RAVENFORGE

Signal & Transduction Research Log

A04 — Electrical Loading of Passive Pickups

Vom Pickup-Z(f) zum realen Instrumentenausgang — wie resistive/kapazitive Lasten und die Regler-Topologie die belastete Übertragungsfunktion formen

1. Forschungsfrage — warum besitzt derselbe Pickup keinen einzigen festen „Tone“?

A03 beschrieb einen passiven Magnettonabnehmer nicht als ideale Klangquelle, sondern als induzierte Quelle mit frequenzabhängiger Anschlussimpedanz Zpu(f). Im realen Instrument ist der Pickup-Ausgang jedoch gleichzeitig mit Volume-Poti, Tone-Zweig, Kabel und dem Eingang des nächsten Geräts verbunden. Die praktische Frequenzantwort ist daher eine Eigenschaft aus Pickup plus elektrischen Randbedingungen, nicht des Pickups allein.

Die AES-131-Arbeit von Paiva & Penttinen vermass und modellierte Instrumentenkabel und zeigte, dass die Kabelkapazität die Frequenzantwort eines Magnettonabnehmer-Systems verändert; zwischen den gemessenen Kabeln betrug die größte Resonanzfrequenz-Differenz 1,4 kHz. Diese 1,4 kHz sind keine universelle Obergrenze, sondern gelten für den Kabelsatz und die Pickup-/Lastbedingungen dieser Studie [1,3].

Figure 1. Systemgrenze zwischen A03-Pickup-Modell und externer A04-Last.

Engineering-Schema. A04 endet bei passiver/Geräte-Last; Buffer-Entkopplung folgt in A05.

2. Referenzschaltung — zuerst den einfachsten Full-Volume-Fall definieren

Im A04-Referenzfall wird der Tone-Zweig weggelassen und Volume steht auf Maximum. Die induzierte Quelle Es treibt den Ausgangsknoten über die Spulen-Serienimpedanz Zs=Rs+sLs. Die äquivalente Wicklungskapazität Cp und die externe Last liegen als Shunt an diesem Knoten. Lässt sich die externe Last auf Rload und Cext reduzieren, gilt C_T=Cp+Cext und R_L=Rpot∥Rin. Diese Kapazitätssumme ist nur zulässig, wenn die betreffenden Kapazitäten effektiv vom selben elektrischen Knoten nach Masse wirken.

H(s) = Vout/Es = 1 / [ 1 + (Rs + sL) (1/RL + sCT) ]

= 1 / [ 1 + Rs/RL + s(L/RL + Rs·CT) + s²L·CT ]

Dies ist die belastete Ausgangsspannungs-Übertragungsfunktion und nicht die intrinsische Resonanz des Pickups. Sobald Tone-Netzwerk, Teilstellung des Volume-Wipers oder mehrere Pickups hinzukommen, darf das System nicht ohne Topologieprüfung auf ein skalares R_L/C_T reduziert werden; dann sind Knotenanalyse oder Schaltungssimulation angemessen.

3. Resistive Last — 250 kΩ / 500 kΩ / 1 MΩ sind Dämpfungsbedingungen

Auch bei voll geöffnetem Volume bleibt der Gesamtwiderstand des Potis als Last vom Pickup-Knoten nach Masse bestehen und liegt parallel zum Eingangswiderstand des Folgengeräts. Bei gleichem Pickup und gleicher Kapazität reduziert ein größeres R_L im Allgemeinen die Dämpfung und erhält einen höheren Resonanzpeak. „500 kΩ ist immer heller“ ist jedoch unvollständig: Peak-Lage, Peak-Höhe und Wahrnehmung hängen ebenso von Pickup-R/L/C, Kabel-/Eingangskapazität, Tone-Netzwerk und Volume-Stellung ab.

Auch der Nennwert des Potis kann deutlich vom Messwert abweichen. Bourns nennt beispielsweise ±10 % Standard-Widerstandstoleranz für Model 82 und ±20 % für Model 95 [6,7]. Für reproduzierbare Prototypen sollte daher der gemessene End-to-End-Widerstand sowie Taper/Stellung protokolliert werden und nicht nur „500 kΩ“.

Figure 2. Konzeptvergleich der resistiven Lasten 250 kΩ / 500 kΩ / 1 MΩ.

Illustrative Berechnung, keine RavenForge-Pickup-Messung. Die Poti-Werte der Legende liegen parallel zu festem Rin=1 MΩ.

4. Kapazitive Last — Kabel über Gesamtkapazität statt nur Länge verwalten

Ein Instrumentenkabel ist zwar eine verteilte Struktur, bei üblichen Instrumentenkabellängen und Audiofrequenzen ist seine elektrische Länge jedoch sehr klein; eine konzentrierte Shunt-Kapazität ist daher praktisch. Bei gleicher Konstruktion wächst die Gesamtkapazität näherungsweise mit Kapazität pro Länge × Länge, hinzu kommen Stecker, Patch-Verkabelung und Eingangskapazität. Gemessene Gesamt-pF sind damit ein direkterer Lastparameter als „3 m Kabel“.

Paiva & Penttinen fanden unter ihren Mess- und Simulationsbedingungen, dass die Kabelkapazität den Audio-Band-Effekt dominierte, während Kabelinduktivität sowie Serien-/Parallelwiderstand vernachlässigbar waren [1]. Daraus folgt nicht, dass kapazitätsarme Kabel universell überlegen sind. Geringere Kapazität verschiebt bei gleichem Pickup die belastete Resonanz tendenziell nach oben und ist damit eine Voicing-Entscheidung. Als offizielles Beispiel nennt Canare für GS-6 nominal 160 pF/m [8].

Figure 3. Konzeptueller Einfluss externer Kapazität auf die belastete Antwort.

Illustrative Berechnung mit ausschließlich verändertem Cext bei gleichem Pickup/Lastzustand. Die pF-Werte sind Testpunkte, keine Kabel-Qualitätsstufen.

5. Eingangsimpedanz — auch 1 MΩ ist nicht „unloaded“

Amp-, Pedal-, DI- und Interface-Eingänge besitzen endlichen Widerstand sowie parasitäre/Eingangskapazität. Der Eingangswiderstand belastet den Pickup resistiv; Eingangskapazität kann am selben Knoten zur Kabelkapazität addieren. Ein „1 MΩ input“ kann hochohmig sein, ist aber nicht unendlich; auch eine Messung ohne Kabel enthält Probe- und Fixture-Kapazität.

RavenForge verwendet daher „specified high-impedance / specified-capacitance fixture“ statt „unloaded“. Bei Produktvergleichen werden nach Möglichkeit Rin, Cin und Kabel-/Patch-Konfiguration dokumentiert. Wie ein Buffer die nachfolgende Kabelkapazität entkoppelt, wird in A05 formal behandelt.

6. Volume-Regler — beim Zurückdrehen ändern sich Pegel und Topologie

Wird ein konventionelles passives Volume-Poti von Maximum wegbewegt, entstehen der Widerstand Ra vom Eingang zum Wiper und Rb vom Wiper nach Masse. Kabel und Folgeeingang liegen am Wiper und bilden mit Rb ein paralleles bzw. zusammengesetztes Netzwerk; Ra wird zum Serienpfad zwischen Pickup und Ausgang. Neben der Pegelabsenkung kann dadurch die Wiper-Quellimpedanz zusammen mit der Kabelkapazität die Frequenzantwort verändern.

Audio-/Log-Taper beschreibt das Widerstands-Gesetz über den Drehwinkel, nicht eine andere Schaltungstopologie. Ein Treble-Bleed ist ein zusätzlicher frequenzabhängiger Bypass zur teilweisen Kompensation, keine universelle Rekonstruktion des Full-Volume-Verhaltens. „Volume runter = gleicher Klang, nur leiser“ ist bei einem ungepufferten hochohmigen Passivsystem im Allgemeinen falsch.

Figure 4. Unterschiedliche Lastzustände eines Volume-Potis bei Full- und Teilstellung.

Vereinfachte Topologie. Für die reale Antwort müssen Tone-Zweig und Folgeeingang einbezogen werden.

7. Tone-Regler — bei „10“ verschwindet ein Standard-Tone-Zweig nicht vollständig

Ein verbreiteter passiver Tone-Regler besteht aus variablem Widerstand Rt(θ) in Serie mit Ct nach Masse. Der Zweig lässt sich als Ztone=Rt(θ)+1/(sCt) schreiben, die Gesamtantwort muss jedoch gemeinsam mit Pickup, Volume, Kabel und Eingang berechnet werden. Bei einem Standardpoti bleibt Rt bei voll geöffnetem Tone endlich; der Zweig ist nur schwach gekoppelt. Ein No-Load-Tone-Poti ist eine andere Topologie, die den Zweig am Endanschlag physisch trennt.

Werte wie 22 nF oder 47 nF sind keine universellen Antworten für bestimmte Pickup-Typen. Derselbe Kondensator verhält sich bei anderer Pickup-Induktivität und Last anders. Auch „Modern“ vs. „50s wiring“ unterscheiden sich darin, an welchem Volume-Knoten der Tone-Zweig hängt; ihre Interaktion beim Verstellen von Volume ist daher eine Topologiefrage und kein allgemeiner Qualitätsbeweis.

Figure 5. Konzeptuelle Reglerzustände eines Standard-Passiv-Tone-Zweigs.

Der Rt–Ct-Zweig ist Teil des gesamten Gitarrennetzes. Ein No-Load-Poti wird als eigene Disconnect-Topologie behandelt.

8. Mehrere Pickups — räumliche Mischung und elektrische Interaktion trennen

Werden zwei passive Pickups gleichzeitig gewählt, überlagern sich die in A02 behandelten räumlichen Sampling-/Phaseneffekte und gleichzeitig werden ihre Quellimpedanzen und Reglernetze gekoppelt. Eine Parallelschaltung ist nicht nur die arithmetische Summe zweier Spannungen; bei Series/Parallel-Schaltung und unabhängigen V/V-Reglern kann jeder Pickup Teil der Last des anderen werden. Jeder Selector-Zustand sollte als eigener belasteter Zustand protokolliert und gemessen werden.

9. Evidenzmatrix — was darf A04 tatsächlich behaupten?

10. C02 — Messprotokoll für Pickup Loading

Literatur und Schaltungsanalyse werden erst dann zur RavenForge-Spezifikation, wenn die Effektgröße mit der realen Pickup-/Last-Kombination gemessen wurde. C02 hält Pickup-Baseline und Anregung konstant, substituiert kontrollierte Rload/Cload-Zustände und vergleicht Hloaded(f). Keine universelle „signifikant“-Schwelle vorab erfinden: zuerst Wiederholbarkeit und Messunsicherheit bestimmen, danach Effektgröße gegen das Voicing-Ziel prüfen.

Für jeden Zustand gemessenen Poti-R, Gesamt-C, Fixture-Rin/Cin und Schaltzustand protokollieren. Ist ein Peak klar definiert, fpeak, Peak-Gain und Bandbreite/Q extrahieren; andernfalls die vollständige komplexe H(f) und Fit-Residuen behalten.

Figure 6. RavenForge-Workflow zur Validierung der belasteten Antwort für C02.

Engineering-Validierung. Eine Effekt-Schwelle wird nicht vor Messunsicherheit und Modellziel festgelegt.

11. RavenForge-Anwendung — Last aus Zielantwort statt aus Konvention ableiten

EDDA sollte im passiven Baseline-Design nicht mit einem Rezept wie „Vintage = 250 kΩ“ beginnen. Zuerst Pickup-Z(f), Zielantwort und Referenz-Kabel/Input definieren, danach Poti-/Kondensator-Topologie wählen. Heritage bedeutet zu entscheiden, welches historische Systemverhalten erhalten werden soll, nicht Nennwerte blind zu kopieren.

Wenn EMBLA/ASKR hinter einem passiven Pickup einen onboard Buffer/Preamp einsetzen, kann die unmittelbar vom Pickup gesehene Eingangslast noch als A04-Metadatum geführt werden; Buffer-Ausgangsimpedanz und Entkopplung des nachfolgenden Kabels gehören zu A05. Aktuelle powered EMG/Fishman-Architekturen werden nicht direkt mit dem hier verwendeten klassischen Passiv-Loading-Modell gerankt.

12. Aktuelles Fazit — der Ausgang eines passiven Pickups ist eine System-Eigenschaft aus Pickup + Last

A04 verwirft 250 kΩ, 500 kΩ, 1 MΩ, Kabellänge oder „High-Z“ als selbständige Klangadjektive. In der Referenz-Topologie bestimmt die resistive Last Dämpfung und Peak-Höhe, während die kapazitive Last zusammen mit der Induktivität die Resonanzlage verschiebt. Bei Teil-Volume, Tone-Netzwerk oder mehreren Pickups ändert sich die Topologie selbst und muss im realen Schaltzustand modelliert oder gemessen werden.

13. Nächste Forschung — Übergabe an C01 / C02 / A05

Literatur

[1] Cauduro Dias De Paiva, R.; Penttinen, H. “Cable Matters: Instrument Cables Affect the Frequency Response of Electric Guitars.” 131st Convention of the Audio Engineering Society, Paper 8466, pp. 1–10 (2011). Aalto research portal classifies the conference publication as scientific / peer-review.

[2] Paiva, R. C. D.; Pakarinen, J.; Välimäki, V. “Acoustics and Modeling of Pickups.” Journal of the Audio Engineering Society 60(10), 768–782 (2012).

[3] Paiva, R. C. D. Circuit Modeling Studies Related to Guitars and Audio Processing. Aalto University doctoral dissertation (2013). Includes Publication II: Paiva & Penttinen (2011). ISBN 978-952-60-5388-2.

[4] Lemme, H. Electric Guitar: Sound Secrets and Technology. Elektor International Media, 2012. Technical monograph; not treated as peer-reviewed journal evidence.

[5] Lemme, H. E. W. “The Secrets of Electric Guitar Pickups.” Technical article / measurement notes, BuildYourGuitar resource; accessed 2026-09. Used for circuit/measurement practice, not as peer-reviewed evidence.

[6] Bourns. Model 82 Vintage Guitar Potentiometer product data: 250 kΩ / 500 kΩ range, standard resistance tolerance ±10%. Official manufacturer datasheet/product page.

[7] Bourns. Model 95 Premium Guitar Potentiometer datasheet: 25 kΩ, 50 kΩ, 250 kΩ, 300 kΩ, 500 kΩ values; total resistance tolerance ±20%. Official manufacturer datasheet.

[8] Canare. GS-6 Guitar / Instrument Cable official specifications: nominal capacitance 160 pF/m. Used only as an example of manufacturer-declared capacitance-per-length, not a universal cable value.

[R1] RavenForge / Signal & Transduction Research Log A03. “Magnetic Pickups as RLC Systems.” Figure-corrected revision, 2026.09.09.

[R2] RavenForge / Signal & Transduction Research Log A02. “Pickup Position and Harmonic Sampling.” Verified revision, 2026.09.06.

[R3] RavenForge / Design Methodology Research Log B02. “Voicing Before Specification.” 2026.09.08.