ist. Eine Saite ist kein Permanentmagnet und kann keine so schwache Magnetisierung behalten. Es geht nur um die "Biegung" des Magnetischen Flusses weil die Saite ein wesentlich besserer (magnetischer) Leiter ist als die Luft, also genau das was Seth als "geringfügig" einschätzt macht eben den Großteil der Sache aus. Als Beweis schon mal die Tatsache dass es mit Messingsaiten nicht funktioniert, eben weil sie im magnetischen Sinne nicht leitend sind, obwohl sie durchaus magnetisierbar sind was die häufige Verwendung in Trafos zeigt.

Zusätzlich dazu dient der Magnet auch als Eisenkern (bzw. AlNiCo-Kern, Ni und Co sind ja magnetisch) für die Spule, den Magneten rausnehmen verringert das µ erheblich und würde das induzierte Signal so schwach machen, dass ein Vorverstärker absolut nötig wäre, vorausgesetzt das Signal wäre überhaupt erst stärker als die gesamten Einstreuungen (was ich nicht mal glaube).

Die Störungen von der Saite dringen durchaus in die Elektronik und zwar über den Umweg durch den Pickup, wie man beim Abklemmen der Saitenerdung sofort selbst feststellen kann. Sonst gäbe es die Störungen ja nicht.

Das mit dem Handgelenk funktioniert auch nur wenn man keine isolierende Gummisohlen hat, ob die Saite nun durch die Elektronik oder durch den Körper geerdet wird, hat mit unserem Thema herzlich wenig zu tun. Die Störungen sind in dem von Dir beschriebenen Fall übrigens nicht ganz weg, sondern nur etwas geringer (bevor die Frage kommt - ja, ich habe es oft "ungewollt" getestet da man die Saitenerdung in Eile oft mal vergißt und erst später nachzieht).

 

[DerOnkel]

So, wir machen das jetzt stückweise...

Ja Ulf, ich bin mir ziemlich sicher. Du kannst das mit "Magneten rausnehmen und dann weiter spielen" gern mal live probieren, viel spaß dabei Du wirst feststellen dass es völliger Humbug ist.

Dazu liest man das US-Patent 2,026,841 von Arnold Lesti.

Hier werden die Spulen des Humbuckers (ja, ja) als Elektromagnet "mißbraucht", um die Saite zu magnetisieren. Es gibt ein weiteres Patent von Knoblaugh, welches einen koaxialen Humbucker beschreibt, der auf dem selben Prinzip basiert.

Eine Saite ist kein Permanentmagnet und kann keine so schwache Magnetisierung behalten.

Wirklich?

Ich habe das Lesti-Patent bisher eher als eine theoretische Arbeit aufgefaßt. Tatsächlich gab es jedoch technische Umsetzungen (Gitarre und Verstärker), die vor dem Krieg unter dem Namen "Volutone" vertrieben wurden. An den Verstärker konnte ohne Probleme auch eine Elektrogitarre mit Magnettonabnehmer angeschlossen werden.

Also, es funktioniert so, sonst wäre ein solches Produkt sicherlich nicht auf den Markt gekommen.

Die von Dir vertretene Erklärung basiert auf einer Änderung des vom Dauermagneten erzeugten magnetischen Flusses in der Spule. Die dazu notwendige Änderung des magnetischen Widerstandes kann nur durch den Abstand der Saite vom Magnetpol erfolgen. Prinzipiell funktioniert das.

Das von Stimson beschriebene Moving-Bridge-Pickup nutzt dieses Prinzip. Zwar etwas anders, nicht über die Saiten, sondern über einen Luftspalt, aber es ist grundsätzlich das selbe. Dieser Tonabnehmer war so schwach, daß Dobro die betreffenden Instrumente kurz nach der Einführung vom Markt nehmen mußte. Als Ersatz kam dann das Blade-Pickup, welches nach dem Direct-String-Prinzip arbeitet, wie heute alle magnetischen Tonabnehmer für die Elektrogitarren.

Es geht nur um die "Biegung" des Magnetischen Flusses weil die Saite ein wesentlich besserer (magnetischer) Leiter ist als die Luft, also genau das was Seth als "geringfügig" einschätzt macht eben den Großteil der Sache aus.

Die "Verbiegung" des magnetischen Feldes, also der magnetischen Flußdichte oder der magnetischen Feldstärke ist eine Folge der Überlagerung der verschiedenen Feldanteile. Der magnetische Fluß ist eine skalare Größe.

Wäre die Saite deutlich dicker, so würde ich Dir zustimmen. Sie ist es jedoch nicht und in der Folge ist die Saite schon nach ganz kurzer Zeit magnetisch gesättigt. Das heißt: Sie ist magnetisiert und ihre relative Permeabilität strebt gegen 1. In der Folge unterscheidet sich ihr magnetischer Widerstand nur wenig von der sie umgebenden Luft. Die fokussierende Wirkung des ferromagnetischen Stoffes bleibt also aus!

Das Feld der magnetisierten Saite überlagert sich mit dem Feld des Dauermagneten, was zu den "Verbiegungen" führt. Bewegt man die Saite, ist eine Flußändeurng die Folge...

Ich bin für mich schon vor einiger Zeit zu dem Schluß gekommen, daß das die richtige Erklärung ist. Zollner hat das bestätigt und auch Seth Lover liefert diese Erklärung. Darüber hinaus lassen sich viele zu beobachten Effekte (Aperturfilter, Interferenzloch des Humbuckers) nur so erklären.

Als Beweis schon mal die Tatsache dass es mit Messingsaiten nicht funktioniert, eben weil sie im magnetischen Sinne nicht leitend sind, obwohl sie durchaus magnetisierbar sind was die häufige Verwendung in Trafos zeigt.

Die Legierung Messing besteht hauptsächlich aus Kupfer und Zink. Wenn überhaupt ist ein schwacher Diamagnetismus festzustellen, der für eine gewisse geringe magnetische Leitfähigkeit sorgt. Eine Magnetisierbarkeit von Messing ist definitiv nicht gegeben und genau deshalb funktionieren Messingsaiten nicht mit Magnettonabnehmern!

So, später mehr. Jetzt muß ich den MiniOnkel abholen...


Ulf

 

[Johannes Hofmann]

Eine Saite ist kein Permanentmagnet und kann keine so schwache Magnetisierung behalten.

mal abgesehen, dass diese theoretische Betrachtung mittlerweile weit vom eigentlichen Thema des Threads weg ist: Das spielt doch überhaupt keine Rolle.

so weit Wikipedia mein Physikwissen auffrischt, gilt:

Das heißt locker übersetzt: Die induzierte Spannung ist proportional zur Änderung der magnetischen Flussdichte.

Dabei ist schurzpipegal, wovon der magnetische Fluss erzeugt wird - also woher das Magnetfeld kommt. Ein Gitarrenpickup würde - rein theoretisch - auch ohne Magnet funktionieren, wenn man eine eisenhaltige Saite in der Nähe einer Spule bewegt... dieweil diese Anordnung das Erdmagnetfeld periodisch stören und dadurch in der Spule eine Wechselspannung induzieren würde. Der Wirkungsgrad wäre allerdings misserabel, weswegen es Sinn macht, einen Magneten in der Nähe anzubringen... tja und weil sich's konstruktiv schön anbietet, als Kern der Spule. Denn dort erhöht er auch noch die Feldliniendichte und damit die den Kupferdraht der Spule durchdringende und sich ändernde Flussdichte.

Also noch mal: Der Clou des Gitarrenpickups ist nicht, dass ein Magnet bewegt wird, sondern das eine in einem magnetischen Feld schwingende Saite dieses Feld periodisch stört und daher in einer ebenfalls in dem gleichen Feld befindlichen Spule eine Spannung induziert.

 

[bluesfreak]

Also noch mal: Der Clou des Gitarrenpickups ist nicht, dass ein Magnet bewegt wird, sondern das eine in einem magnetischen Feld schwingende Saite dieses Feld periodisch stört und daher in einer ebenfalls in dem gleichen Feld befindlichen Spule eine Spannung induziert.

Meine Rede... denn es mag zwar andere Arten geben einen (elektro)magnetischen TA zu konstruieren aber die haben alle eklatante Schwächen (wie das z.B. oben angegebene Patent) denn sonst hätten sie sich durchgesetzt (weil wer mag schon ne Autobatterie herumschleppen nur um mal kurz ein paar Tönchen spielen zu können)... außerdem würde mich an dem Patent noch interessieren wie verhindert wird dass die Eisenkerne der Spulen mit der Zeit vom umgebenden (aus Magnetmaterial gefertigtem (dabei viel Spaß, das Zeug ist sehr bröckelig)) Gehäuse permanent magnetisiert werden was dann den prinzipiell benötigten elektromagnetischen Effekt deutlich beeinflussen würde und eine MU Metall Abschirmung seh ich auf den Zeichnungen nicht....

 

[_xxx_]

mal abgesehen, dass diese theoretische Betrachtung mittlerweile weit vom eigentlichen Thema des Threads weg ist: Das spielt doch überhaupt keine Rolle.

so weit Wikipedia mein Physikwissen auffrischt, gilt:

Das heißt locker übersetzt: Die induzierte Spannung ist proportional zur Änderung der magnetischen Flussdichte.

Was ja genau das ist was ich gesagt habe. Nur muss da eben ein nennenswerter Fluß gegeben sein damit das ganze läuft, was ohne einen Magneten eben nicht der Fall wäre.

Dabei ist schurzpipegal, wovon der magnetische Fluss erzeugt wird - also woher das Magnetfeld kommt. Ein Gitarrenpickup würde - rein theoretisch - auch ohne Magnet funktionieren, wenn man eine eisenhaltige Saite in der Nähe einer Spule bewegt...

Nein, eben dies würde nicht passieren, ausser durch die Spule fließt ein Strom von einer externen Versorgung (das ganze wäre ja dann ein Elektromagnet). Ohne ein Magnetfeld findet keine Induktion statt. Wobei das Erdmagnetfeld wie du auch sagst dafür zu schwach wäre.

Es funktioniert jedoch ganz ohne eine echte Spule, siehe als Bsp. die Lace Alumitones - da gibt es nur eine "Windung", das Pickupgehäuse selbst und dazu ein kleiner Übertrager hinten dran um das signal auf ein akzeptables Niveau anzuheben.

Als ähnliches Beispiel kannst auch Piezos betrachten, diese produzieren ein so schwaches Signal dass es verstärkt werden muss. Ähnlich wäre es mit so einer theoretischen Konstruktion, ohne Batterie und Vorverstärker passiert nix, obwohl es rein technisch gesehen als "funktionierend" deklariert werden könnte. Aber eben nicht so wie man es braucht.

Also noch mal: Der Clou des Gitarrenpickups ist nicht, dass ein Magnet bewegt wird, sondern das eine in einem magnetischen Feld schwingende Saite dieses Feld periodisch stört und daher in einer ebenfalls in dem gleichen Feld befindlichen Spule eine Spannung induziert.

Eben.

@Ulf, wie bereits gesagt - probier es einfach live, dann kannst dir danach die Theorie dazu überlegen. Mach einen Humbucker auf so dass du den Magneten rausziehen kannst, halte den hin über den Saiten, spiel ein paar Töne und ziehe dabei den Magneten aus dem Pickup raus. Ich prophezeihe dass entweder gar kein Signal kommt, oder etwas so extrem schwaches dass es gewaltig geboostet werden muss.

Ich bin definitiv nicht deiner Meinung was die Fokusierung betrifft, aber solange ich es nicht praktisch nachvollzogen habe, will ich auf nichts stur beharren wo ich mir nicht ganz sicher bin

Edit: Evtl. äußert sich die Fokusierung eben durch die Magnetisierung, oder eben umgekehrt? Gekauft wie geschenkt. Aber wie man es dreht und wendet funktioniert es nicht ohne ein permanentes Magnetfeld als Erreger, bei dieser Konstruktion.

Dass es um eine Erhöhung der Flußdichte im Eisenkern geht weil es den Fluß fokusiert bzw. "Anzieht" ist auch von Trafos bekannt, nur so nebenbei. Genauso verhält es sich mit der Saite, sie ist ein ungleich besserer Magnetleiter als die Luft, daher "saugt" sie fast den ganzen Fluß ein (beachte die Verwendung des Begriffs "Sättigung" dafür).

Es gibt vielerlei Arten von Messing und die meisten haben auch etwas Eisen drin. Schon 0,5% reichen locker aus damit das Material magnetisierbar wird.

 

[SickSoul]

Also, bei einem einpoligen Tonabnehmer teilt sich der Magnetfluß über dem Pol nach Rechts und Links auf. In der Saite entstehen daher zwei "Stab"-Magnete, deren gleichnamige Pole sich gegenüber liegen. Die Induktionsspannung entsteht durch die Bewegung dieser beiden temporären Dauermagneten. Das statische Feld des Permanentmagneten im Pickup hat damit nichts zu tun, da es ja eben statisch ist.

Auch wenn's lange her ist, aber die Maus sieht das anders
http://www.wdrmaus.de/sachgeschichten/sachgeschichten/sachgeschichte.php5?id=2826

​

 

[DerOnkel]

Die Maus sieht das nicht anders, sondern übernimmt lediglich Edes stark vereinfachte Erklärung.