Individuelle, selbstgewickelte Pickup

[Ben zen Berg]

Ich hatte die Bobbins für den Jazzmaster Bridge PU schon seit über zwei Jahren in der Schublade. Wie man vielleicht im Post #378 erkennen kann, habe ich nun endlich auch den Bridge PU (und den dazu passenden Neck PU) gewickelt.

Das Ergebnis ist nicht zufrieden stellend. Die Kabelführung funktionierte nicht und wirkt nun doch sehr amateurhaft. Die Fixierung der Spulen mit Epoxy ebenso.
Die Spulen selbst sind zu flach und nun total über wickelt - so stark, dass sich das Cover nach außen beult.
Ich habe bei diesen Spulen auch einmal einen Versuch gestartet und diese nur drei Minuten in das Wachs Bad getaucht. Das ist aber eine größere Sauerei als erwartet, da die Spulen sich nicht ausreichend aufwärmen und beim Rausnehmen das Wachs viel schneller aushärtet. Das Abwischen der Oberflächen funktioniert dann nicht mehr und jede Menge Wachspartikel bröseln aus den Spulen. Sowas funktioniert nur mit vorgewärmten Spulen.
Die Daten sehen auch eher nach einem bunten Teppich aus: 7,03 kΩ, 6,99 H und 10,3 pF. Die Induktivität deutet auf einen eher hohen, die Kapazität auf einen mickrigen Qutput.

Die Frequenzanalyse deutet auch auf wenig Output, hat jedoch eine massive Überhöhung in sehr hoher Lage. Bei den Daten habe ich erst einmal überlegt, ob ich das Teil überhaupt in den Jazzmaster schraube...
Hab's dann aber doch gemacht. Und ganz so furchtbar ist es dann doch nicht. So schrill wie befürchtet ist der Tonabnehmer nicht. Erst ab ca. dem zehnten Bund wird es auf der hohen E-Saite unangenehm. Da ist so mancher Tele-Bridge-PU krasser. Aber er braucht definitiv mehr Leistung, um zu gefallen.
Obwohl die einzelne Spule mehr Wicklungen hat als die von dem Bridge Pu auf der Hartwood (5300:5000), ist der PU deutlich leiser. Ergo braucht der Tonabnehmer mehr Wicklungen. Das steigert die Leistung und senkt die Resonanzfrequenz.

 

[Ben zen Berg]

Dafür geht es mit der Wickelmaschine weiter.
Nach etwas über vier Wochen ist der Drahtspanner endlich eingetroffen.

Das CNC Controller Board habe ich nun auch von der provisorischen Fixierung befreit. So sieht es doch besser aus. Ich weiß noch nicht genau, wie ich die Einhausung gestalte.
Einen brauchbarer Staubschutz möchte ich schon. Die Notwendigkeit für einen Lüfter besteht z.Zt. nicht. Ich fände es auch gut, wenn das so bleibt - ein Gehäuse könnte das aber ändern.

 

[Ben zen Berg]

Jetzt sind die P47² PickUps schon anderthalb Monate auf der SG verbaut - es wird nicht besser. Die Tonabnehmer sind nicht das, was ich erwartet habe.

Der Bridge PU klingt durchaus vergleichbar mit dem P47² Bridge PU mit Nickel-Cover und -Grundplatte in meiner Paula. Der Neck PU klingt mir aber zu hell - da mag ich es gerne etwas wärmer und dunkler. Was mich jedoch viel mehr stört: Alles das, was mir an meinen handgewickelten Tonabnehmern so gefällt - Dynamik, Saitentrennung, Transparenz und Definition - ist bei diesen Tonabnehmern ein wenig verloren gegangen. Woran mag das liegen?
Zum Vergleich habe ich den zweiten Entwurf des P47² hier noch rum liegen - der hat genau so viele Wicklungen (7.000) wie der Bridge PU auf der SG. Hier sind die Spektralanalysen:

Die Schrauben in den Spulen sind nicht mittig, der Tonabnehmer hat eine Nickel Base Plate (das Nickel Cover hatte ich bei der Messung entfernt) und der Draht wurde beim Wickeln mit der Hand geführt.

Bei dem SG-PickUp sitzen die Schrauben mittig in den etwas breiteren Spulen, die Grundplatte besteht aus PLA und der Draht wurde beim Wickeln maschinell mit einem programmierten scatterwound Logarithmus geführt. Warum werden die unteren Frequenzen angehoben, die Resonanzfrequenz um mehr als 800 Hz nach unten verschoben und die Ausprägung der Überhöhung so gedämpft? Die baulichen Veränderungen verhindern oder reduzieren eigentlich die Bildung von Wirbelströme und sollten genau gegenteilig wirken. Sollte hier wirklich die Wickeltechnik der Grund für den großen Unterschied sein?
Das waren meine ersten automatisiert gewickeltem Tonabnehmer. Die wurden mit einer sehr simplen Logik gewickelt, bei der die Streuung einfach mit einem zufälligem Vorschub linear pro Bewegung über die gesamte innere Höhe der Spule berechnet wurde.
Die Logik zur scatterwound-Berechnung habe ich mittlerweile viel komplexer programmiert und die Spektralanalyse des mit der neuen Logik gewickelten Jazzmaster Bridge Splitt Coil PU in #381 ähnelt doch stark der Spektralanalyse des handgewickelten wooden Splitt Coil Bridge PU in #286.

Ja, bei genauer Betrachtung sind schon deutliche Unterschiede zu erkennen, aber der geometrische Unterschied der Spulen ist auch sehr groß. Eigentlich ist die einzige Gemeinsamkeit, dass in zwei Spulen je drei AlNiCo Stabmagnete stecken. In dem Fall also eher eine Apfel/Birnen-Vergleich.
Der Einfluss der Wickeltechnik auf den Sound eines Tonabnehmers wird von Elektrotechnikern gerne in den Makrobiotik- oder Voodoo-Bereich geschoben. Und - gerade bei selbst gewickelten Tonabnehmern - spielt die Psyche auch mit in die Hörauffassung rein. Aber der gemessene Unterschied zwischen den beiden P47² PUs ist ja doch deutlich.
Ich würde das gerne Mess-technisch etwas genauer untersuchen, als das mit braunem Rauschen und Geberspule möglich ist. Da ich weiterhin im Hobbybereich agiere, kommt teure Labor Technik für mich nicht in Frage. Ich suche ein Tool, mit dem ich LCR Messungen mit frei wählbaren Frequenzen durchführen kann, um mögliche Unterschiede in verschiedenen Bandbreiten zu messen. Googles KI hat mir ARTA/STEPS/LIMP empfohlen, eine Freeware, mit der ich, ähnlich wie mit Audacity, nur mit Laptop, Soundkarte und ein paar analoger Bauteile die Messungen durchführen kann.
Mal schauen, wie weit ich komme. Mein theoretisches Wissen auf diesem Gebiet ist z.Zt. noch recht überschaubar.

 

[GroovigesMeerschweinchen]

Wie möchtest Du messen?: Pickup an Wechselspannung u anschliessen? Dann wäre es dieses Bild:

Frage: Du hast im Post #381 Werte angegeben von 7,03 kΩ, 6,99 H und 10,3 pF. Was sind das für Werte? Gemessen hast Du eine Resonanzfreq. von 5.2kHz, aber rechnerisch müsste man bei diesen Werten ungefähr bei 19kHz landen.

 

[Ben zen Berg]

Oh, danke für die schnelle Antwort.
Ja, genau so möchte ich messen. Dazu möchte ich PC und Soundkarte nutzen. Zusätzlich muss parallel noch ein Widerstand verbaut werden, um den Strom im PickUp zu begrenzen und damit die Soundkarte vor überlastung zu schützen. In den meisten vergleichbaren Schaltbildern werden 100 Ω Widerstände verwendet. Die Leistung des Widerstandes muss noch berechnet werden.
Bei einem anderen Versuchsaufbau habe ich einen kleinen Class D Amp mit Labornetzteil betrieben. Das verstärkte Signal habe ich über die Soundkarte aufgenommen. Zur Versorgung habe ich 10 Volt auf 1 Ampere begrenzt. Der Amp hat nach dem Einpegeln dann weniger als 30 Milliampere gezogen.
Mehr als 13 kΩ werden meine Pickups wohl nie haben, damit wäre eine maximale Last von 450 W möglich, was mir erschreckend hoch vorkommt. Ist der Tonabnehmergleichstromwiderstand nicht die richtige Referenz? Muss ich mit dem Wert des Widerstandes rechnen und hätte mit 9 W die dreifache Sicherheit?

7,03 kΩ, 6,99 H und 10,3 pF. Was sind das für Werte?

R, L (mit 100 Hz) und C - gemessen mit einem Multimeter. Den Gleichstromwiderstand kann ich damit korrekt messen.
Zur Ermittlung der Kapazität eines Tonabnehmers ist das Messverfahren falsch. Und auch die Henry Werte, die mein DMM auswirft, erscheinen mir immer sehr hoch. Es erscheinen auch Negativwerte, wenn ich die Kabel vertausche. Ist dieses Verfahren zur Messung der Induktivität eines Pickups überhaupt geeignet?

 

[Del Pedro]

Nein, mit dem DMM kannst du die Induktivität nicht messen.
Hier ein Artikel vom Zöllner dazu:

https://share.google/keZeEgcPaq7hhmr16

 

[GroovigesMeerschweinchen]

Für LC Schwingkreis ist die ungedämpfte Eigenkreisfreq. (Achtung: Omega=2Pi*f, mit f=Freq in Hz):

Wenn Du mein oben angegebenes Schaltbild hast, also noch einen Widerstand, dann ändert sich die Resonanzfreq.

Der Wurzelterm ist für ein reales Beispiel (Eigenkreisfreq. = 31415 (= 5kHz), L=7H, C=145pF, RL=7K) aber vernachlässigbar. (>0.999).

So jetzt kommt der Trick, den ich als Idee hatte und der auch offiziell so gemacht wird, um L zu bestimmen:

Jetzt hängst Du einen bekannten Mess-Kondensator CTest parallel zur Spule, der z.B. ungefähr 100mal grösser ist, als das von der Spule zu erwartende C. In unserem Fall wären das dann 14.5nF. Für CTest>>C hat man nämlich die Situation, dass man CTotal im Messsystem als bekannt annehmen kann, da ja das unbekannte C nur 1% von der Gesamtkapazität ausmacht. Du bestimmst jetzt die Resonzfreq. omega-r erneut, und da im Prinzip CTotal vom gesamten System bekannt ist (=CTest), kannst Du L auf ca. 1% genau ausrechnen. In dem Fall wird aber der obige Wurzelterm 0.948, d.h. bei Verwendnng des so viel grösseren CTest musst Du den Wurzelterm zur Bestimmung von L berücksichtigen. Das ganze ergibt eine quadratische Gleichung für L:

(omega-r)^2 * CTest * L^2 - L + R^2*CTest = 0

Gleichung hab ich selbst ausgerechnet, kann also falsch sein. Bitte nachrechnen.

Wenn Dir das zu blöd ist, kannst Du den Wurzelterm auch weglassen und einfach annehmen L=1/(omega0^2 * CTest), dann wäre in unserem Beispiel der Fehler für L: 11%.
(mit omega0=Kreisfreq. mit Mess-Kondensator)

Jetzt hast Du also L genau bestimmt und kannst C (das nur von der Spule stammt) ausrechnen: C=1/(omega0^2 * L)
(mit Omega0=Kreisfreq. ohne Testkondensator).

Wenn Du die Kapazität des Systems durch den Mess-Kondensator CTest ca. um den Faktor 100 erhöhst, dann sinkt omega0 und damit auch die Resonanzanzfreq. Omega-r ungefähr auf 10% der Resonanzfreq. vom System ohne Mess-Kondesnator. Also Dein Pickup mit omega0 bei 5kHz, hätte mit Testkondensator eine Resonanz omega-r bei etwas unter 500Hz. (damit Du weisst, was für Werte Dich erwarten).

LG

 

[GroovigesMeerschweinchen]

Wie misst Du das jetzt alles:

Dein Pickup hat R=7K, d.h. bei DC von z.B. U=7V gehen da (R=U/I) durch: I=1mA, und der Pickup nimmt eine Leistung auf von P=(U^2)/R=7mW. Stell Dir vor: Dein Pickup hat ein R das über 100mal grösser ist als der eines Kopfhörers. Durchbrennen wird Dir da gar nichts. Du solltest für die Messung auch kein R parallel zum Pickup hängen, weil Du so einen Verbraucher an den Schwingkreis hängst!

Im Prinzip musst Du den Strom messen, den der Pickup aufnimmt. Beim parallelen LC Schwingkreis wird die Impedanz bei Resonanz (omega-r) unendlich, Strom in der Zuleitung geht also gegen Null.
Im Prinzip musst Du den Pickup über das gesamte Frequenzband mit konstantem u Spitzenspannung anregen und gleichzeitig den Strom messen. Strom messen kannst Du per Spannungsmessung über einem Messwiderstand, der in Serie!!! mit dem Pickup geschaltet ist (also vorne dran hängen). Problem: der Messwiderstand erzeugt einen Spannungsabfall, je nachdem wie viel Strom durchfliesst und der Picklup wird darum nicht mehr mit konstantem u angesteuert. Deshalb sollte R des Messwiderstandes Grössenordnung 100mal kleiner sein als R vom Pickup, dann spielt das kein Rolle mehr. Du kannst z.B. einen Messwiderstand mit 100Ohm verwenden, bei 1mA misst Du dann 100mV (R=U/I), das wäre dann der max. Strom (bzw. Spannung) wenn Du mit 7V ansteuerst. Messbereich über unserem Messwiderstand also: 0-100mV.
Dort wo diese Messspannung minimal wird, liegt omega-r. Das tolle an dem Ganzen: die absoluten Werte für den Strom sind nicht relevant, wir benötigen zur Bestimmung von C und L nur die Resonanzfreq. omega-r.

Beachte: bei der Spannung über dem Messwiderstand handelt es sich um eine Wechselspannung, die aber (da wir dort nur ein R haben und keine Kapazität/Induktivität) mit dem Wechselstrom in der Zuleitung immer in Phase ist. Du solltest also zur Bestimmung von I, die Welle des Signals messen (z.B. mit einer Soundkarte) nicht einfach mit einem Digitalmultimeter in AC Stellung. Das kann u.U. gehen, denke aber nicht, dass DMM für solche grossen Frequenzbereiche gemacht sind, Normalerweise ist AC Volt-Messung bei DMM einfach bei Netzfrequenz gedacht.

Das wäre so in etwa, wie ich es versuchen würde.

Bitte vergiss folgendes nicht: Es kann sein, dass der LC-Kreis Deine Soundkarte stört, denn Deine Soundkarte gibt ein Signal aus und erhält gleichzeitig ein Antwortsignal vom LC-Schwingkreis (der ja energie speichert und wieder abgibt, sog. Blindleistung und damit die Phase zw. Strom und Spannung verschiebt, was der Soundkart ev. nicht gefällt). Es kann sein, dass Deine Soundkarte (mit der Du das Signal zur Ansteuerung des Pickups erzeugst) im System als Verbraucher auftritt. Falls du irgendwelchen komischen Werte misst, könnte es also auch an der Soundkarte liegen, die nicht in der Lage ist, den Pickup mit konstantem u zu versorgen. Die Konstanz von u ist aber essentiell, um die richtige Resonanzfreq. zu finden.

Da ich das ganze noch nie gemacht habe: ich bin mir nicht 100% sicher ob I in der zuleitung wirklich gegen Null geht bei Resonanz oder ob nur die Phasenverschiebung zw. der Spannung, die von dre Sounkarte ausgegeben wird und dem Strom über dem Pickup gegen 90° geht. Falls Du also gar keine Spannungsänderung über dem Messwiderstand misst, mit änderndem f, müsstest Du mal die Phasenlage der Spannung, die Du über dem Messwiderstand misst mit der Phasenlage der Spannung, die die Soundkarte ausgibt vergleichen. Irgendwo wirst Du schon eine Grösse finden, die bei Resonanz gegen Null geht und das ist das, was uns am Ende interessiert um omega-r und damit L und C zu bestimmen.

LG

 

[Ben zen Berg]

Vielen Dank für so viel Input. Damit muss ich mich ein wenig auseinander setzen. 🤔
Die L und C Werte haben für mich nicht so einen hohen Stellenwert. Sie dienen als Referenzwerte beim Vergleich verschiedener PickUps. Deren Aussagewert finde ich jedoch recht abstrakt. Spektralanalyse oder Bode-Diagramm sind für mich deutlich aussagekräftiger.
Was ich gerne messen möchte, ist ein Wasserfall über das gesamte Spektrum, bei dessen Z Achse eine Pegelreduzierung von max bis min gemessen wird.

 

[GroovigesMeerschweinchen]

Spektralanalyse oder Bode-Diagramm sind für mich deutlich aussagekräftiger.

Sehe ich auch so, Impulse Response wäre auch noch eine Möglichkeit. Allerdings lässt so was wahrscheinlich nur schwer interpretieren. Zwei Pickups mit selben Impulse Resonse werden ziemlich sicher auch gleich klingen, zwei Pickups mit selben Spektrum müssen nicht unbedingt gleich klingen, weil das Impulsverhalten dort nicht abgebildet wird. Kann aber durchaus sein , dass in der Praxis ein Spektrum genügend Aussagekraft hat, da bin ich überfragt, und weisst Du sicher mehr drüber als ich.

 

[Ben zen Berg]

Ich weiß nicht, ob Impulse Response für das, was ich suche, das Richtige ist. Das scheint doch eher zur Darstellung komplexere Systeme geeignet zu sein. Ich wünsche mir hier aber ausschließlich eine detaillierte Abbildung der kapazitiven Blindwiderstände, aufgefächert in Frequenz und Pegel. Eine Visualisierung von dem, was ich höre, wenn ich Gitarre spiele. Das der selbe Ton in veränderter Lautstärke eine andere Färbung bekommt, oder das zwei benachbarte Töne bei gleicher Lautstärke auch eine unterschiedliche Färbung bekommen können. Das sind Eigenschaften von scatterwound Pickups, die mitunter den Charakter einer Gitarre verändern können.
Ein kumuliertes Wasserfall-Spektrum, X und Y Achse wie beim Frequenzspektrum, bei dem über die Z Achse der Pegel der Y Achse Schritt für Schritt erhöht wird - so stelle ich mir das im Moment vor.