Analysator für Magnettonabnehmer
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Analysator für Magnettonabnehmer
Hallo Forum,
nachdem der Gänsebraten endlich verdaut war und das Klingeln in meinen Ohren vom ständigen Geplärre der ganzen buckligen Verwandtschaft einem leichten Pfiepen gewichen ist (ein Motörhead-Konzert ist ein Shice-Dreck dagegen ) habe ich in der Klausur im Bayerischen Wald etwas Gehirn-Jogging betrieben (die hiesige Einheitspartei macht sowas um diese Jahreszeit ja auch regelmäßig, allerdings kommt dabei selten was gescheites raus ).
Bei meiner Klausur kam möglicherweise doch was brauchbares raus: Ich baue mir einen Pickup-Analysator!
Da die Zollner'sche Methode mit der 30m langen Saite mit allem was damit einhergeht (Impulsförmige Anregung, Umrechnung der Impulsantwort in die Frequenz-Darstellung etc....) für mich als Hobbyist zu aufwändig ist, kommt nur die Lemme'sche Methode in Betracht.
Es soll also eine Erreger-Spule mit ein paar 10 oder 100 Windungen den Tonabnehmer samt Beschaltung (Tone-Poti, Kabel-Kapazität, Eingangs-Widerstand des Verstärkers etc.) so "erregen", dass die Resonanzfrequenz messbar wird und der Frequenzgang der Ausgangsspannung auf dem Bildschirm zu sehen ist. So kann man zwar Dinge, die durch die Magnetfeldgeometrie verursacht werden, wie Apertur-Filter, Kammfilter durch Position, Auslöschung bei zweispuligen Pickups etc., nicht sichtbar machen, aber besser wie nix ist es auf jeden Fall.
Die Generierung des Messsignals und die Messung selbst samt grafischer Darstellung übernimmt die preiswerte Software Audiotester 3.0 auf einem handelsüblichen Windows-Notebook.
Die Wandlung von digital nach analog und wieder zurück wird von einem handelsüblichen Audio-USB-Interface erledigt (preiswert bei Iehbäh erlegt: Tascam US-122 MkII).
So weit so gut. Draht auf eine leere PU-Spule gewickelt und ersten Versuch gemacht.
Einfach so eine simple Spule mit 50 Windungen auf den zu messenden Pickup legen und an das USB-Interface anschließen und die Ausgangsspannung der PU-Spule(n) messen is aber nich. Die Kurve auf dem Bildschirm hat nur ganz wage etwas mit der erwarteten Tiefpass-Kurve zu tun.
Im Bereich der Resonanzfrequenz ist ein eher flacher Buckel zu sehen, zu tiefen und hohen Frequenzen hin fällt die Spannung ab, die Kurve konvergiert dort jeweils zu einer Geraden mit Steigung von 20dB/Dekade.
Wie kommt's?
Erstens ist die Erregerspule ziemlich niederohmig (einige wenige Ohm), der Generatorausgang des USB-Interfaces ist dazu vergleichsweise hochohmig (200Ohm). Der durch die Spule fließende Strom ist daher nur ungefähr proportional zur Ausgangsspannung des Generators.
Zudem "sieht" der Generator eine frequenzabhängige Impedanz, zum einen durch die Induktivität der Erregerspule, und zum anderen durch die Kopplung von Erreger- und Tonabnehmerspule und deren Resonanz.
Ein Generatorwiderstand von 200Ohm und eine Last, die frequenzabhängig irgendwo zwischen ganz klein und richtig groß umher-geistern kann, sind aber keine guten Voraussetzungen für eine zuverlässige Messung.
Das eigentliche Messsignal ist ja das von der Erregerspule erzeugte Wechselmagnetfeld. Dieses wiederum ist proportional zum Strom, der durch diese Spule fließt. Sie muss also von einer Konstantstromquelle gespeist werden, die den Strom durch die Spule unabhängig von deren Impedanz konstant hält und der proportional der Eingangsspannung ist. In der Literatur heißt sowas "spannungsgesteuerte Stromquelle" oder "voltage-to-current-converter".
Da die induzierte Spannung in der Tonabnehmerspule nicht zur Stärke des Wechselmagnetfeldes proportional ist sondern zur Änderungsgeschwindigkeit des Wechselfeldes, muss das Wechselfeld bei tiefen Frequenzen eine größere Amplitude haben als bei hohen Frequenzen. Mit anderen Worten: Die Eingangsspannung der spannungsgesteuerten Konstantstromquelle (und somit deren Ausgangsstrom) muss mit steigender Frequenz stetig abnehmen. D.h. bei 10-facher Frequenz muss die Amplitude der Spannung auf 1/10 abnehmen. Das Signal muss also "integriert" werden.
Angeregt durch Helmuth Lemmes Artikel bei build your own guitar
kam ich zu folgendem Prinzip-Schaltbild: U2 mit R8 und C4 bilden den Integrator. Dessen Ausgangsspannung ist im oberen Diagramm dargestellt (blaue Linie). Zwischen 100Hz und 1kHz und zwischen 1kHz und 10kHz nimmt der Pegel jeweils um 20dB ab.
Die Schaltung um U1 ist diese ominöse spannungsgesteuerte Konstantstromquelle, die die Erreger-Spule L2 speist. Sie ist mit L1 gekoppelt (der Kopplungsfaktor von 0,7 ist einfach irgend eine Annahme von mir).
Im unteren Diagramm ist die Ausgangsspannung der Tonabnehmerspule samt Beschaltung zu sehen.
Die praktische Umsetzung des Integrierers ist einfach, die der Stromquelle nicht so ganz. Da ich dieses Vorschaltgerät nicht nur zur Messung von Tonabnehmern verwenden möchte, sondern auch zur Ermittlung von Lautsprecher-Impedanzen (auch da braucht's Konstantstrom), ist ein normaler OP-Amp mit den paar Volt und wenigen Milli-Ampére am Ausgang zu gering.
Es kommt daher ein Hochvolt-OP-Amp vom Typ OPA445 von Burr-Brown (heute Texas Instruments, Hallo Alex!) zum Einsatz.
Der Ausgang dieses OP-Amps bekommt mit einer kleinen Gegentakt-Endstufe (BD239 und BD240) strom-mäßig mehr Wumms (siehe figure 8 des Datenblattes). Mit Versorgungsspannung von ±45V kann diese Schaltung 100mA (AC, effektiv) in eine Last von 300Ohm abgeben, oder (theoretisch) 1A in 30Ohm. Das Netzteil muss das halt hergeben.
Dazu kommt noch ein Eingangsverstärker für das gemessene Signal mit umschaltbarer Eingangs-Kapazität und -Widerstand.
Den genauen Schaltplan werde ich hier allerdings nicht veröffentlichen, weil der Helmuth ja weiterhin sein Geschäft mit dem von ihm gebauten Analysator machen soll.
Teile sind bestellt; mal schaun, wann ich dazu komme, das alles zusammenzulöten
Grüße
Matthias
nachdem der Gänsebraten endlich verdaut war und das Klingeln in meinen Ohren vom ständigen Geplärre der ganzen buckligen Verwandtschaft einem leichten Pfiepen gewichen ist (ein Motörhead-Konzert ist ein Shice-Dreck dagegen ) habe ich in der Klausur im Bayerischen Wald etwas Gehirn-Jogging betrieben (die hiesige Einheitspartei macht sowas um diese Jahreszeit ja auch regelmäßig, allerdings kommt dabei selten was gescheites raus ).
Bei meiner Klausur kam möglicherweise doch was brauchbares raus: Ich baue mir einen Pickup-Analysator!
Da die Zollner'sche Methode mit der 30m langen Saite mit allem was damit einhergeht (Impulsförmige Anregung, Umrechnung der Impulsantwort in die Frequenz-Darstellung etc....) für mich als Hobbyist zu aufwändig ist, kommt nur die Lemme'sche Methode in Betracht.
Es soll also eine Erreger-Spule mit ein paar 10 oder 100 Windungen den Tonabnehmer samt Beschaltung (Tone-Poti, Kabel-Kapazität, Eingangs-Widerstand des Verstärkers etc.) so "erregen", dass die Resonanzfrequenz messbar wird und der Frequenzgang der Ausgangsspannung auf dem Bildschirm zu sehen ist. So kann man zwar Dinge, die durch die Magnetfeldgeometrie verursacht werden, wie Apertur-Filter, Kammfilter durch Position, Auslöschung bei zweispuligen Pickups etc., nicht sichtbar machen, aber besser wie nix ist es auf jeden Fall.
Die Generierung des Messsignals und die Messung selbst samt grafischer Darstellung übernimmt die preiswerte Software Audiotester 3.0 auf einem handelsüblichen Windows-Notebook.
Die Wandlung von digital nach analog und wieder zurück wird von einem handelsüblichen Audio-USB-Interface erledigt (preiswert bei Iehbäh erlegt: Tascam US-122 MkII).
So weit so gut. Draht auf eine leere PU-Spule gewickelt und ersten Versuch gemacht.
Einfach so eine simple Spule mit 50 Windungen auf den zu messenden Pickup legen und an das USB-Interface anschließen und die Ausgangsspannung der PU-Spule(n) messen is aber nich. Die Kurve auf dem Bildschirm hat nur ganz wage etwas mit der erwarteten Tiefpass-Kurve zu tun.
Im Bereich der Resonanzfrequenz ist ein eher flacher Buckel zu sehen, zu tiefen und hohen Frequenzen hin fällt die Spannung ab, die Kurve konvergiert dort jeweils zu einer Geraden mit Steigung von 20dB/Dekade.
Wie kommt's?
Erstens ist die Erregerspule ziemlich niederohmig (einige wenige Ohm), der Generatorausgang des USB-Interfaces ist dazu vergleichsweise hochohmig (200Ohm). Der durch die Spule fließende Strom ist daher nur ungefähr proportional zur Ausgangsspannung des Generators.
Zudem "sieht" der Generator eine frequenzabhängige Impedanz, zum einen durch die Induktivität der Erregerspule, und zum anderen durch die Kopplung von Erreger- und Tonabnehmerspule und deren Resonanz.
Ein Generatorwiderstand von 200Ohm und eine Last, die frequenzabhängig irgendwo zwischen ganz klein und richtig groß umher-geistern kann, sind aber keine guten Voraussetzungen für eine zuverlässige Messung.
Das eigentliche Messsignal ist ja das von der Erregerspule erzeugte Wechselmagnetfeld. Dieses wiederum ist proportional zum Strom, der durch diese Spule fließt. Sie muss also von einer Konstantstromquelle gespeist werden, die den Strom durch die Spule unabhängig von deren Impedanz konstant hält und der proportional der Eingangsspannung ist. In der Literatur heißt sowas "spannungsgesteuerte Stromquelle" oder "voltage-to-current-converter".
Da die induzierte Spannung in der Tonabnehmerspule nicht zur Stärke des Wechselmagnetfeldes proportional ist sondern zur Änderungsgeschwindigkeit des Wechselfeldes, muss das Wechselfeld bei tiefen Frequenzen eine größere Amplitude haben als bei hohen Frequenzen. Mit anderen Worten: Die Eingangsspannung der spannungsgesteuerten Konstantstromquelle (und somit deren Ausgangsstrom) muss mit steigender Frequenz stetig abnehmen. D.h. bei 10-facher Frequenz muss die Amplitude der Spannung auf 1/10 abnehmen. Das Signal muss also "integriert" werden.
Angeregt durch Helmuth Lemmes Artikel bei build your own guitar
kam ich zu folgendem Prinzip-Schaltbild: U2 mit R8 und C4 bilden den Integrator. Dessen Ausgangsspannung ist im oberen Diagramm dargestellt (blaue Linie). Zwischen 100Hz und 1kHz und zwischen 1kHz und 10kHz nimmt der Pegel jeweils um 20dB ab.
Die Schaltung um U1 ist diese ominöse spannungsgesteuerte Konstantstromquelle, die die Erreger-Spule L2 speist. Sie ist mit L1 gekoppelt (der Kopplungsfaktor von 0,7 ist einfach irgend eine Annahme von mir).
Im unteren Diagramm ist die Ausgangsspannung der Tonabnehmerspule samt Beschaltung zu sehen.
Die praktische Umsetzung des Integrierers ist einfach, die der Stromquelle nicht so ganz. Da ich dieses Vorschaltgerät nicht nur zur Messung von Tonabnehmern verwenden möchte, sondern auch zur Ermittlung von Lautsprecher-Impedanzen (auch da braucht's Konstantstrom), ist ein normaler OP-Amp mit den paar Volt und wenigen Milli-Ampére am Ausgang zu gering.
Es kommt daher ein Hochvolt-OP-Amp vom Typ OPA445 von Burr-Brown (heute Texas Instruments, Hallo Alex!) zum Einsatz.
Der Ausgang dieses OP-Amps bekommt mit einer kleinen Gegentakt-Endstufe (BD239 und BD240) strom-mäßig mehr Wumms (siehe figure 8 des Datenblattes). Mit Versorgungsspannung von ±45V kann diese Schaltung 100mA (AC, effektiv) in eine Last von 300Ohm abgeben, oder (theoretisch) 1A in 30Ohm. Das Netzteil muss das halt hergeben.
Dazu kommt noch ein Eingangsverstärker für das gemessene Signal mit umschaltbarer Eingangs-Kapazität und -Widerstand.
Den genauen Schaltplan werde ich hier allerdings nicht veröffentlichen, weil der Helmuth ja weiterhin sein Geschäft mit dem von ihm gebauten Analysator machen soll.
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Grüße
Matthias
"Denken ist wie googeln, nur krasser!"
- Titan-Jan
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Re: Analysator für Magnettonabnehmer
Okay, ich verstehe zwar fast nur Bahnhof, freue mich aber dennoch mit dir auf die Teile und die ersten Messergebnisse mit Realitätsbezug!!
Toll, dass sich jemand die Mühe gibt, solchen Dingen auf den Grund zu gehen, statt dem Verkäufergequatsche (was dann von den Anfängern wie Profis einfach nachgeplappert wird) zu glauben.
Achja und danke für's dokumentieren. Falls ich es eines Tages mal verstehe, baue ich es nach
Toll, dass sich jemand die Mühe gibt, solchen Dingen auf den Grund zu gehen, statt dem Verkäufergequatsche (was dann von den Anfängern wie Profis einfach nachgeplappert wird) zu glauben.
Achja und danke für's dokumentieren. Falls ich es eines Tages mal verstehe, baue ich es nach
Meine aktuellen Gitarrenbau-Projekte:
#19...#23 Cigar Box Guitars - Mini Signature Serie
#24 Tele-Goldtop, semihollow
Mein Dosengitarren-Projekt:
Vorstellungsthread Online-Shop YouTube-Kanal
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Re: Analysator für Magnettonabnehmer
Ich folge mit Interesse
Bin gespannt, ob es mich zum Nachbau motiviert
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Re: Analysator für Magnettonabnehmer
Hab jetzt wenig Plan von der ganzen Elektronik aber hat der Lemme nicht auch so ein Teil "erfunden" und vertreibt das auch ?
http://www.gitarrenelektronik.de/messte ... p-analyzer
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Re: Analysator für Magnettonabnehmer
Genau.
Meine Kiste soll nach dem gleichen Prinzip funktionieren.
Das ungefähre Prinzip hat er ja in dem von mir verlinkten Artikel erklärt (Integration und Stromeinprägung), die Umsetzung habe ich mir selber ausgedacht. Wie seine Kiste von innen aussieht, weiß ich nicht (würde mich aber brennend interessieren )
Meine Kiste soll nach dem gleichen Prinzip funktionieren.
Das ungefähre Prinzip hat er ja in dem von mir verlinkten Artikel erklärt (Integration und Stromeinprägung), die Umsetzung habe ich mir selber ausgedacht. Wie seine Kiste von innen aussieht, weiß ich nicht (würde mich aber brennend interessieren )
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- bea
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Re: Analysator für Magnettonabnehmer
Klar. Denn Sinn kann ich schon ganz gut verstehen - mit einfachen Meßbrücken kann man zwar die Resonazzfrequenz bestimmen, mehr aber auch nicht (ok, man könnte die Meßwerte numerisch integrieren, sähe dann vermutlich mehr...). Daher denke ich ebenfalls über den Bau einer Erregerspule nach. Darf die eigentlich auch Eisen enthalten?
An Deiner Erläuterung hat mich Deine Aussage zu den Quellwiderständen gewundert: Stromquellen sind doch hochohmig, und die 2 kOhm wären im gesamten Nutzbereich groß gegenüber der Impedanz der Spule. Wieso ist dann der Ausgangswiderstand der Karte ein Problem?
Wie möchtest Du eigentlich die Frequenz messen? Zumindest bei meinem Signalgenerator ist die Skalenanzeige nur ein grober Anhaltspunkt.
An Deiner Erläuterung hat mich Deine Aussage zu den Quellwiderständen gewundert: Stromquellen sind doch hochohmig, und die 2 kOhm wären im gesamten Nutzbereich groß gegenüber der Impedanz der Spule. Wieso ist dann der Ausgangswiderstand der Karte ein Problem?
Wie möchtest Du eigentlich die Frequenz messen? Zumindest bei meinem Signalgenerator ist die Skalenanzeige nur ein grober Anhaltspunkt.
LG
Beate
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Re: Analysator für Magnettonabnehmer
@Bea:
Der Ausgang meines Audio-Interfaces hat 200Ohm, nicht 2kOhm.
Natürlich könnte man eine einfache Konstantstromquelle mit einem Vorwiderstand realisieren, der mindestens so ca. 10-mal so groß ist wie die größte zu erwartende Impedanz. Dann fließt aber immer nur ein sehr kleiner Strom, außer man würde die Ausgangsspannung sehr groß machen, und dann fängt der Widerstand irgendwann an zu rauchen (soll ja ungesund sein ). Außerdem wäre dann immer noch ein gewisser Messfehler vorhanden, der umso größer wird, je größer die zu messende Impedanz wird.
Die Erreger-Spule ist völlig simpel. Einfach eine Luftspule mit ca. 50 Windungen 0,5er CuL-Draht (schreibt er). Eisen würde ich da nicht reintun, wäre aber mal einen Versuch wert.
Die Frequenz wird grafisch per Cursor aus dem Frequengangschrieb ausgelesen, den Audiotester erzeugt.
Grüße
Matthias
Der Ausgang meines Audio-Interfaces hat 200Ohm, nicht 2kOhm.
Natürlich könnte man eine einfache Konstantstromquelle mit einem Vorwiderstand realisieren, der mindestens so ca. 10-mal so groß ist wie die größte zu erwartende Impedanz. Dann fließt aber immer nur ein sehr kleiner Strom, außer man würde die Ausgangsspannung sehr groß machen, und dann fängt der Widerstand irgendwann an zu rauchen (soll ja ungesund sein ). Außerdem wäre dann immer noch ein gewisser Messfehler vorhanden, der umso größer wird, je größer die zu messende Impedanz wird.
Die Erreger-Spule ist völlig simpel. Einfach eine Luftspule mit ca. 50 Windungen 0,5er CuL-Draht (schreibt er). Eisen würde ich da nicht reintun, wäre aber mal einen Versuch wert.
Die Frequenz wird grafisch per Cursor aus dem Frequengangschrieb ausgelesen, den Audiotester erzeugt.
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Re: Analysator für Magnettonabnehmer
Ok, 50 Windungen auf ein Holzklötzchen zu wickeln sollte ich gerade noch hinbekommen
Ich denke an punktweises Aufnehmen.
Hier übrigens ein Bericht zu einer anderen Lemme-Umsetzung. Da wird die von mir verwendete simple Meßbrücke in Verbindung mit einer Erregerspule an einen Zweikanal-Oszi verwendet: http://www.syscompdesign.com/AppNotes/g ... ickups.pdf
Naja, erst mal werde ich Resonanzfrequenzen bestimmen...
Ich denke an punktweises Aufnehmen.
Hier übrigens ein Bericht zu einer anderen Lemme-Umsetzung. Da wird die von mir verwendete simple Meßbrücke in Verbindung mit einer Erregerspule an einen Zweikanal-Oszi verwendet: http://www.syscompdesign.com/AppNotes/g ... ickups.pdf
Naja, erst mal werde ich Resonanzfrequenzen bestimmen...
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Beate
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Re: Analysator für Magnettonabnehmer
Interessantes Thema!
Da ich die letzten Wochen auch ein bißchen zum Thema Tonabnehmer wickeln und den Möglichkeiten zum Messen recherchiert habe bin ich noch auf folgenden Artikel gestossen: Measuring pickup impedance with an A/D recording interface (Englisch).
Ich verstehe leider nur in groben Zügen, was der TO da schreibt; interessant find ich´s aber allemal, da seine Methode offensichtlich ohne zusätzliche Erregerspule und (Mess-)Verstärker auskommt. Ich nehme an, die von ihm verwendete Software "Electo Acoustics Toolbox" (Mac) müsste wohl mit dem "Audiotester" vergleichbar sein.
Edit: die gezeigte Methode ermittelt "nur" Impedanz, Induktivität und Kapazität, NICHT den Frequenzverlauf.
Da ich die letzten Wochen auch ein bißchen zum Thema Tonabnehmer wickeln und den Möglichkeiten zum Messen recherchiert habe bin ich noch auf folgenden Artikel gestossen: Measuring pickup impedance with an A/D recording interface (Englisch).
Ich verstehe leider nur in groben Zügen, was der TO da schreibt; interessant find ich´s aber allemal, da seine Methode offensichtlich ohne zusätzliche Erregerspule und (Mess-)Verstärker auskommt. Ich nehme an, die von ihm verwendete Software "Electo Acoustics Toolbox" (Mac) müsste wohl mit dem "Audiotester" vergleichbar sein.
Edit: die gezeigte Methode ermittelt "nur" Impedanz, Induktivität und Kapazität, NICHT den Frequenzverlauf.
'M' - Metallica Cover
http://www.jumpinthefire.net
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