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:
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
