Anleitung: Frequenzgang-Messung von Tonabnehmern/Bässen mit einfachsten Mitteln

[mynodeus]

Vergleichen wir nun wieder die Ergebnisse aus der 4. (Referenz-) Messung mit der ersten Messung, bei der der Tonabnehmer am "heißesten" angefahren wird.

Der Störabstand vom Peak zum höchsten Störlevel außerhalb der Bandgrenzen des Fullrange-Testsignals vergrößert sich von 19,46 dB bei der ersten Messung auf 35,93 dB in der vierten Messung. Das entspricht einer Verbesserung um 16,47 dB (oder durchschnittlich ca. 5,5 dB Verbesserung pro 6 dB weniger Signal auf den Tonabnehmer).

Für die Fullrange-Messdaten können wir wieder das Basislevel ermitteln (einheitlich zum bisherigen Vorgehen durch Nachschlagen in der Spektrum.txt bei der hierfür gewählten Frequenz von 24,169922 Hz).
Der Störabstand vom Basislevel zum höchsten Störlevel außerhalb der Bandgrenzen des Fullrange-Testsignals vergrößert sich von 15,66 dB in der ersten Messung auf 31,99 dB in der vierten Messung. Das entspricht einer Verbesserung um 16,33 dB (oder durchschnittlich 5,4 dB pro 6 dB weniger Signal auf dem Tonabnehmer).

Ausgehend von der Basishöhe können wir bei den Fullrange-Messungen auch die Peak-Höhe ermitteln (Differenz von Peak-Wert zum Basislevel). Tatsächlich wird die ermittelte Peak-Höhe umso geringer, je "heißer" wir den Tonabnehmer anfahren und je weiter er somit in Richtung Sättigung geht.
In der 4. Referenz-Messung erhalten wir eine Peak-Höhe von 3,94 dB, bei der ersten Messung mit dem stärksten Geber-Signal nur 3,80 dB. Dies entspricht einem Fehler von -3,6% bei der ersten Messung im Vergleich zum Referenzwert.

Die ermittelte Peak-Frequenz steigt auch hier im Vergleich zur 4. Referenzmessung (1092,04 Hz) stetig an, wenn wir ein stärkeres Gebersignal in den Tonabnehmer einspeisen.
In der ersten Messung mit dem stärksten Signal erhalten wir 1100,10 Hz für die ermittelte Peak-Frequenz. Die Abweichung vom Referenzwert beträgt somit 0,74%.

Insgesamt sind hier die Auswirkungen des zu heißen Ansteuerns zwar nicht allzu hoch. Trotzdem bedeuten sie eine unnötige Verfälschung und Verschlechterung der Messergebnisse und sollten daher vermieden werden.
Interessanterweise folgen die Abweichungen in den Messreihen einem bestimmten Muster: die ermittelte Peakfrequenz ist in den Messreihen systematisch etwas zu hoch und die ermittelte Peak-Höhe systematisch etwas zu niedrig, wenn man den Tonabnehmer zu heiß anfährt. Ich weiß aber nicht, ob sich dieses Muster auf Messungen mit anderen Tonabnehmern verallgemeinern lässt.

 

[mynodeus]

ZWISCHENSTAND

An dieser Stelle mache ich erst einmal einen Schnitt, weil ich in der nächsten Zeit nicht dazu kommen werde, die restlichen Abschnitte zu schreiben.

Die wichtigsten Punkte zur Tonabnehmer-Vermessung sind erläutert worden. Im Vergleich zum geplanten Umfang der Anleitung fehlen jetzt noch:

• Beispiel zur Vermessung eines isolierten Tonabnehmers direkt vor einem Impedanzwandler ("In vitro-Messung")
• Betrachten des Effekts, wenn man den Tonabnehmer durch einen ohmsche Last bedämpft oder die Peak-Frequenz durch eine kapazitive Last nach unten zieht
• Live-Messung in DAW mit Spectrum Analyzer

Diese Abschnitte sind aber eher "nice to have". Die bereits präsentierten Informationen sollten auch jetzt schon völlig ausreichen, um eine Messumgebung aufbauen und eigene Frequenzgangmessungen durchführen zu können.

Ich hoffe, ihr findet die Anleitung in der bisherigen Form auch schon nützlich und ich beantworte gerne Fragen dazu.

Die noch fehlenden Teile der Anleitung kommen dann aber wohl erst in ein paar Wochen oder evtl. Monaten.

 

[stoneface]

Ich kann nur eins sagen: Reschpeggd!
Falls ich irgendwann noch mehr frankensteinern sollte, muss ich das mal auch machen. Hoffentlich finde ich die Zeit dazu.

 

[fiss-a-wiss]

Krass das Ganze. Finde ich sehr interessant

weiter so!

 

[fiss-a-wiss]

ich hab mir das mal vor längerer Zeit sehr sehr viel einfacher gemacht und Walkman-Hörer mit Rauschen drauf an die Pickups im Bass gehalten und das Ganze dann in einem Analyzer betrachtet.

Man konnte immerhin Unterschiede erkennen

 

[alice d.]

Haut der Typ hier erst mal ne Doktorarbeit raus... Respekt!

Mal sehen wann die ersten Bässe oder Pickups hier in den Kleinanzeigen mit selbsterstellten Frequenzplots angeboten werden.

Das ist aber wirklich ein interessantes Experimentierfeld, da werde ich wohl auch mal tätig werden. Grundsätzlich kann man da ja nicht nur einen Pickup mit vermessen sondern eine beliebig lange Kette. Also falls ich im Winter mal ne Zeit lang nicht erreichbar bin, messe ich grad meine Bässe und mein Board in allen erdenklichen Reglerstellungen durch.

 

[anbra]

Puuh, starker Tobak. Da musste ich erstmal einen Pokal raushauen.

 

[mynodeus]

Danke für die freundlichen Rückmeldungen : )

ich hab mir das mal vor längerer Zeit sehr sehr viel einfacher gemacht und Walkman-Hörer mit Rauschen drauf an die Pickups im Bass gehalten und das Ganze dann in einem Analyzer betrachtet.

Da fällt ja noch eine Hürde weg, wenn man keine Hifi-Endstufe mehr braucht und vor allem keine Geberspule mehr bauen muss.
Also im Prinzip passt es dann noch besser zum Motto "mit einfachsten Mitteln".
Man könnte den hier beschriebenen Aufbau grundsätzlich beibehalten und über den Kopfhörer-Ausgang an der Audioschnittstelle auf den Kopfhörer als Geberelement gehen.
Aber der Kopfhörer-Treiber enthält ja (anders als die Geberspule) selbst einen Magneten.
Damit wird beim Anlegen an den Tonabnehmer das Magnetfeld des Tonabnehmers verändert und evtl. auch die Induktivität, d.h. der Frequenzgang könnte verändert werden.
Außerdem ist die Spule ja bei einem Kopfhörer nicht fest montiert (wie bei der Gebereinheit), sondern es ist eine Schwingspule. Beim Kopfhörer gehört die Spule daher zu den beweglichen Teilen. In Abhängigkeit davon, wie weit die Spule während ihrer Bewegung gerade vom Tonabnehmer entfernt ist, ändert sich auch die Stärke des Magnetfelds, in dem sie sich befindet, und damit die im Tonabnehmer induzierte Spannung. Diese Effekte durch die Bewegung der Spule dürften sich mit dem eigentlich einzuspeisenden Signal überlagern. Ich vermute daher, dass es hier vermehrt Intermodulationsverzerrungen gibt.
Ich finde die Idee trotzdem interessant und werde demnächst mal eine Vergleichsmessung machen (Frequenzgang über Endstufe/Geberspule wie oben vs. Kopfhörerausgang/Kopfhörer als Geber).

Das ist aber wirklich ein interessantes Experimentierfeld, da werde ich wohl auch mal tätig werden. Grundsätzlich kann man da ja nicht nur einen Pickup mit vermessen sondern eine beliebig lange Kette. Also falls ich im Winter mal ne Zeit lang nicht erreichbar bin, messe ich grad meine Bässe und mein Board in allen erdenklichen Reglerstellungen durch.

Freut mich, wenn es inspiriert!
Ja im Prinzip kann man eine beliebige Kette durchmessen (wenn sie "clean" genug ist). Dann könnte man versuchen, den Frequenzgang mit anderem Equipment nachzubilden.
Beispiel: Ein EQ-Plugin auf der DI so einstellen, dass es den Klang der analogen Kette nachbildet. Sofern der "Charakter" der analogen Geräte auch im Anzerren liegt, wird das allerdings nicht mit eingefangen.
Für das Angleichen des Frequenzgangs hiflt eine Live-Ansicht des momentanen Frequenzgangs, während man an den Einstellungen dreht, und eine parallele Anzeige des Ziel-Frequenzgangs, an den man den aktuellen Frequenzgang annähern möchte. So erhält man eine unmittelbare Rückmeldung und sieht, was man mit dem EQ noch wie stark ausgleichen muss.
Dafür eignet sich Audacity nicht, man braucht dann einen Spectrum Analyzer. In Audacity fehlt die gleichzeitige Anzeige von Ist- und Soll-Frequenzgang.
Gruß myno

 

[MischaMischer]

@mynodeus : Super, technisch fundiert. Da hast Du Dir richtig Arbeit gemacht!
Ein paar Bemerkungen:
1. Wichtig und richtig ist die richtige Pegeleinstellung (siehe Magn. Sättigung). Ich denke nicht dass diese Effekte bei den üblichen PU relevant sind, aber es ist ein wichtiger Hinweis. Beim generatorischen Betrieb (bei Bass spielen gibt es sowieso keine Sättigung wegen der "eingebauten" Feldschwächung.
2. Einen NF-Verstärker mit 30W braucht es garnicht. Die NF-Verstärker (sofern keine Röhre) wie Du schreibst, Spannungsverstärker und den Vorwiderstand von 200R brauchst Du nur, weil Du einen eingeprägten Strom erzeugen musst und damit die Indiktivität des Gebers keinen EInfluss hat! Ein winzige Schaltung mit einem STROM-Versträker mit 10mA reicht und dann geht das prima und viele Stunden lang mit einer 9V-Batterie. Sogar von der USB-Schnittstelle wäre das speisbar und dann hättest Du eine handliches Mess-Gerätchen
3. Bei der Messung von KABELN bitte darauf Hinweisen, dass hier UNBEDINGT mit einem Abschluss in Grössenordnung der Verstärker-Eingangsimpedanz zu messen ist. Dann merkt man nämlich dass 100pF i.A. einen gerade mal messbaren aber keinen hörbaren Unterschied ausmachen und auch die Resonanzkurven sehen völlig anders aus als ohne Last.

Aber nochmal: Respekt und danke für die Arbeit!

 

[mynodeus]

@MischaMischer
Danke für Deinen Beitrag. Mit Deinen Hinweisen hast Du völlig recht!
Die Kombination aus Endstufe und Geberwiderstand soll in der Tat nur eine Stromspeisung annähern. Wenn man bereit ist, noch mehr zu basteln, kann man diese auch auf anderem Wege erreichen.
Die Effekte bei zu hoher Aussteuerung sind in den Beispielen zwar sichtbar, die Messergebnisse ändern sich aber kaum. Mir ging es hier in erster Linie um eine Klärung, warum es manchmal Störungen im Spektogramm gibt.
Aus den Testreihen geht jetzt hervor, dass die Störungen nur bei zu hoher Aussteuerung entstehen. Damit handelt es sich nicht um ein Problem des eigentlichen Messaufbaus.
Bzgl. Einfluss des Kabels: Ja das sollte man in einem realistischen Setup messen, sonst sagt einem die Änderung in der Tat nicht viel! Andererseits hielt ich die ca. 1 MOhm Eingangswiderstand in meinen Messungen jetzt nicht für so unrealistisch - zumal ich auch beim normalen Bass-Spiel exakt über diesen High-Z-Eingang der Audio-Schnittstelle aufnehme, d.h. in meinem Fall stimmen die Werte so. Bei Benutzung eines Bass-Amps passen diese Werte nicht automatisch. Im Zweifel kann man die Eingangsimpedanz für den eigenen Verstärker aus der technischen Spezifikation entnehmen und für die Messung nachbilden (ein geeignet dimensionierter Widerstand parallel zum Eingang der Audio-Schnittstelle sollte den Job erledigen).

 

[BassPapa]

Alter Verwalter. Respekt!
Aber ganz großen.

 

[ks13]

Klasse Anleitung! Auch wenn der Thread schon etwas älter ist, musste ich das gleich mal ausprobieren. Da die Anleitung so ausführlich ist, dachte ich mir, dass ich das schon hinbekomme...
Aber irgendwie ist bei mir der Wurm drin. Bei den Spektren, die ich aufzeichne fehlen jegliche Bässe. Die schauen dann so aus:

Ausserdem habe ich noch einen schönen 50Hz Brumm drin, aber der stört mich jetzt erst mal nicht. Meine Frage ist, was mache ich falsch? Als Interface nutze ich ein Focusrite Scarlet. Wenn von dem Audio Out direkt per Kabel in den Input gehe (also den Verstärker und die Senderspule umgehe), kommt erwartungsgemäß das braune Rauschen an:

Höre ich den Verstärker mit einem Kopfhörer ab, klingt das Output Signal so wie in Audacity. Daher denke ich, dass irgendwas mit der Spule nicht passt, da die Pickups ja funktionieren. Wo könnte der Fehler liegen? Bei 50 Windungen kann man doch eigentlich nicht viel falsch machen, oder...?

Bin etwas ratlos und für jeden Hinweis dankbar!

 

[TheBass]

Da hat sich aber jemand Mühe gemacht. Sieht mir aber eher nach einer Studienarbeit als nach rein hobbymässiger Beschäftigung aus. Saubere Arbeit jedenfalls !

NB: in den 80ern habe ich den PU von meinem Ibanez Musician auch mal durchgemessen, damals allerdings noch rein analog, mit Frequenzgenerator und Oszi und handischer Messung mit eintragen in eine Tabelle, alles zu Fuss eben.

 

[mynodeus]

@TheBass: Nein das war Hobby bzw. Besessenheit : )
@ks13:
Ist ja spannend! Du bist der Erste (von dem ich gehört hätte), den das Ganze angeregt hat, auch eine Messung zu versuchen.
Das Scarlett ist offenbar in der Lage, die tiefen Frequenzen aufzunehmen (alles andere wäre auch seltsam).
Was hast Du als Geber-Verstärker genommen?
Wie weit war der Geber-Verstärker aufgedreht - hat er noch Reserven?
Wurde der Tonabnehmer isoliert oder im Bass zusammen mit der eingebauten Elektronik vermessen?
War es ein Einzelspuler, Split Coil oder ein Humbucker?
Welchen Abstand hatte die Geberspule vom Tonabnehmer?
Zumindest einen eindeutigen Peak kann man wohl ermitteln, aber der Verlauf des Spektogramms schafft nicht unbedingt Vertrauen in das Ergebnis.

 

[ks13]

@mynodeus: danke für die schnelle Reaktion!

zu deinen Fragen:
- ich habe es mit zwei verschiedenen Verstärkern probiert. Ein Yamaha Hifi Verstärker mit mehr aus ausreichend Reserven und einen kleinen Einplatinen 10W Verstärker. Bei beiden bekomme ich das gleiche Ergebnis. Daher meine Vermutung, dass der Verstärker ok ist und es eher an der Spule lieg. Auch habe ich mal ein Sinus durchgeschickt mit verschiedenen Frequenzen, der kam sauber an. Nur war auch hier der Unterschied zwischen 1k Hz und 500Hz extrem (letzteres viel leiser)
- der Pickup wurde im eingebauten Zustand vermessen
- es ist ein Humbucker. Die Spule liegt um 90 Grad gedreht in der Mitte zwischen den beiden Coils
- die Spule liegt direkt auf dem Tonabnehmer. Ich habe, so wie Du einen ausgedienten Tonabnehmer abgewickelt und den Kunststoff Spulenkörper genutzt

ja, ob das der richtige Peak ist, oder ob ich da irgendeinen Murks messe, weiss ich noch nicht....

 

[mynodeus]

Flach in der Mitte wäre bei einem Humbucker falsch. Aber Du hattest ja gekippt.
Probier es mal flach auf nur einer der Tonabnehmer-Spulen.

 

[mynodeus]

Gedreht in der Mitte war eine Empfehlung aus einem Lemme-Buch, habe ich nie probiert.
Hat man nicht bei einem größeren Abstand der Spule (quasi großem Luftspalt) einen Bassverlust?
Vielleicht kennt hier jemand die physikalischen Zusammenhänge?
Dann wäre das Abfallen in den Bässen ein Ergebnis der Messanordnung. Peakfrequenz wäre trotzdem korrekt. Nur kann man die Höhe der Resonanzspitze gar nicht mehr beurteilen.
Deshalb würde ich noch mal den Versuch zum flach Einspeisen in eine der Spulen machen.

 

[ks13]

noch ein kurzer Update, bevor ich für heute Schluss mache. Ich habe jetzt einfach mal Spaßeshalber ein anderes Audio Interface für die Aufnahme genutzt (in diesem Fall ein Line6 Helix Floor). Da kann ich explizit 1M als Eingangsimpedanz für den Pickup wählen. Der Frequenzgang sieht nun schon besser aus, aber der Peak hat sich auch um 1kHz verschoben! Also scheint da noch was im Aufnahmebereich im Argen zu liegen.

Da ist immer noch ein starker Abfall im Tiefenbereich, aber zumindest kommt es jetzt schon eher an deine Aufzeichnungen...

 

[mynodeus]

Nimmst Du ein sehr kurzes Kabel bis zu Interface? Dann würde die Eingangskapazität eine deutliche Rolle spielen.
Andere Frage, kann es sein, dass die Potis im Bass (Tone) nicht in beiden Fällen auf Maximum standen?
Und ist es ein ganz normaler passiver Bass?

 

[ks13]

Ich benutze ein eher langes Kabel. Habe das jetzt auch schon mit verschiedenen Pickups getestet. Der Bass ist passiv und alle Potis auf Maximum. Bei meiner Gitarre ergibt sich ein gleiches Bild. Ein starker Abfall ab ca. 200Hz. Habe auch einen einzelnen Pickup mit parallelem 500k Widerstand und 680pF Kondensator probiert: gleiches Bild, auch wenn die Peaks natürlich jeweils anders sind, aber der Abfall im Bassbereich ist immer gleich. Ich denke, da habe ich noch ein systematisches Problem drin...

So wie ich es aber bisher verstanden habe, sollte eine zusätzliche Kapazitive Belastung vor allem eine Auswrikung auf die Resonanzfrequenz haben (wird niedriger) und auf die Stärke der Überhöhung (wird flacher). Aber nicht auf den Tiefenbereich, oder? Ich denke, ich muss mich da nochmal mehr mit der Theorie beschäftigen um rauszufinden, wo das Problem liegen könnte