Glossar: Kombinationstöne (aka Untertöne)

Wenn zwei Töne gleichzeitig erklingen, entsteht ein dritter Ton – eine Kombination aus den „Pattern” der beiden Töne –, der sich aus den Frequenzen der beiden Töne bildet[1]. Wenn z.B. der erste Ton in 120Hz (120 mal pro Sekunde) schwingt, der zweite in 180Hz (180 mal/Sekunde), „treffen” sich die Amplituden im gemeinsamen Vielfachen bei 60Hz (60 mal/Sekunde). Diese „Peaks” bilden eine Frequenz, in diesem Fall einen Ton im hörbaren Bereich: eine Kombination der beiden Ausgangstöne, einen „Kombinationston”, oder (wobei ich den Begriff eher unpassend finde) „Unterton”.

Die Frequenzen im Beispiel sind eine (reine, d.h. nicht-temperierte) Quinte im Frequenzverhältnis 2:3. Der Kombinationston liegt eine Oktave unter dem Grundton.

Das, was hier im Bereich von „Sound” passiert, ist exakt dasselbe, was man in der Rhythmik ständig erlebt. Eine Überlagerung von einem Pattern im 2/4 trifft sich in der Polyrhythmik mit einem in 3/4 alle 6/4. Wenn der gemeinsame Puls der Pattern hinreichend übereinstimmt, etablieren die beiden Pattern ein drittes. – Dasselbe passiert, wenn zwei Töne aufeinander treffen, die in ihrer Klangfarbe[2] „genug” gemeinsam haben: ein dritter Ton wird hörbar.

Die Formel[3,4] zur Berechnung der Frequenz eines Kombinationstons (f_freq) zu der Frequenz eines Basistons (f_gt) in Relation zu dem Verhältnis der Frequenz der Basis (v_gt) zu der des höheren Tons (v_i) ist simpel:

Gewöhnlich sind Kombinationstöne so leise und/oder so tief, so daß sie nicht wahrgenommen werden. Dabei können Kombinationstöne auch außerhalb des Hörbereichs menschlicher Ohren zu einem Problem werden, z.B. in der Audiotechnik, dort z.B. bei der Wandlung von analogen in digitale Signale.

Es gibt Situationen, wo Kombinationstöne hörbar werden, was man sich zu nutze machen kann, oder wo das stört:

Revolution – Analyse

1. Zu meinem Song Revolution hatte ich kürzlich eine Diskussion, die sich ausschließlich auf den Text bezog. Das konnte ich natürlich so nicht stehen lassen, und mußte das kommentieren:

Naja - nur lesen gilt nicht :-) Das ist ein Songtext, kein theoretisches Traktat. Die Musik gibt dem Ganzen überhaupt erst seinen Sinn.

Ich mache mal eine Analyse (die man bekanntlich von eigener Musik besser nicht geben sollte):

Um einem Einwand zuvorzukommen: man muß dies alles nicht wissen, um zumindest eine Ahnung von den Emotionen zu bekommen, die hinter all dem Aufwand stecken.

Trotzdem: man hört nur, was man weiß.

Wenn Du einen Song von Neil Diamond hörst, von dem Du die Entstehungsgeschichte des Songtexts kennst, hörst Du den Song völlig anders (und mit wesentlich mehr Gewinn), als ich das tue. Wenn ich eine Sinfonie von Gustav Mahler höre, nehme ich die Nebenstimmen in den 2. Geigen und den Bläsern nur deshalb wahr, weil ich die Partitur gelesen habe.

Traumbild (Byroads Version)

Coverart: Andrea Hertz

Musik: Michael Michaelis
Text: Michael Michaelis & Andrea Hertz

Andy: Vocals
Michael: Akustische Gitarre, Violine, Baß, Becken & HiHat, Wave Drum (Bass Drum), Synthesizer ("Marimba").

Recorded, edited, and mixed proudly using Cubase.

[All Rights reserved. © Michael Michaelis, 2023]

Stratocaster Power Bridge Wiring #9

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Soundbeispiele

Ich habe mal alle neun Pickup-Varianten aufgenommen, damit man sich ein Bild von meiner Strat (Smitty Custom Classic mit Kloppmann ST-65 Pickups) machen und ggf. gedanklich auf das eigene Instrument „übertragen” kann. Alle Soundbeispiele kommen über einen Brunetti Singleman mit immer exakt denselben Einstellungen; das Volume steht etwas über der Mitte, der Grad der Verzerrung wird ausschließlich von der Pickup-Wahl bestimmt. Ich habe mich bemüht, das Lick möglichst immer gleich zu spielen, aber das geht natürlich nur in gewissen Grenzen.

Weblinks

Das Rockinger Manual

Using Resistors In Guitars – 101 (Fralin Pickups)

Widerstandsrechner

Stratocaster Power Bridge Wiring #8

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Varianten

Basierend auf den Beispielen oben gibt es alle möglichen Varianten - welche Schalter, welche Widerständen etc. pp. Außerdem kann man das Spiel noch ein wenig weiter treiben, und nicht nur das Steg-, sondern auch das Halspickup seriell schalten. Für die Lösung unten habe ich einen Dreifachschalter verwendet, mit dem man bestimmt, welches Pickup seriell geschaltet wird (und über den Drehregler mit den Widerständen für partiellen Humbucker-Split läuft): Stellung 1: Hals; Stellung 2 (Mitte): alles Singlecoil; Stellung 3: Steg. Außerdem ist der Schalter dafür zuständig, den richtigen Widerstand für das Tonpoti zu liefern (250k für alle Singlecoils, 500k für Humbucker / Seriell). Um das hinzubekommen, braucht man einen 4PDT-On-On-On Switch – ich habe in das Diagram die drei Schalterstellungen aufgenommen, um die einigermaßen verwirrende Funktion dieses Schaltertyps zu verdeutlichen.

Eine andere Variante (die ich mittlerweile bevorzuge) verwendet einen 2-Weg-Schalter (4PDT-On-On), um zwischen Singlecoil- und Humbucker-Modus zu wechseln. In Stellung „2” gehen alle Signale über den 5-Weg (man braucht hier nicht einmal einen Superswitch, ein konventioneller Schalter reicht aus); in Stellung „1” hört man Steg- plus Mittelpickup in serieller Schaltung (der Drehregler hat nur hier eine Funktion), und zwar unabhängig von der Stellung des 5-Weg.

Ein gewisser Nachteil beider Schaltungen ist, daß man wohl nicht darum herum kommt, ein zusätzliches Loch zu bohren. Ich habe länger gesucht, aber keine Push-Potis gefunden, die einen 4PDT-Schalter integrieren.

Stratocaster Power Bridge Wiring #7

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Die Schaltung ist fast fertig, es fehlt noch ein letzter Punkt.

Widerstände #2 - Humbucker-Spliting

Viele Humbucker-Gitarren haben das Feature, die Tonabnehmer zu „splitten”, was nichts anderes heißt, als eine der beiden Spulen abzuschalten (siehe das Diagramm weiter oben). Das Ergebnis ist in den allermeisten Fällen wenig befriedigend: eine Spule allein hat erheblich weniger Output und fällt in der Lautstärke drastisch ab; außerdem klingen gesplittete Humbucker meist zu spitz und dünn. Den Grund für letzters habe ich schon angesprochen: einen falschen bzw. unangepaßten Wert für das Tonpoti. Ersteres hat mit dem erheblich veränderten Widerstand zu tun. Dagegen kann aber etwas machen (warum das auch für die Strat wichtig ist, wird weiter unten klar).

Schaltet man Widerstände in Reihe, addieren sich die Werte. Das ist bei Pickups natürlich nicht anders. Wenn jede Spule des Humbuckers 4kΩ hat, kommt der gesamte Humbucker auf 8kΩ – das ist für einen „klassischen” Humbucker schon eine Menge, die meisten liegen eher unter diesem Wert. Ein Pickup mit 4kΩ ist aber schon außerordentlich schwach, selbst die alten Strat-Singlecoils liegen eher bei 6kΩ. Es ist also kein Wunder, wenn das dünn klingt.

Man kann gegensteuern, indem man die beiden Kabel, die die beiden Spulen verbinden, nicht direkt gegen Masse schaltet (wie das in 99% der Fälle gemacht wird), sondern erst über einen richtig dimensionierten Widerstand schickt. Dadurch wandert nicht das komplette Signal der zweiten Spule an Masse (und wird damit komplett abgeschaltet), sondern gewissermaßen nur ein Teil - der andere Teil bleibt seriell mit der ersten Spule verbunden. Der gesplittete Tonabnehmer wird dadurch lauter und dunkler, was man über entsprechend ausgewählte Werte für den Widerstand sehr genau steuern kann. (Den Trick habe ich übrigens erstmalig bei einer richtig teuren PRS gesehen, die dann auch einen durchaus überzeugenden Sound im Split-Mode vorzuweisen hatte.)

Was hat das mit einer Strat zu tun? Nun: wenn man einen Humbucker-Split verstärken kann, kann man das auch umgedreht denken: einen Humbucker kann man (in Lautstärke und Klangfarbe) abschwächen. Man kann also die serielle Schaltung zwischen Steg- und Mittelpickup durch den Einsatz entsprechender Widerstände wieder etwas näher in Richtung Steg-Singlecoil bringen. Tatsächlich macht das im Kontext der hier besprochenen Schaltung eine Menge Sinn: der Steg-„Humbucker” ist brutal laut und hat extrem viele Bässe (wobei letzteres durch den Tonpoti-Widerstand-Trick größtenteils kompensiert wird). Wenn man den Lautstärkensprung verhindern oder besänftigen will, kann dies mit einer „Split”-Schaltung nach oben besprochenem Muster gut hinbekommen.

Hier ist nochmal das Diagramm der kompletten Schaltung:

Der 4-Wege-Drehregler hat dieselbe(n) Funktion(en) wie der bisher benutzte 2-Weg-Schalter, er sorgt aber jetzt dafür, daß zwei unterschiedliche partielle Splits möglich werden (Position „4” des 4-Weg entspricht Position „2” des 2-Weg, Position „1” ist jeweils dieselbe, die Positionen „2” und „3” bringen die Widerstände für die partiellen Splits ins Spiel).

Widerstände #3 - customizing

Die letzte offene Frage lautet: mit welchen Widerständen erreicht man welchen Output? Zunächst muß man sich darüber klar werden, wie die Widerstände überhaupt zusammenwirken. Wenn man die Pickups als Widerstände aufmalt, ergibt sich das Bild rechts: die zweite Spule (die in unserem Fall das Mittel-Pickup ist) liegt parallel zum Widerstand und in Reihe zur ersten Spule. D.h. der Parallelwiderstand aus Spule zwei und Widerstand wird zum Widerstand der ersten Spule addiert.

Die Werte im Diagramm stammen von meiner Strat (Kloppmann ST-65). Wenn das Mittel-PU (5.78kΩ) mit 22kΩ parallel geschaltet ist, ergibt das ~4.58kΩ. Addiert zu den 6.88kΩ des Steg-PU sind das ~11.5kΩ, immer noch ein satter Wert, aber weniger als der „Humbucker pur” (ein wahres Monster mit 12.66kΩ). Dieselben Pickups mit 4.7kΩ kommen dann auf knapp 9.5kΩ, und klingen wie eine logische „Verdickung” des Singlecoils.

Wenn man das auf eigene Werte (und den eigenen Geschmack) anpassen will, kann man richtig viel Zeit damit verbringen, verschiedene Werte für die Widerstände auszuprobieren (Saiten lösen, 8 oder 11 Schrauben vom Pickguard entfernen, 2x Masse und 1x Signal ablöten – oder das Pickguard vorsichtig auf dem Korpus ablegen –, endlich: neue Verbindungen löten, 2x Masse und 1x Signal wieder neu verlöten – oder das Pickguard vorsichtig vom Korpus abheben –, sich in jedem Fall über neue Kratzer auf dem Korpus ärgern, 8 oder 11 Schrauben wieder anbringen, Saiten entwirren und neu aufziehen – oder bei Klemmmechaniken sehr beliebt: shit, die Umspinnung der D-Saite ist komplett hinüber, wo war denn noch mein letzter Satz frischer Saiten? – stimmen, und: das brummt ja wie Hölle, wo, verdammt, habe ich mir jetzt eine Masseverbindung eingefangen).

Stratocaster Power Bridge Wiring #6

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Widerstände #1 - Tonpoti

Wenn man die oben vorgestellte Schaltung ausprobiert, wird man feststellen, daß der „Humbucker-Mode” zwar eine Menge Output bringt (näheres dazu weiter unten), daß er aber vergleichsweise dumpf und basslastig klingt. Es schießt einem wahrscheinlich sofort durch den Kopf: eine Les Paul kann das aber weitaus besser. Dabei ist es nur ein Detail, das hier entscheidet: der Widerstandwert des Tonpotis.

Wenn man ein fertig verdrahtetes Pickguard mit dem Meßgerät inspiziert, bevor(!) man die Pickups anschließt, wird man feststellen, daß am Ausgang zwischen Signal und Masse ein Widerstand besteht, und zwar auch dann, wenn das Tonpoti voll aufgedreht ist. Das bedeutet, es gibt hier ein ständiges Wechselspiel, einen „Schwingkreis”, der gewaltigen Einfluß auf den Sound hat. Ich bin kein gelernter Elektriker und habe keine technisch genaue Erklärung - ich stelle mir ganz naiv vor, daß die hohen Frequenzanteile um so stärker flöten gehen, je mehr vom Signal an die Masse abfließen kann. Das ist jedenfalls der hörbare Effekt: je weniger Widerstand das Tonpoti hat, desto mehr Höhen gehen verloren.

Singlecoils klingen von Haus aus sehr höhenlastig. Deshalb hat es sich eingebürgert, in Strats Tonpotis mit 250kΩ einzubauen - die dämpfende Wirkung des geringen Widerstands kommt hier gerade recht. Humbucker klingen damit schon zu muffig, weshalb man in den meisten Gitarren mit Humbuckern Tonpotis mit 500kΩ verwendet (Ausnahmen und der persönliche Geschmack bestätigen die Regel). Was macht man, wenn man eine Gitarre mit beiden Pickup-Typen hat? meistens unbefriedigende Kompromisse - weshalb die meisten Power-Strats (mich) nicht wirklich überzeugen.

Es gibt schon eine Lösung, und ich wundere mich, warum sie nicht wesentlich häufiger zur Anwendung kommt. Ein höher-ohmiges Poti kann man nämlich ohne großen Aufwand in ein niedrig-ohmiges verwandeln (umgekehrt ist das nicht möglich): man muß lediglich einen Widerstand parallel zum Widerstand des Tonpotis schalten. Das sieht etwa so aus wie im Diagramm rechts.

Der resultierende Widerstand aus zwei parallel geschalteten 500kΩ-Widerständen ist 250kΩ - voila!

Das muß man jetzt nur noch geschaltet bekommen, und zwar so, daß der 500kΩ-Widerstand in allen Situation parallel sitzt, in denen man Singlecoils in der Schaltung hat. In allen Humbucker-Modi soll hingegen der volle Widerstand des Tonpotis anliegen.

Für die Stellungen 2-5 ist das nicht weiter schwierig: man nimmt eine weitere Ebene (leider schon die letzte verfügbare…), schickt eine Verbindung über einen 500kΩ-Widerstand zum heißen Signal an „Common”, und verbindet alle Positionen außer der „1” mit Masse. Der Widerstand sitzt dann parallel zum Tonpoti, und sofern man dort ein 500kΩ-Poti einbaut, hat man die erwünschten 250kΩ.

Es bleibt noch das Problem mit Position „1”. Wenn der Steg-PU als Humbucker betrieben wird, ist jetzt alles OK (500kΩ am Tonpoti), in der Singlecoil-Position hat es aber den falschen Wert. Mit ein wenig Nachdenken bekommt man aber auch das gelöst, und zwar mit dem Einsatz einer zweiten Ebene für den Mode-Switch (womit man auch alle Möglichkeiten eines gängigen 2-Wege-Schalters mit seinen sechs Polen ausreizt):

In der Schaltung oben wird eine Leitung von Position „1” zum Miniswitch gelegt, der sie dann mit Masse verbindet, und zwar nur dann, wenn im Mode-Schalter „Singlecoil” gewählt wurde. Im Humbucker-Mode bleibt der Widerstand außen vor, das Tonpoti hat 500kΩ.

Lohnt der Aufwand? Von meiner Seite gibt es ein klares Ja. Der Unterschied zwischen Potis mit dem „korrekten” und dem „falschen” Wert ist keine esoterische Spinnerei für Leute, die Unterschiede in der Audioqualität von digitalen Kabelverbindungen zu hören glauben, sondern überraschend deutlich. Das gilt besonders in Verbindung mit dem Einsatz der Gitarre bei kräftiger Zerre, und das war ja das Szenario, für den der ganze Aufwand betrieben werden soll.

Stratocaster Power Bridge Wiring #5

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Humbucker - parallel vs. seriell

In den Zwischenpositionen einer Strat (2+4) sind normalerweise je zwei Pickups parallel geschaltet. Die beiden Spulen eines Humbuckers (z.B. in einer Les Paul) sind hingegen gewöhnlich seriell verschaltet. Nun ist es egal, ob man zwei Spulen in einem Humbucker-Gehäuse oder in zwei getrennten Singelcoil-Gehäusen vor sich hat: zwei Singlecoils lassen sich als ein – sehr breiter – Humbucker, und die beiden Spulen eines Humbuckers getrennt bzw. parallel verschaltet betreiben.

Es gibt allerdings einen feinen, aber sehr wichtigen Unterschied: die beiden Spulen eines Humbuckers sind gegenläufig mit Draht umwickelt, und die Magneten der Spulen gegenläufig gepolt. Das sorgt dafür, daß sich eingestreutes Brummen „aufhebt” - Humbucker sind deutlich unanfälliger für Störeinstreuungen als Singlecoils. Glücklicherweise hat es sich mittlerweile eingebürgert, die Mittelposition eines Pickupsets für Strats in „reverse wound / reverse polarity” (abgekürzt als „RWRP”) anzubieten. Wenn das Mittelpickup dieselbe Polarität aufweist wie die beiden anderen Pickups, kann man es man zwar immer noch mit Hals- oder Steg-PU seriell verschalten; das Brummen nimmt dann aber nicht ab, sondern zu.

Hier ist ein Diagramm für die unterschiedlichen Verdrahtungsmodi eines Humbuckers:

„Parallel” ist das, was wir auf der Strat schon haben, „Series”, wo wir hin wollen. Hier ist eine von vielen Möglichkeiten, auf Position 1 nicht Steg-Singlecoil zu erhalten, sondern Steg in Serie mit Mitte:

Das sieht wilder aus als es ist: Level „A” bleibt, wie es war. Das Signal vom Mittelpickup geht zusätzlich auf Position „1” auf eine neuen Ebene (D) - das Signal liegt also in Position 1 auf dem „Common”-Kontakt von Ebene D. Dort ist das Massekabel des Stegpickups angeschlossen (es wird nicht mehr direkt an Masse gelegt!). In Position „1” wird es demnach mit dem heißen Kontakt des Mitte-PU verbunden - was eine Verschaltung in Serie bedeutet, s.o. In Position „2” geht die Masse direkt raus (D-Common ist mit D-2 verbunden) - damit funktioniert der Steg wieder als Singlecoil, und zwar parallel zum Mittel-PU, welches jetzt ja eben nicht mehr mit D-Common verbunden ist (das sind so die Mysterien der multiplen Ebenen - man liebt es, oder man bekommt einen leisen Nebel im Kopf). In den übrigen Positionen spielt der Steg eh keine Rolle, da muß gar nichts angeschlossen sein (es stört aber auch nicht, wenn man auf Ebene D alle Kontakte von „2” bis „5” mit Masse verbindet - das ist sogar technisch etwas „sauberer”).

Zu guter Letzt will man noch schalten können, ob Position „1” als „Humbucker” läuft, oder - wie gehabt - als Singlecoil. Dazu braucht man einen weiteren Schalter (Mini-Switch), der die Masse des Steg-PU entweder an „D-Common” legt (zur weiteren Verwendung als Bestandteil des „Humbuckers” - Mini-Switch Position „2”), oder direkt mit Masse verbindet (Singlecoil - Mini-Switch Position „1”). Was für einen Schalter man für den Mini-Switch verwendet, ist reine Geschmackssache. Am einfachsten (und ohne Bohrungen am Pickguard ausführbar) nimmt man ein Push/Pull-Poti.