Richtig Summieren

  • Hallo zusammen,


    der Hintergrund, der mich zu diesem Thread angetrieben hat ist, dass ich ein Piezo Tremolo für die E-Gitarre habe, allerdings ohne Elektronik. Dies besteht aus 6 einzelnen Piezos, die ich ja irgendwie zusammen führen muss, nur wie? Klar ist, dass es etwas Aktives sein muss, also an die Arbeit!


    Da sind mir spontan 2 Dinge eingefallen:


    1) Einfach alle "heißen" Enden der Piezos zusammen und dann an einen nichtinvertierenden Impedanzwandler ran (linker Block)

    2) Oder aber jeden Piezo als separaten Eingang an einen richtigen summierenden / invertierenden Impedanzwandler (rechter Block)



    Die 6 Spannungsquellen sollen die Piezos sein, jeweils 1V aber mit unterschiedlichen Frequenzen.

    Die 1 MEG Widerstände sollen den Ausgangswiderstand der Piezos veranschaulichen.

    Die Schalter sollen unterschiedliche Anschläge simulieren (nur eine Saite oder alle 6)


    Klar ist, dass der linke Output deutlich leiser ist, als der rechte. Rechts werden gleichartige Signale addiert, links hingegen nicht. Um die Phasenlage zwischen den beiden Varianten auszugleichen und die Lautstärke zu kompensieren habe ich einen zweiten inv. OP angefügt und R34 so angepasst, dass beim Anschlag aller 6 Saiten die linke und die rechte Seite das selbe Ausgangssignal haben. Nun klingen also beide Seiten gleich. Hier die beiden Outputs beider Seiten mit allen 6 Saiten:



    Nun kommt der "Schalter" ins Spiel, d.h. es wird nur die "tiefe E-Saite" angeschlagen. Und das Ergebnis:



    Auf einmal ist die linke Seite um den Faktor 5 größer! Das sind schlappe 14 dB! Also extrem lauter.

    Das hat übrigens nichts mit dem Ausgangswiderstand der Piezos zu tun. Wenn ich den invertierenden OP hochohmiger beschalte, also z.B. mit 10 MEG, dann habe ich immer noch dieses Phänomen.


    Muss man daraus folgern, dass der invertierende Impedanzwandler für diese Anwendung nichts taugt? Oder ist es eher so, dass das Gitarre spielen mit dem rechten Konstrukt wesentlich dynamischer reagiert als das linke?


    Ich bin etwas ratlos?


    Gruß

    Oli

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    Edited 2 times, last by Oli ().

  • Hi Schabe,


    beim linke teilste ja die Spannung auf nen sechstel wenn die annere Pizzas mit dranhänge

    Das verstehe ich nicht. Wieso?


    Gruß

    Oli

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  • Hi Oli,

    vielleicht folgende Bemerkungen, da ich eine (billige) Piezo Bridge in einer Gitarre habe:

    1. Es ist auf jeden Fall eine sehr starke Bereicherung der klanglichen Möglichkeiten!

    2. Bei meiner Billigvariante sind die Einzelpiezos einfach parallel zusammengeschaltet, ich glaube ohne Widerstand dazwischen und das geht passiv an eine ganz normale Les-Paul-Poti Schaltung mit einem Umschalter für den Bridge PU. Man muss nur beim Mischen den Neck PU zurückdrehen, weil dessen Impedanz dann doch zu klein wäre.

    3. Der eigentliche Haken ist, dass die Lautstärke der Einzelpiezos sehr stark variieren. Daraus wollte ich die Empfehlung geben R19...R23 individuell abzustimmen.

    4. Es gibt echte Piezo-Vorverstärker für akustische Gitarren, die haben sehr ausgeprägte Filter. Z.B., habe nur kurz gegoogelt: 1977 Ovation Preamp Schematic - freestompboxes.org Wenn man schon den Aufwand betreibt, dann kann man darüber nachdenken.

    5 M.E. ist der zweite Opamp nicht nötig, da Du die Verstärkung auch über R24 einstellen kannst und die Phasenlage keine Bedeutung hat oder eine unklare.


    Zu Deiner Frage: Die anderen Piezos belasten mit ihrer Ausgangsimpedanz, die dann als Eingangsimpedanz fungiert, den gerade aktiven.


    Gruß Christof


    Edit: Die sieht auch gut aus: Ovation OP-X Pre-Amp Schematic (ovationtribute.com)

  • Hi Christof,


    danke für die Antwort. Das war mir gar nicht klar, in wie fern die Ausgangsimpedanzen der anderen nicht benutzten Piezos den Pegel herunterziehen können. Jetzt ist mir klarer, was immer gemeint ist mit virtueller Masse und der Nichtbeeinflussung der einzelnen Signale.


    Sind meine Schlussfolgerungen daraus richtig?

    1) Die Phantomspeisung (z.B. Mischput ans Mikro) funktioniert nur, weil die DC Spannung so hochohmig ist.

    2) EIne AC Überlagerung einer stabilisierten Gleichspannung ist nur extrem schwer möglich, da diese so niederohmig ist.


    Zurück zum Piezo. Selbst bei den teuren Piezos (Ghost von Graphtech) werden einfach die Piezos parallelisiert. Bei mir ist es in der Tat so, dass 2 der 6 Piezos einen deutlich höheren Pegel haben. Da ist die Geschichte mit dem invertierenden Verstärker schon gut. Gibt es eigentlich ein Limit für die Widerstände R18 bis R23, wo man sagt, z.B. größer 1M sollte man nicht gehen? (Den zweiten OP habe ich nur für LT Spice eingesetzt, um die beiden Signale überlagern zu können..)


    Der Frequenzgang an sich ist eigentlich ganz o.k. . Da ist es glaube ich einfacher nur einen Impedanzwandler einzusetzen und das Signal hinterher mit einem EQ zum Beispiel eines vernünftigem Akustikgitarrenpreamp (Boss AD-10 o.ä.) anzupassen. Oder spielst Du den Piezo über den E-Gitarrenverstärker?


    Bzgl. Frequenzgang: Ich habe mal mein neues LCR UT612 eingesetzt und die Impedanz eines Scheibenpiezos, den man für wenig Geld bei ebay findet, gemessen.

    100Hz: 8,4 MOhm

    120 Hz: 7,3 MOhm

    1kHz: 820 kOhm

    10kHz: 50 Ohm (da kann man den Piezo sogar summen hören...)

    100 kHz: 4 Ohm

    Kann man daraus auf den Frequenzgang schließen?


    Gruß

    Oli

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  • Hallo zusammen,


    da fällt mir noch ein:


    Wenn man die Piezos einfach parallel schaltet, dann belasten die sich gegenseitig doch nicht nur ohm-mäßig, sondern auch kapazitiv, d.h. es werden dadurch Höhen verloren gehen. Sehe ich das richtig?


    Gruß

    Oli

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  • Hallo Oli ,


    ein theoretischer Einwurf:


    Als Modell verwendet man bei einem Piezo m.W. eine Spannungsquelle (diese theoretisch mit Innenwiderstand null) und einem Ausgangskondensator (mit deinen Werten knapp 200pF).


    Der Grund, die Piezos parallelzuschalten, ist der Eingangswiderstand der folgenden Stufe -- wenn man sechs Piezos parallelschaltet, kommt man auf eine Quellimpedanz von gut einem Nanofarad und kommt mit einem Eingangswiderstand 10 MOhm hin (-3dB-Frequenz wären dann 16Hz).


    Danach käme dann irgendeine JFET/DMOS-Stufe -- zum einen, weil der Eingangswiderstand ausreichend groß ist, zum anderen, weil man eingangsseitig keine Gleichspannung braucht -- die Schaltung kann dann quasi hinten, also über Phantomspeisung o.ä. gespeist werden.


    Gruß


    Torsten

  • Das siehst du richtig.

    Aber du solltest auch die Frequenzgangcharakteristik der Ausgangsspannung eines einzelnen Piezos kennen/betrachten.

    Die haben nämlich "Eierschneiderqualitäten".

    Deshalb muß diese Höhenlastigkeit meist im Preamp gezähmt werden.

    Siehe dazu auch meinen "Untersuchungsbericht" zum Ovation Piezo Pre hier im Forum von 2008.


    Gruß, Bernd

  • Hallo zusammen,


    also wenn ich das richtig verstehe, dann klauen sich die Piezos durch die einzelnen Ausgangskondensatoren zwar die Höhen, was aber ja nicht unerwünscht ist, aber man gewinnt dadurch, dass sich die "Quellimpedanz" erhöht mehr Bässe.


    Im Umkehrschluss bedeutet das aber, dass ich die Piezos nicht einfach an den invertierenden Verstärker ran hängen kann. Der hat bei mir ja nur 500k Eingangswiderstand. Das wären dann bei 200pF und 500k eine untere Grenzfrequenz von rund 1,6kHz!


    Deshalb wird meine obige Frage um so wichtiger:

    Gibt es eigentlich ein Limit für die Widerstände R18 bis R23, wo man sagt, z.B. größer 1M sollte man nicht gehen?


    Gruß

    Oli


    PS: Wie hast Du die 200pF ausgerechnet?

    PPS: Ist also der kapazitive Blindwiderstand, den Du verwendet hast, oder? Für 10kHz hätte dann mein Piezo rund 330nF.

    PPPS: Deine Ausführungen zum Ovation Preamp habe ich mir reingezogen - hochinteressant. Ich frage mich aber, warum der Eingangswiderstand des Preamps unnötig gering ist. Das kostet doch Bässe und ggf. sogar Mitten. Das Hauptproblem ist aber bei mir, glaube ich, dass es 6 "unterschiedliche" Piezis sind, die da gemischt werden müssen....ich zeichne mal weiter....

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  • Hi zusammen,


    wie wäre es so?



    Habe jetzt für die Piezos eine Spannungsquelle mit 220p Ausgangskapazität und 1M Ausgangsimpedanz genommen.

    Mit U1 bis U6 gleiche ich die Lautstärke an.

    R1 dient dazu um etwaige Gleichspannung von den Piezos fern zu halten. Habe gelesen, dass Piezos auf eine Vorspannung sehr allergisch reagieren.


    Was denkt Ihr?


    Gruß

    Oli

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  • Hi Torsten,

    bei meinem PU nimmt ein Piezo wirklich nur eine Saite ab, die sind ganz sicher keine gemeinsame Quelle.

    Und wie gesagt, die kommen verblüffend gut klar mit Standardpotis und einem Standardeingang 1 Meg, wenn man die mit nem Humbugger mischt, dann liefern die knackige Anschlagdynamik und ungeahnte Höhen dazu.

    Was sie nicht mögen, ist wenn das Tone-Poti per C kurzschließt.

    Gruß Christof

  • HiChristof,


    ich habe jetzt mal 4 Varianten gezeichnet.



    Welche würdest Du bevorzugen?


    Gruß

    Oli

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  • Hi Oli,

    Bei 1 kannst Du die Pegel nicht vernünftig einstellen.

    4 ist aufwändig und verbraucht viel Strom. Ich liebe das simple.

    Da Einzelkondensatoren keinen Vorteil bringen (?), würde ich 2 ausprobieren.


    Allerdings würde ich schon die Filterung möglichst in der Gitarre haben wollen, damit alles über 1 Kabel gehen kann und dort umschaltbar ist.


    In der praktischen Realität, ist bei meiner Gitarre bisher weder ein Preamp noch ein Filter drin, zu wenig Leidensdruck...

    Gruß Christof

  • Hi Torsten,

    bei meinem PU nimmt ein Piezo wirklich nur eine Saite ab, die sind ganz sicher keine gemeinsame Quelle.

    Und wie gesagt, die kommen verblüffend gut klar mit Standardpotis und einem Standardeingang 1 Meg, wenn man die mit nem Humbugger mischt, dann liefern die knackige Anschlagdynamik und ungeahnte Höhen dazu.

    Was sie nicht mögen, ist wenn das Tone-Poti per C kurzschließt.

    Gruß Christof

    Hallo Christof,


    das widerspricht doch nicht dem, was ich gesagt habe -- jeder Piezo "sieht" einen kapazitiven Spannungsteiler aus seiner Piezo-Kapazität gegen die parallelgeschalteten fünf Piezo-Kapazitäten und der Volumenregler "sieht" zur Signalquelle hin die sechs Piezo-Kapazitäten.


    Das heißt, es entsteht ein Hochpass Piezos gegen Volumenregler; d.h. ein Hochpass der sechs parallelen Piezo-Kapazitäten gegen ein paar hundert Kiloohm (z.B., wenn der Volumenregler "halb" augedreht ist, die obere Hälfte des Volumenreglers [235k] plus die untere Hälfte parallel dem Standardeingang [235k||1Meg macht knapp 200k). Wenn der eine -3dB-Frequenz von 300Hz hat (mit den gegebenen Werten kommt das hin), dann muss das, als Ergänzung zum Hals-PU, auch nicht schlecht oder dünn klingen.


    Der Kondensator am Höhenregler schließt natürlich die Piezo kurz.


    Gruß


    Torsten

  • PS: Wie hast Du die 200pF ausgerechnet?

    PPS: Ist also der kapazitive Blindwiderstand, den Du verwendet hast, oder? Für 10kHz hätte dann mein Piezo rund 330nF.


    Hallo Olli,


    das zweite verstehe ich nicht.

    Ich habe für die tiefen Frequenzen unter der Annahme des Modells gerechnet

    C = 1/(2*PI()*f*X_C); z.B. 100Hz und 8,4Meg:


    C [µF] = 1/(630*8,4Meg) = 0,000189µF macht knapp 200pF.


    Es fällt natürlich auf, dass die Impedanzen bei höheren Frequenzen (größer 1kHz) plötzlich kleiner werden, was vermuten lässt, dass zum einen das einfache Modell den Piezo nicht vollständig beschreibt und das es zum anderen ein klangliches Problem in den Höhen geben könnte, wie Bernd das angedeutet hat.


    Zurück zu deiner Schaltung: Wenn du die Piezos parallelschaltest, addieren sich die Kapazitäten, dann erreicht man mit einem Eingangswiderstand von 1Meg eine untere -3dB-Frequenz von etwa 140 Hz, das kann sogar sinnvoller sein, die Bässe ein wenig zu reduzieren.


    Wenn du die Pickups einzeln verstärkst, hat du wieder die sechsmal kleineren Einzelkapazitäten und musst natürlich die Widerstände auf das 6-fache erhöhen.


    Ich würde mich auch für Schaltung 1 entscheiden -- wenn die Piezos Gleichspannung nicht mögen, ist ein Pulldown am Eingang sinnvoll.


    Wird aber vermutlich eine ziemliche Friemelei, das einzustellen.


    Gruß


    Torsten

  • Hi Torsten,


    also ich habe es jetzt so gemacht:



    Der Sound war anfangs extrem basslastig und die E und G Saite waren viel zu laut.


    Mit R2 und R3 konnte ich die Lautstärke der einzelnen Piezos ausreichend gut ausgleichen, und das Experimentieren mit R1 führte zur gewünschten Bassreduktion. Sound war aber immer noch wie kastriert, d.h. keine Mitten. Die habe ich dann mittels dem EQ vom Boss AD-10 bei 2,5kHz fast voll reingedreht, minimal etwas Höhen dazu und dann ging die Sonne auf.


    Da sieht man mal, wie unterschiedlich die Piezos sind. Der Ovation Preamp, der einen Notchfilter für die Mitten hat, die Bässe anhebt und die Höhen absenkt, wäre genau das Gegenteil von dem, was ich gebraucht habe.


    Bzgl. der Berechnung - habe auch die Formel genommen. Die gilt ja für fast alles, Grenzfrequenz Hochpass, Tiefpass, kapazitiver Blindwiderstand...

    Allerdings sind meine Messergebnisse vom Scheibenpiezo, nicht von denen im Tremolo. Also ich den Scheibenpiezo surren gehört habe, hatte ich Angst mit der Messung meine Tremolopiezos zu beschädigen....oder ist die Angst unbegründet?


    Als nächsten Schritt müsste ich jetzt so einen EQ bauen und den fest in der Gitarre unterbringen. Allerdings habe ich da keine vernünftige, d.h. relativ wenig Aufwand, zumindest 3 effektive Bänder, Schaltung dazu gefunden. Ob das dann funktioniert ist dann auch noch so eine Sache, das könnte ich aber zur Not simulieren.


    Gruß

    Oli

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  • Hallo zusammen,


    kennt jemand eine einfache(re) Schaltung, die nur die Mitten anhebt? Am besten mit einstellbarer Frequenz.


    Gruß

    Oli

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  • So, was haltet Ihr von dieser Möglichkeit?



    Nach der Eingangsstufe kommt der Barcus Berry Preamp, der die Höhen und Bässe "shelfmäßig" anhebt oder absenkt. Danach habe ich eine Gyrator Schaltung mit vollparametrischen Mitten rangehängt - nach dem Motto "Schiebe bis passt".



    So sieht dann der Frequenzgang des Gyrators aus....


    Gruß

    Oli

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