5.4 Tonabnehmer-Magnetfeld

© M. Zollner 2002

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5.4.3 Das magnetische Wechselfeld

Der Tonabnehmermagnet erzeugt im Luftraum einen statischen Magnetfluss (Gleichfluss),

der vom Nordpol zum Südpol fließt. Schwingt die Saite vor der Polplatte des Tonabnehmers,

so ändert sich dieser Gleichfluss, was als Überlagerung eines Gleich- und eines Wechsel-

feldes aufgefasst werden kann. Zumindest in Luft als linearem System ist diese Überlagerung

zulässig. Der Magnet ist zwar ein nichtlineares System, jedoch sind die relativen

Flussänderungen so klein (1%), dass in guter Näherung linearisiert werden kann. Diese

Überlagerung darf aber nicht so missverstanden werden, dass sich die räumlichen Bahnen von

Gleich- und Wechselfluss entsprechen! Quelle des

Gleichflusses

ist der Magnet; seine beiden

Pole liegen 1 – 2 cm weit auseinander, was eine relativ große Flussbahn ergibt. Quelle des

Wechselflusses

ist im Wesentlichen der durch die Schwingung veränderliche Luftwiderstand

vor der Polplatte; da hier die Abmessungen deutlich geringer sind, ist auch die Ausdehnung

des Wechselflusses auf kleinere Bereiche begrenzt. (Streng genommen dehnen sich natürlich

beide Flüsse unendlich weit aus – gemeint sind hier die relevanten Feldbereiche). Sowohl

Magnet als auch Saite bestehen aus ferromagnetischem Material; deshalb ist bei der statischen

Berechnung die Hysterese und bei der dynamischen Berechnung die reversible Permeabilität

zu berücksichtigen.

Einen ersten Einblick in die räumliche Verteilung des Wechselflusses vermittelt

Abb. 5.4.13:

Als Abszisse ist hier der Wechselfluss durch einen Zylindermagnet (5

x

18) dargestellt, vor

dessen Polplatte eine Stahlsaite sinusförmig schwingt. Die Distanz zwischen Saite und Pol-

platte beträgt 2 mm, die Auslenkungsamplitude 0,15 mm, die Anregungsfrequenz ist 85 Hz.

Gemessen wird der Wechselfluss mit einer kleinen Spule (25 Wdg. 80

m CuL), deren Win-

dungen dicht um den Magnet gewickelt sind. Als Ordinate ist in Abb. 5.4.13 der Abstand die-

ser Spule von der saitenseitigen Polplatte aufgetragen. Wie man sieht, nimmt das Wechselfeld

längs der Magnetachse sehr schnell ab: Weniger als 2% des in die saitenseitige Polplatte ein-

strömenden Wechselfeldes kommen am entgegengesetzten Ende an; der Rest hat 'unterwegs'

den Magnet durch den Zylindermantel verlassen. (

Einströmen

gilt während einer Halbwelle –

während der anderen kehren sich alle Flussrichtungen im Wechselfeld um).

Es ist offensichtlich, dass für eine derartige Feldgeometrie das

Induktionsgesetz

mit Vorsicht

angewandt werden muss. Nicht jede Windung einer um die ganze Magnetlänge gewickelten

Tonabnehmerspule wird vom selben Wechselfluss durchströmt! Die der Saite abgewandten

Windungen tragen zur induzierten Spannung nur mehr wenig bei, wirkungslos sind sie aber

trotzdem nicht: Jede zusätzliche Windung erhöht die Spuleninduktivität, und senkt (bei sonst

gleichen Parametern) die Tonabnehmer-Resonanzfrequenz.

Das linke Bild von Abb. 5.4.13 zeigt schematisch die Flussbahnen für eine Stratocaster-Spule.

Der Gleich

fluss durchströmt idealisiert

♣

die ganze Spule, trägt zur induzierten Spannung aber

nichts bei. Der größte Teil des Wechsel

flusses verlässt schon auf den ersten Millimetern

wieder den Magnet und erreicht gar nicht erst die Wicklung – eigentlich erstaunlich ange-

sichts der Tatsache, dass dieser Tonabnehmer als 'heiliger Gral' der Elektrogitarren gehandelt

wird. Eine hohe

Effizienz

ist bei der mechanoelektrischen Übertragung aber nicht das allei-

nige Entwicklungsziel: Der Jazzmaster-Tonabnehmer hatte mit seiner großen, flachen Spule

einen höheren Wirkungsgrad, wurde wegen seines andersartigen Resonanzverhaltens aber

weitgehend abgelehnt.

♣

Der statische

Streufluss ist nicht unerheblich, siehe Kap. 5.10.7, trägt zur Spannung aber auch nichts bei.