Warum E-Gitarre Signal unsymmetrisch?

[GroovigesMeerschweinchen]

@ms-Pro

besten dank, die Physik hinter einer Erdungschleife ist mir schon bewusst. Die induzierte Spannung ist proportional zur zeitlichen Änderung des magnetichen Flusses und proportional zur Windungzahl der Spule (=hier Erdschleife). Dabei muss die Spule auch als RC-Glied betrachtet werden, die darum eine Dämpfung gewisser f verursacht.

 

[Aynsley]

Um den Kreis zu schließen:

Natürlich hätte man von Anfang an das Prinzip der symmetrischen Signalführung für alle Signalquellen wählen können. Das hätte halt einen ziemlich großen Aufwand insbesondere bei E-Gitarren und E-Bässen geführt (und auch die Modifizierbarkeit deutlich eingeschränkt). Ich denke, Leo Fender hatte vor allem das Ziel, eine günstige und skalierbare Lösung bzgl. E-Gitarren bereitzustellen.

Welchen Kreis? Es gab nur praktische Gründe dafür, keine Sound-Mäßigen … letztlich vermindert(e) die Symmetrie in der (längeren) Signalleitung die Störanfälligkeit bei schwachen Signalen.

 

[Burkie]

. M.W. nimmt man einfach das Signal der beiden Spulenenden, jagt es durch ein geschirmtes Kabel und speist es in einen symmetrischen Verstärker, ähnlich wie hier abgebildet. Warum macht man das mit der E-Gitarre nicht auch so?

Das mag historische Gründe haben.
Um symmetrisches Signal symmetrisch zu verstärken, braucht man sozusagen 2 Röhren in der Eingangsstufe, statt nur einer bei asymmetrischem Signal.
Das mag zu Beginn der Elektrogitarre ein Kostenfaktor gewesen sein.

Und dann hatte es sich schon eingebürgert...


Offensichtlich entstehen aber die meisten Störgeräusche nicht im Kabel, sondern in der Gitarre selber.
Insbesondere die Pickups nehmen magnetische Störfelder auf. Die Pickups kann man auch nicht etwa mit Mü-Metall gegen magnetische Störfelder abschirmen, weil sie ja das "Magnetfeld der Saiten" auffangen müssen.

Die Lösung sind die Humbucker, die zwei Spulen mit vertauschten Magneten haben. Oder eine Kompensationsspule.

Bei dynamischen Mikrofonen (Spule auf Membran im Magnetfeld) werden manchmal Kompensationsspulen eingebaut - gleiche Spule wie die Membranspule, bloß halt nicht auf Membran montiert, sondern am Gehäuse. Nimmt kein Schall auf, aber alle magnetischen Störfelder wie die Spule an der Membran.

Der Aufwand mit symmetrischen Gitarrenkabeln und symmetrischen Gitarrenverstärkern lohnt sich nicht so recht, wenn die Gitarre bzw. die Pickups selber schon mit Störungen "verseucht" sind.

"Signalstärke" ist Spannung und "Wumms dahinter", also die Fähigkeit, auch ordentlich Strom liefern zu können.
Und das können die passiven Pickups der Gitarre eben nicht. Sie erzeugen zwar Spannungen zwischen 100mV bis vielleicht 0,5V, können aber kaum Strom liefern.
Schon bei geringer Belastung - z.B. bei kapazitiver Belastung durch langes Gitarrenkabel - bricht die Signalspannung ein, und Höhen gehen verlustig.
Deswegen muss die Eingangsimpedanz ("Eingangswiderstand") von Gitarrenverstärkern hochohmig sein, damit der Pickup nicht belastet wird, also nicht in die Verlegenheit kommt, Strom liefern zu müssen.

Bezüglich der Signalintegrität wäre es am besten, in der Gitarre einen Impedanzwandler-Vorverstärker eingebaut zu haben, der die Pickup-Spannung etwas verstärkt, Lautstärke und Klang regelt und mit "Stromlieferfähigkeit" (geringe Ausgangsimpedanz) versieht.
Im Gegenzug könnte die Eingangsimpedanz des Gitarrenverstärkers kleiner ausfallen, wodurch Einstrahlungen besser unterdrückt würden.

Grüße

 

[MS-SPO]

besten dank, die Physik hinter einer Erdungschleife ist mir schon bewusst.

Gut.

Kannst Du denn auch alle in einem konkreten Aufbau finden?

Dabei muss die Spule auch als RC-Glied betrachtet werden, die darum eine Dämpfung gewisser f verursacht

Das ist zu kurz gedacht: Es geht erst einmal ums Ersatzschaltbild, um die Großwetterlage zu erkennen. (Füge gleich ein Beispiel an.)

Hier das Beispiel, wie man bei einer (bewusst überzeichneten) tiefen Frequenz vom realen zum Ersatzschaltbild kommt:

• oben: wie eingangs gepostet
• unten: alle Kondensatoren durch offene "Verbindungen" ersetzt (gelb + weg)
• wissen können wir nicht, was sich im Innenleben des OpAmp dann tut

Anhang anzeigen 1027168


Diese Art Vereinfachgunen machen Dinge wieder übersichtlicher. So kann man übrigens auch leicht die Grenzfälle von RC, CR und anderen Netzwerken erkennen, und damit den Frequenzgang näherungsweise erahnen.

Man muss also keine "Erklärungen", wie "Dämpfung", bemühen ... es zeigt sich dem Geübten von selbst, zB als FOLGE, nicht als URSACHE. Im unteren Bild ist beispielsweise:

• die Tatsache, dass niederfrequente Signale nicht mehr bis zum OpAmp gelangen KÖNNEN
• die FOLGE ihres Herausnehmens
• was als URSACHE ihre Impedanz bei jener Frequenz hat;
• wir FOLGERN eine Dämpfung zu tiefen Frequenzen,
• was ja bei einem Hochpass (C3 R11, C2 R10) nicht weiter überrascht
• aber so halt schwer zu übersehen ist im Bauteiledschungel ...

Und mit solchen Augen verfolgst Du dann alle potentiellen Erdschleifen, insbesondere durch die im Signalweg eingebauten Komponenten, wie PreAmp, Amp, Fusstreter usw.

Dann kannst Du sie sehen, zumindestens heilsam erschrecken

 

[Aynsley]

Um symmetrisches Signal symmetrisch zu verstärken,

Das ist m. W. ein Trugschluss: ein Signal ist ein Signal, es geht bei symmetrisch/unsymmetrisch nur um die Übertragung.

Beitrag automatisch zusammengefügt: Montag um 11:12

Insofern ist natürlich auch die Ausgangsfrage etwas unpräzise. Es gibt nur DAS Gitarrensignal, im Minimum zwei Adern aus der PU. Die Frage ist doch nur, wie wird dies Signal weitergeleitet.

Ich könne auch ein Mikrofonsignal unsymmetrisch übertragen. Bei gleichem Verstärker.

 

[GroovigesMeerschweinchen]

Gute Übertrager sind halt auch nicht gerade billig. Amps bräuchten auch eine sym. Spannungsversorgung, gerade bei Röhren ist das schon ein entsprechender Aufwand.

Kannst Du denn auch alle in einem konkreten Aufbau finden?

würde ich nicht behaupten.

Das ist m. W. ein Trugschluss: ein Signal ist ein Signal, es geht bei symmetrisch/unsymmetrisch nur um die Übertragung.

Ein passiver symmetrierer (übertrager) verstärkt natürlich nichts, ev. wird die Impedanz angepasst. Verstärken würde ja bedeuten, dass mehr Energie im Signal liegt, geht ja nicht passiv.

Heute hat man ja oft digitale Stageboxen, da muss man nicht mehr sym. arbeiten, weil es keine langen Kabelwege mehr gibt. Impedanz und Brummschleifen sind wieder ein anderes Thema.

Beitrag automatisch zusammengefügt: Montag um 11:27

Es gibt nur DAS Gitarrensignal, im Minimum zwei Adern aus der PU. Die Frage ist doch nur, wie wird dies Signal weitergeleitet.

Ich könne auch ein Mikrofonsignal unsymmetrisch übertragen. Bei gleichem Verstärker.

ja genau, das war mittlerweile auch meine Erkenntnis. Nur wie ich oben schon beschrieben habe, macht es ev. keinen Sinn, ein Gitarrensignal sym. zu übertragen ohne Übertrager, da der Pickup nicht sym. gebaut ist. Es macht mehr Sinn das Signal gegen Masse zu "messen" und daraus mit einem Übertrager ein sym. Signal zu erzeugen. Übertrager sind teuer und haben eine gewisse THD. Dass man die nicht überall einbaut, macht schon Sinn.

 

[Aynsley]

Und apropos DI Box: es gab früher mal pure Ausgangsübertrager und die wurden notwendig, wenn die symmetrische Mikrofonleitung länger als ca. 10m war.

 

[MS-SPO]

Kannst Du denn auch alle in einem konkreten Aufbau finden?

würde ich nicht behaupten.

Das erfordert auch Übung, deshalb mein Beispiel, wie man dazu vorgehen kann https://www.musiker-board.de/threads/warum-e-gitarre-signal-unsymmetrisch.766769/post-9956392 .

 

[GroovigesMeerschweinchen]

Und apropos DI Box: es gab früher mal pure Ausgangsübertrager und die wurden notwendig, wenn die symmetrische Mikrofonleitung länger als ca. 10m war.

waren das passive?

Beitrag automatisch zusammengefügt: Montag um 11:58

Man muss also keine "Erklärungen", wie "Dämpfung", bemühen ...

Die Dämpfung ist Folge des Blindwiderstands von L und C, bei einem LC...-Glied ist die Dämpfung am Ende die Folge des Phasenwinkels zw. Strom und Spannung.

 

[Telefunky]

Ein passiver symmetrierer (übertrager) verstärkt natürlich nichts, ev. wird die Impedanz angepasst. Verstärken würde ja bedeuten, dass mehr Energie im Signal liegt, geht ja nicht passiv.

Es geht in diesem Anwendungsbereich nicht um Leistungsverstärkung.
Spannungsmässig kann da „passiv“ eine beachtliche Verstärkung erreicht werden, zB bei Ribbon-Mics oder den Eingangs-Übertragern klassischer Verstärker.
Der Anstieg der THD durch magnetische Sättigung ist eher subtil und wird (bei guten Übertragern) idR als ausgesprochen positiv empfunden.

 

[GroovigesMeerschweinchen]

Es geht in diesem Anwendungsbereich nicht um Leistungsverstärkung.

wenn nichts anderes vermerkt ist, wird aber in der Elektrotechnik mit Verstärkung die Leistung gemeint, ein Verstärker benötigt immer Hilfsenergie: https://de.wikipedia.org/wiki/Verstärker_(Elektrotechnik)
Ich weiss, es gibt auch Leute, die sagen z.B. der Transformator verstärkt den Strom... für mich es eine Erhöhung keine Verstärkung, aber wie gesagt, ich spiel auch nicht Gitarre.

 

[bart]

Der Anstieg der THD durch magnetische Sättigung ist eher subtil und wird (bei guten Übertragern) idR als ausgesprochen positiv empfunden.

Und dann weiter, bei den ausgangsübertragern, war in einem mehrteiligen aufsatz von Hartley Peavey zu lesen, war das wohl mal so, dass die gern mal etwas unterdimensioniert waren, und dann, je nach einstellung und gitarrensignal, in die sättigung hinein und wieder herauswanderten, was zu einem gewissen "lebendigen" klang geführt habe.

Die Resonanzspitze des Tonabnehmers muss über die Frequenzen hin verschiebbar sein, und die Höhe der Spitze auch

Ich bin nicht sicher, ob einstellung üblicher passiver gitarrenklangregelung tatsächlich die pickup resonanz verschiebt, aber nach tests, die ich mal gemacht hatte, mit einer verstellbaren, simulierten kabelkapazität verschiedener längen das ganze "durchgesweept", haben verschieden lange gitarrenkabel an passiven pickups extremen einfluss auf dessen resonanzfrequenz. Daher sind z.b. Uli Jon Roth's gitarren seit langem mit gepufferten pickups und dort tatsächlich mit beliebig verschiebbarer resonanzfrequenz ausgestattet - damit das so klingt, wie er es möchte, und nicht zufällg nach dem gerade benutzten kabel.

 

[GroovigesMeerschweinchen]

ich hatte diese Diskussion vor ein paar Wochen mit Ben zen Berg. Die Kabelkapazität ist grundsätzlich schon relevant für die Resonanz des Pickups. Der Pickup kann m.W. als Spule und Kondensator parallel betrachet werden, das ergibt eine Resonanz von:

C der Spule ist sehr klein, m.W. im Bereich von 150pF, die Kabelkapaziität liegt typ bei 50-100pF/m, man sieht also, dass man durch ein Kabel, mit mehreren m Länge, die Resonanz durchaus um mehrere 10% reduzieren kann. Die Klangregelung in der Gitarre setzt m.W. nicht bei der Resonanz des Pickups an.

 

[Hum]

Ich habe gerade mal aus Interesse meine Les Paul mit einer Spule über dem Rhythm-Pickup mit einem Sweep bis 20KHz angeregt, und dann auf meinem Oszi auf FFT Ausgabe geschaltet. Dann habe ich den Tone-Regler von 0 auf 10 umgestellt, und jeweils einen Screenshot gemacht. Wenn ich nun noch Lust und Laune hätte, würde ich auch noch ein langes unsymmetrischen Kabel dran hängen, oder eine DI-Box, um zu sehen, wie sich das auswirkt. Jedes Kabel wird sich auf den Klang auswirken. Es kommt halt drauf an, was man vorhat. Wer unbedingt symmetrisch aus der Gitarre will, kann sich ja den Übertrager aus einer DI-Box in die Gitarre einbauen. Hauptsache er wird dadurch glücklich. Ich muss tatsächlich mal die Übertragungskennlinie einer DI Box testen..

 

[Banjo]

Vielleicht liegt es unter anderem auch daran, dass Einstreuungen über das Kabel im Vergleich zu den frühen Singlecoil-Brummantennen vernachlässigbat waren.

Banjo

 

[Hum]

So, habe jetzt mal eine passive DI-Box (DIB-100) gemessen, und anschließend mal noch meine Les Paul mit einem Elektromagneten angeregt und bei der 0, 5 und 10er Stellung des Tone-Reglers gemessen. Zum Vergleich habe ich dann auch noch in der 10er Stellung mein 5m CTIT 01 CAT Profiline Instrument Cable mit gemessen.
Zum Verständnis: Je gerader die Linien wären, umso gleichmäßiger wäre auch der Frequenzgang. Beim linken Bild sieht man besipielsweise, dass jene DI-Box nicht für einen E-Bass geeignet wäre, weil in deren Frequenzbereich eine zu starke Dämfung ist. Beim rechten Bild sieht man, wie die Resonanzspitze (eher Erhöhung) durch das Runterdrehen des Tone-Reglers, sich in Richtung tiefere Töne bewegt. Wenn man ein 5m unsymmetrisches Kabel einbringt, so wird der Ton auch sichtbar dumpfer. Das ist die gelb/orange Linie (10Kab) gegenüber der grauen Linie (10). ( 0 ist ganz runter gedreht die blaue Linie, 5 etwa die Mitte die rote Linie und 10 der hellste unverfälschte Klang)
Fazit: Eine DI-Box ist sinnvoll, wenn man ein langes Kabel braucht. Aber ist natürlich auch nur dann sinnvoll, wenn der Verstärker einen symmetrischen Eingang besitzt.
(Ich hatte übrigens mal DI-Boxen, die waren innen falsch verlötet.)
Ach ja, nicht dass jemand sich wundert. Bei 50Hz, das ist natürlich der Netzbrumm, der von den Tonabnehmern aufgenommen wird.
Ich habe von allen Messungen den "Nullwert" der reinen Anreger-Spule abgezogen.

 

[RayBeeger]

Ja, man kann das alles elektrotechnisch aufdröseln und auch bedenken. Letztendlich gilt, zumindest für mich, dass es funktioniert, wie es ist.

Oder Neudeutsch: "Never change a running system."

Es gibt eigentlich alles schon, denn neben den passiven Systemen gibt es ja auch aktive. Dennoch sind die Ursprünge dort zu suchen, wo alles begann,
denn man verwendete zuerst eine Gitarre, ein Kabel und einen Amp. Die "Effekte" (Tremolo, Vibrato oder Reverb) waren im Amp verbaut - fertig.

Das legte auch klangliche Grundsteine, die heute z.T. noch angestrebt werden.

Diese Signalkette wurde später "aufgebrochen", als man Effekte vor den Amp schaltete. Also hat man elektrotechnisch die Signalführung in diesen Kisten
so gestaltet, wie es im ursprünglichen Sinne auch mit Gitarre, Kabel und Amp war.

Probleme mit Rauschen, Einstreuungen usw. wurden erst wirklich auffällig, als die Amps deutlich mehr Leistung bekamen.

Ein Racksystem in den 80ern war eine kastadierende Rauschsteigerung, wegen der verwendeten Transistoren/Schaltkreise, dem man dann nur noch mit
einem Gate begegnen konnte.

Aber ich schweife ab...

Ergo, es hat funktioniert und funktioniert auch heute noch, ist klanglich gut und bewährt. Außerdem werden die meisten E-Gitarren auch immer noch so
gebaut, wie vor 60 Jahren, wenn man die Pickups und Elektronik betrachtet.

 

[Prospero]

Ja, man kann das alles elektrotechnisch aufdröseln und auch bedenken. Letztendlich gilt, zumindest für mich, dass es funktioniert, wie es ist.

+1: Man muss keine Probleme lösen, die es praktisch nicht gibt

 

[Aynsley]

Eben, das E-Gitarren-Signal himself ist sowieso nicht unsymmetrisch, nur die Weiterleitung. Thema durch.

 

[GroovigesMeerschweinchen]

Eben, das E-Gitarren-Signal himself ist sowieso nicht unsymmetrisch, nur die Weiterleitung. Thema durch.

das stimmt eben nicht, murmichel hat bereits darauf aufmerksam gemacht. Das Signal aus dem Pickup wäre sym. aber wegen all dem Zeug, was danach dranhängt wird es eher asym.. Um ein Sym. Signal zu erzeugen dürfte man auch die Saiten... nicht mit dem einen Spulenende des Pickups verbinden (dem herkömmlichen GND). Man müsste ein separates GND mitführen, das nie mit einem der Spulenenden in Kontakt kommt.