Tonabnehmer

Plattenspieler

Gr_igla_01_ubt.jpeg Der Tonabnehmer ist eine Baugruppe beim Plattenspieler bestehend aus Nadel, Nadelträger und Wandler. An der Spitze der Nadel ist ein Saphir oder Diamant angebracht. Am Schaft der elastisch gelagerten Nadel werden die Schwingungen über eine Gabelkonstruktion an den Wandler übertragen. Dazu wird üblicherweise die Oberfläche der Tonrille mechanisch abgetastet und diese Bewegung in elektrische Modulationsspannung umgewandelt. In der Zeit der Grammophone waren die Nadeln auch aus Holz oder Stahl. Dabei wurde die Nadelbewegung mechanisch durch den Schalltrichter verstärkt.

Der Tonabnehmer ist am Tonarm befestigt.

Mit dem Kristalltonabnehmer (Piezokristall) und dem Magnettonabnehmer wurde die Langspielplatte ermöglicht, die nur noch mit 33 1/3 Upm betrieben wurde und damit gegenüber der Schellackplatte deutlich längere Spielzeiten zuließ. Diese Tonabnehmer benötigten außerdem erheblich niedrigere Auflagekräfte, was die Lebensdauer von Platte und Nadel entsprechend erhöhte.

Während der Kristalltonabnehmer eine der Auslenkung der Schallplattenrille proportionale Signalspannung erzeugt, ist diese beim Magnettonabnehmer der Geschwindigkeit (Schnelle) der Nadel proportional. Bei tiefen Frequenzen würden auf diese Weise zu leise Töne erzeugt oder man hätte für beide Tonabnehmer unterschiedliche Schallplatten produzieren müssen, wobei für den Magnettonabnehmer wegen der höheren Auslenkung eine größere Spurbreite hätte vorgesehen werden müssen mit entsprechender Verkürzung der Spieldauer. Mit der Anpassung des Frequenzverlaufs durch die RIAA-Kennlinie, die in einem entsprechenden Vorverstärker realisiert ist, wird die Signalspannung so angepasst, dass die Schallplatten sowohl mit Kristall- als auch Magnettonabnehmern abgetastet werden können.

Die Entwicklung der Tonabnehmer erreichte ihren Höhepunkt in den 80er Jahren, als mit Auflagekräften von unter 10 mN und Frequenzbereichen von 20 Hz bis 50 kHz auch quadrophone (vierkanalige) Schallplatten verschleißarm abgetastet werden konnten. Es wurde dann noch eine Weiterentwicklung eingeführt, der Magnettonabnehmer mit bewegten Spulen (Moving Coil, MC), der im Vergleich zu den herkömmlichen mit bewegten Magneten (Moving Magnet, MM), zwar noch einmal geringere Signalspannungen erzeugt, aber wegen der reduzierten mechanisch schwingenden Massen auch wiederum ein noch saubereres, transparenteres Klangbild liefert.

Der Austausch einer verbrauchten Nadel ist bei MC-Tonabnehmern nur bei speziell dafür konstruierten Typen möglich, da die Spulen fest mit der schwingenden Nadel verbunden sein müssen. Außerdem erfordern viele MC-Systeme einen weiteren Vorverstärker.

Wegen der zur gleichen Zeit auf den Markt kommenden Compact Disc (CD) und des damit verbundenen Rückgangs des Marktes für Vinyl-Schallplatten hat das MC-System nur in Plattenspielern der höheren Preisklassen Eingang gefunden.

Zur Verbesserung der Tonqualität durch Verringerung des Rauschens wurden neben den üblichen Trockenabtastverfahren auch Nassverfahren erprobt, bei denen die Abtastnadel sich relativ zur Plattenoberfläche in einer Abtastflüssigkeit bewegt. Dieses Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass sich gelöste Teilchen nach dem Trocknen in der Rille verkleben und die Platten praktisch nur noch nass abspielbar sind.

Alternativ zu diesen gab es auch käufliche Machbarkeitsstudien zur berührungslosen Abtastung mittels Laser- oder Infrarotdioden. Die Abtastung ist zwar verschleißfrei, allerdings reagierten diese Geräte wesentlich empfindlicher als Nadelabtaster auf Staub.

Mit bestimmten berührungslosen optischen Verfahren ist die Regeneration von zerstörten (zersprungenen bzw. zerbrochenen) Platten möglich. Weil diese Verfahren sehr teuer sind, werden sie nur bei historisch wertvollen Aufnahmen angewandt.

Tonabnehmer bei Musikinstrumenten

Bei Musikinstrumenten werden Tonabnehmer eingesetzt, um die Schwingung des Instrumentes in elektrische Wechselspannung umzusetzen, die einem Mischpult oder Verstärker zugeführt werden kann.

Das betrifft hauptsächlich Saiteninstrumente und hier vor allem Gitarren, aber auch Tasteninstrumente (E-Pianos, Hammond-Orgeln). Bei Blasinstrumenten ist es dagegen üblich, den sowieso erzeugten Luftschall über Mikrofone aufzunehmen.

Nach der Funktionsweise unterscheidet man die elektromagnetischen und die piezoelektrischen Tonabnehmer.

Elektromagnetische Tonabnehmer

Pickups Humb 2Single.jpg (links) und zwei Single Coils (mitte und rechts)]] Mittels eines elektro-magnetischen Tonabnehmers wird der Klang bei einer E-Gitarre, bei einem E-Bass oder bei alten E-Pianos in elektrische Signale (Wechselspannung) umgewandelt. Er besteht im einfachsten Fall aus einer Reihe von Dauermagneten, um die eine Spule gewickelt ist. Durch die Bewegung der Saiten im Magnetfeld, die aus Stahl oder Nickel bestehen müssen, entstehen durch elektromagnetische Induktion (das gleiche Prinzip wie beim Fahrraddynamo) einige Dutzend Millivolt Modulationsspannung, die einem Verstärker zugeführt wird.

Bei den Tonabnehmern für elektrische Gitarren und Bässe werden die Bauformen Single Coil und Humbucker unterschieden, die sich durch zwei sehr verschiedene Klangcharakteristiken auszeichnen. Von Bedeutung für den Klang ist weiterhin die Position des Tonabnehmers. In der Nähe des Stegs entsteht ein harter, höhenreicher Klang, während ein Tonabnehmer nahe dem Gitarrenhals einen weicheren, tiefenlastigeren Ton liefert. Da E-Gitarren und E-Bässe häufig mit bis zu drei separaten Tonabnehmern bestückt sind, können diese zum gewünschten Klangbild kombiniert werden.

Man unterscheidet zwischen aktiven und passiven Tonabnehmern. Während der der "passive" Tonabnehmer wie oben beschrieben Klang in Spannung umgewandelt wird, wird das entstandene elektrische Signal im "aktiven" Tonabnehmer noch verstärkt, woraus eine höhere Ausgangsleitung resultiert. Das erfordert aber eine zusätzliche Stromquelle, weshalb man in vielen E-Gitarren, die mit einem aktiven Tonabnehmer ausgestattet sind, häufig ein Batteriefach findet.

Piezoelektrische Tonabnehmer

Piezoelectric_pickup1.jpg Tonabnehmer, befestigt am Korpus einer Konzertgitarre]] Piezoelektrische Tonabnehmer bestehen aus speziellen Kristallen oder Keramiken, die den so genannten piezoelektrischen Effekt nutzen: Mechanischer Druck (Schwingung des Klangkörpers) lässt eine elektrische Spannung entstehen.

Piezo-Tonabnehmer eignen sich für den Einsatz bei jeglichen akustischen Instrumenten. Sie werden für akustische Gitarren (Westerngitarren, Konzertgitarren), Kontrabässe, aber auch “exotischere" Zupfinstrumente, wie beispielsweise Mandolinen, eingesetzt. Auch E-Geigen verwenden in der Regel diese Abnehmer. Da kein magnetischer Effekt zugrundeliegt, funktionieren sie bei Saiteninstrumenten mit allen Saitenarten, auch mit Nylon- oder Darmsaiten.

Meistens wird der Tonabnehmer in den Steg eingebaut und zwischen Steg und Saiten geklemmt. Es existieren aber auch Varianten, bei denen der Tonabnehmer direkt auf den Korpus des Instrumentes geklebt wird. Der Wechseldruck der schwingenden Saite, der sich über den Steg auf die Decke überträgt, wird so vom Tonabnehmer in eine Wechselspannung gewandelt. Wichtig ist eine Position, von der möglichst viel Kraft der Schwingung auf den Abnehmer übertragen wird, um eine nennenswerte elektrische Spannung zu erzeugen.

Da das elektrische Signal sehr schwach ist, gehört zu einem Piezo-Tonabnehmersystem fast immer auch ein batteriebetriebener Vorverstärker, der ins Instrument eingebaut wird und meistens einen Lautstärkeregler und eine einfache Klangregelung besitzt.

Bei Piezo-Tonabnehmern wirkt sich nachteilig aus, daß der Abnehmer jegliche Schwingungen des Korpus überträgt (Klopfen/Kratzen auf dem Instrumentkörper, Hintergrundgeräusche).

MIDI-Tonabnehmer

Diese Tonabnehmer nehmen die Saitenschwingung der einzelnen Stahlsaiten einer Gitarre oder entsprechend auch eines Basses auf. Diese werden durch eine zusätzliche elektronische Einheit (A/D-Wandler) in MIDI-Signale umgewandelt (vgl. Gitarrensynthesizer).

Literatur

Helmuth Lemme: Elektrogitarren - Technik und Sound. Elektor-Verlag, Aachen 2003, ISBN 3-89576-111-7

Weblinks

Tonträger | Tontechnik

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