G&B-Classics: Single Coil – Die Fender Pickups

Die rudimentärste aller Pickup-Bauformen ist der Fender-Stratocaster-Pickup. Der Single Coil beweist: In der Einfachheit liegt halt oft die Genialität!

Beim Single Coil werden zwei Flansche aus Vulkanfiber (Ober- und Unterteil) mit sechs zylinderförmigen Magneten verbunden. Um den so entstandenen Wickelkörper wird hauchdünner, isolierter Kupferdraht gewickelt – und fertig ist der Tonabnehmer! 1954 wurde die Fender Stratocaster vorgestellt, die mit drei baugleichen, einspuligen (Single Coil-)Pickups ausgestattet war. Dieser Strat-Pickup wurde im Laufe der Jahre mehrfach verändert. Manche dieser Modifikationen – siehe die folgende Tabelle! – wirken sich auf den Klang aus, andere nicht.

Die Tabelle zeigt zwar schön, wann der Strat-Pickup welche Veränderung erfahren hat, aber sie erläutert nicht die Material-Details. Was z. B. ist Vulkanfiber? Vulkanfiber wird aus einer Mischung aus Baumwolle und Zellstoff hergestellt, indem der Rohstoff permanent durch eine Pergamentierlösung gezogen wird. Dadurch wird die Oberfläche der Fasern angelöst, und mithilfe von Wärme und Druck entstehen die Vulkanfiberplatten, die sehr gut mechanisch bearbeitet werden können.

Vulkanfiber kann gebohrt, gefräst und gestanzt werden; der Werkstoff ist elastisch, sodass die mit Druck eingepressten Magnete sehr fest sitzen, ohne dass die Vulkanfiberplatte reißt – es ist der optimale Werkstoff für den Bau eines Single-Coil-Pickups. Fender hat sowohl schwarze als auch graue Vulkanfiberplatten verbaut, was technisch zwar ohne Bedeutung ist, aber sehr hilfreich, wenn es um die Datierung alter Pickups geht. In den 1980er-Jahren ist Fender dann auf Spulenkörper aus Kunststoff-Spritzguss umgestiegen, davon ausgenommen waren die Vintage-Reissue-Modelle, die ab 1981 aufgelegt wurden.

Wie oben erwähnt, bilden die beiden Vulkanfiberplatten mit sechs Zylindermagneten den Wickel- oder Spulenkörper. Dieser wird übrigens noch vor dem Wickeln in Klarlack getaucht, um ihn zu stabilisieren. Die Magnete bestehen aus einer Aluminium-Nickel-Cobalt-Legierung, besser bekannt unter der Bezeichnung AlNiCo. AlNiCo-Legierungen gibt es viele, z. B. AlNiCo II, AlNiCo III, AlNiCo V und davon auch noch verschiedene Rezepturen; Fender hat für seine Strat-Pickups eine AlNiCo-V-Legierung benutzt. Die Originalmagnete wurden in einer Sandform gegossen (sandcast) und anschließend auf den üblichen Durchmesser von 3/16“ (4,7625 mm) und auf die gewünschte Länge geschliffen.

Da AlNiCo V ein anisotroper Magnet ist, kann er nur in einer sogenannten Vorzugsrichtung magnetisiert werden. Diese Vorzugsrichtung wird bereits während des Produktionsprozesses, genauer gesagt: während der Wärmebehandlung, festgelegt. Normalerweise werden die noch unmagnetisierten Zylinderstifte zum Spulenkörper verbaut und erst der fertig gewickelte Tonabnehmer dann komplett aufmagnetisiert.

Die Magnetpolung, also: ob Nord oder Süd nach oben zeigt, spielt zwar klanglich keine Rolle, bestimmt aber – zusammen mit der Wickelrichtung – die Phase des Pickups. Das wird dann wichtig, wenn zwei Pickups auf einem Instrument gleichzeitig aktiv sind. Es kommt nämlich zu Frequenz-Auslöschungen (out-of-phase), wenn die Phase der beiden Tonabnehmer unterschiedlich ist, z. B. wenn beide Tonabnehmer rechts herum gewickelt sind, aber bei einem Pickup der Nordpol und beim anderen der Südpol nach oben zeigt. Das Resultat ist ein dünner, leiser Klang. Wie in der Tabelle ersichtlich, hat Fender die Strat-Pickups in den ersten Jahren mit dem Nordpol und später mit dem Südpol nach oben magnetisiert.

Obwohl Fender mit dem Plain-Enamel-Draht vertraut war und alle Telecaster-Pickups Anfang der 50er-Jahre damit wickelte (also noch bevor die Stratocaster das Licht der Welt erblickte), wurden die Strat-Pickups von Anfang an (1954) bis Anfang 1964 mit dem sogenannten Heavy-Formvar-Draht gewickelt. Im März 1964 stellte Fender dann um und wickelte von nun an auch die Strat-Pickups mit Plain-Enamel-Draht.

Äußerlich sind diese beiden Wickeldrähte sehr leicht an der Farbe ihrer Isolierung zu unterscheiden, die ja auch Namensgeber ist. Unter der Isolierschicht sind beide Drähte gleich: ein dünner Kupferdraht der Stärke 42, das entspricht einem Durchmesser von 0,063 mm, also etwa der Dicke eines menschlichen Haares. Der Formvar-Draht hat eine goldgelbe Farbe und die Isolierschicht wird auf der Basis von Polyvinylformal hergestellt.

Formvar-Draht ist besonders strapazierfähig (mechanisch, chemisch, Temperatur) und eigentlich für den Tonabnehmerbau überdimensioniert. Die Isolierschicht des Plain-Enamel-Drahtes wird aus Ölen und Harzen hergestellt und hat eine hell- bis dunkelbraune Farbe, die auch violett schimmern kann. Hier ist Vorsicht geboten, denn auch die modernen Polyurethan-Drahtlacke (das sind die durchsichtigen Lacke, die den Kupferdraht in seiner natürlichen Farbe durchscheinen lassen) werden eingefärbt, um den Anschein einer Plain-Enamel-Isolierung zu erwecken. In den 1980er-Jahren wechselt Fender dann zu einem Wickeldraht mit moderner Polysol- oder Polyurethan-Isolierung.

Sicher haben einige bereits die magische Zahl in der Tabelle vermisst, die die Anzahl der Windungen verrät. Nein, das ist kein Geheimnis, sondern die Anzahl der Windungen war zu unterschiedlich, als dass sie für eine bestimmte Periode genau angegeben werden könnte. Man kann sagen, dass die mit Formvar-Draht gewickelten Pickups der 50er-Jahre ca. 8000 Windungen hatten.

Seymour Duncan hat mal eine Tabelle veröffentlicht, in der er die Pickup-Daten pro Herstellungsjahr zusammengestellt hat. Die Formvar-Spule mit den wenigsten Windungen, die ihm untergekommen ist, gab er mit 7844 an. (Wobei ich nicht sagen kann, ob das ein Durchschnittswert für das Herstellungsjahr war, oder die Daten genau eines Pickups.) Anfang der 1960er-Jahre hatten die Strat-Pickups etwas mehr Windungen; der Durchschnitt lag etwa bei 8300. Der Pickup aus dieser Zeit mit der höchsten Wicklungszahl, den ich je repariert habe, hatte 8870 Windungen. Erst ab 1965, nachdem Fender von Handwicklung auf Maschinenwicklung umgestellt hatte, lagen die Wicklungszahlen konstant bei ca. 7650 Windungen.

Der Gleichstromwiderstand der Strat-Pickups taucht ebenfalls nicht in der Tabelle auf, weil er zu stark variiert. Das liegt natürlich daran, dass die Pickups mit derart unterschiedlichen Wicklungszahlen hergestellt wurden, dass im Extremfall schon mal eine Differenz von mehr als 1000 Windungen vorkommen konnte. Ich habe alte Strat-Pickups gemessen, die Werte zwischen 5,6 und 6,5 kΩ hatten.

Single Coil Wicklung

Ein heiß diskutiertes Thema ist die Art der Wicklung: Handwicklung gegenüber Maschinenwicklung. Da die frühen, handgewickelten Strat-Pickups im Durchschnitt eine deutlich höhere Windungszahl als die maschinengewickelten Pickups ab 1965 hatten, ist es nicht korrekt, hörbare Klangunterschiede allein auf die Wickelmethode zurückzuführen.

Aber was ist nun der Unterschied zwischen den beiden Wickelmethoden? Eine professionelle Wickelmaschine kann so eingestellt werden, dass sie eine Windung sauber neben die nächste Windung legt. Bei von Hand geführten Drähten ist dieses exakte Arbeiten nicht möglich; auch wenn man sich noch so viel Mühe gibt, werden die einzelnen Windungen nicht eng nebeneinander liegen und die Spule wird immer etwas unförmig aussehen, z. B. mit einem Bauch in der Mitte. Diese unregelmäßige, „streuende“ Wickelmethode benötigt etwas mehr Wickelraum und Draht als die exakte Maschinenwicklung und wird in Fachkreisen „scatter-winding“ genannt. Und warum schwören Gitarristen auf handgewickelte Tonabnehmer?

Was ist hier anders als bei maschinengewickelten Tonabnehmern? Es ist die höhere Spulenkapazität bei Letzteren, die eine niedrigere Resonanzfrequenz zur Folge hat und somit einen weniger hellen Klang. Wie ist das zu erklären? Warum hat die technisch gleichmäßiger und besser gebaute Spule klangliche Nachteile gegenüber der von Hand gewickelten? Zwei nebeneinander liegende Drahtwindungen in einer Spule wirken wie ein kleiner Kondensator, d. h. der Wert dieses „Kondensators“ hängt davon ab, wie weit die beiden Windungen auseinander liegen und davon, welches Medium (Isolator) sich zwischen diesen beiden Windungen befindet.

Je größer der Abstand der beiden Windungen, desto geringer ist die kapazitive Wirkung (bei unregelmäßiger Handwicklung); je kleiner die Dielektrizitätskonstante des Materials zwischen den Windungen, desto kleiner ist die kapazitive Wirkung. Die Dielektrizitätskonstante von Wachs ist beispielsweise etwa doppelt so groß wie die von Luft. So kann bei dem hell klingenden Strat-Pickup das Eingießen mit Wachs problemlos in Kauf genommen werden, während man bei einem seriell verdrahteten Humbucker mit niedrigerer Resonanzfrequenz aus guten Gründen auf das Wachsbad verzichten kann.

Trotzdem möchte ich die Bedeutung dieser Kapazitäten an dieser Stelle relativieren: Man kann den Unterschied zwischen hand- und maschinegewickelten Pickups und den zwischen eingegossenen und nicht eingegossenen Pickups hören und messen, aber dieser Unterschied fällt im Verhältnis zu der Kapazitäts-Beeinflussung durch Gitarrenkabel und Gitarrenelektronik sehr klein aus. Bleiben schließlich noch die beiden Anschlusskabel: Diese bestehen bei Strat-Pickups der ersten 15 Jahre aus einem siebenadrigen Kupfer-Kabel der Stärke AWG 22, was einem Blankdraht-Durchmesser von 0,644 mm entspricht; der Außendurchmesser inklusive Baumwollisolierung liegt etwa bei 1,8 mm.

Jede der sieben Adern ist einzeln verzinnt und hat einen Durchmesser von 0,25 mm, was der amerikanischen Stärke 30 entspricht. Der Außenmantel des Kabels besteht aus zwei Baumwollgeflechten: eine innere weiße Schicht und eine äußere farbige Schicht. Für den Spulenanfang wird ein Kabel mit einer dunklen Isolierung verwendet, meist schwarz, aber auch blau oder grün, und für das Spulenende ein Kabel mit einer hellen Isolierung, meist weiß, aber auch gelb.

Weil dieses Kabel nicht abisoliert werden muss, sondern einfach das Baumwollgeflecht zurückgeschoben wird, um den Draht freizulegen, heißt dieses Kabel: „cotton-braided-push-back-wire“ –der mit Abstand coolste Name aller Pickup-Bauteile! (Übrigens werden heute meist baumwollummantelte Kabel verwendet, bei denen alle sieben Adern zu einem festen Strang verzinnt sind; diese lassen sich etwas leichter verarbeiten.) Ab ca. 1969 wird die altmodisch erscheinende Baumwollisolierung gegen eine dünnere Kunststoffvariante getauscht. Die neuen Kabel haben zwar noch die gleichen Kupferdrähte, nämlich AWG 22, bestehend aus siebenadrigem AWG 30, aber der kunststoffummantelte Draht hat nur noch einen Außendurchmesser von ca. 1,25 mm. Die Farben der Drähte sind weiterhin schwarz für den Spulenanfang und weiß oder gelb für das Spulenende. Spulenanfang und -ende werden durch eine vernickelte Lötöse aus Messing gefädelt und mit dem entsprechenden Kabel verlötet.

Fender Telecaster-Pickups

Die Telecaster-Pickups sind zwar älter als die der Stratocaster, aber ich wollte zuerst den Strat-Pickup vorstellen, weil seine Konstruktion noch einfacher ist und er als Prototyp des Single Coil Tonabnehmers überhaupt angesehen werden kann.

1950 bringt Fender die erste in Serie gefertigte E-Gitarre heraus, die konsequent auf einen Resonanzkörper verzichtet und nur elektrisch verstärkt gespielt werden kann. Dieses Instrument heißt Esquire und ist mit einem Tonabnehmer in Stegposition ausgestattet. Wenig später wird genau diesem Instrument noch ein zweiter Pickup für die Halsposition spendiert und daraus wird schließlich über den Umweg Broadcaster die heute bekannte Telecaster.

Anders als bei der Stratocaster sind die beiden Pickups der Telecaster nicht gleich, sondern unterscheiden sich in Klang und Konstruktion. Aber es sind reine Single Coils und der Grundaufbau ist identisch mit dem des Strat-Pickups: Ober- und Unterteile bestehen aus Vulkanfiber und werden über sechs AlNiCo-V-Magnete zu einem Spulenkörper verbunden. In den ersten Jahren sind die Magnete für Hals- und Steg-Pickup gleich: ungefaste AlNiCo-V-Magnete, 3/16“ stark (4,7625 mm) und 5/8“ lang (15,875 mm). Die Farbe des Vulkanfibers und die Art der Anschlusskabel unterliegen den gleichen Änderungen, die auch der Strat-Pickup erfahren hat. Auch die Anzahl der Windungen ändert sich im Jahr 1965 mit

Einführung der Maschinenwicklung und sinkt auf 7500 Windungen sowohl beim Hals- als auch beim Steg-Pickup – ursprünglich waren es 8000 Windungen. Die Isolierung des Wickeldrahtes ist übrigens immer Plain Enamel gewesen und wechselt erst in den 1980er-Jahren zu Polysol (ausgenommen die Pickups für die Vintage-Reissue-Modelle). In den 70er-Jahren wird die Telecaster bekanntlich auch mit Humbuckern angeboten, was aber hier nicht weiter von Bedeutung sein soll.

Der Telecaster-Steg-Pickup weist zwei Besonderheiten auf: Anders als die meisten anderen Pickups hat er weder eine Metall- noch eine Kunststoffkappe, sondern die Spule ist lediglich mit einem Baumwollband gegen mechanische Verletzungen geschützt.

Unter den Pickup ist eine Eisenplatte montiert, die bis 1951 verzinnt und danach verkupfert wird und ab Anfang der 80er schließlich ganz wegfällt. Fender wollte mit dieser Platte den Pickup abschirmen, was aber in der Praxis keine nennenswerte Verbesserung brachte. Die Platte hat allerdings einen kleinen Einfluss auf den Klang, denn sie macht den Pickup minimal lauter und dämpft die Höhenwiedergabe ein wenig, was ja kein Nachteil für die Stegposition ist.

Der ursprüngliche Steg-Pickup, der in die Esquire-Gitarren eingebaut wurde, war mit Plain-Enamel-Draht der Stärke AWG 43 gewickelt und hatte einen Gleichstrom widerstand von mindestens 8 bis 9 kOhm. Kurz nach Einführung des Instrumentes wechselte Fender zu dem etwas dickeren AWG-42-Draht, behielt aber die Anzahl der Windungen bei (ca. 8000), so dass der typische Gleichstromwiderstand für den Steg-Pickup auf ca. 6,5 bis 7 kOhm sank. Das schützende Band war aus weißer Baumwolle.

Der Grund dafür, dass man alte Pickups meist mit schwarzem Band sieht, ist der, dass die fertigen Pickups in ein schwarz eingefärbtes Wachsbad getaucht wurden, um sie gegen Mikrofonie unempfindlich zu machen. Dadurch wurde sowohl das weiße Baumwollband eingefärbt, als auch der Teil des gelben Anschlusskabels, der ebenfalls im Wachsbad eingetaucht war. Die Magnete des Steg-Pickups schließen plan mit dem Oberteil ab. Ab 1955 erhöhte Fender die beiden mittleren Magnete für die D- und G-Saite etwas.

Der Hals-Pickup wurde von Anfang an mit dem etwas dünneren AWG-43-Draht gewickelt, was bis heute so gehandhabt wird. Die typischen Gleichstromwiderstände für die alten Pickups, die mit ca. 8000 Windungen gewickelt wurden, liegen zwischen 7,4 und 7,8 kOhm. Insgesamt ist die Konstruktion des Hals-Pickups etwas labiler als die vergleichbarer Single Coils, weil bei diesem Pickup auch das Unterteil aus dem dünneren, ca. 1,5 mm starken Vulkanfiber gefertigt wird, das übrigens immer schwarz und nicht aus grauem Material gefertigt war.

Die Magnete schließen sowohl mit dem Ober- als auch mit dem Unterteil plan ab und die Spule wird anfangs vollständig von einer verchromten Messingkappe verdeckt. Heute vermeidet man Messing als Kappenmaterial, weil es die Resonanzfrequenz sehr weit nach unten drückt und unglaublich viele Höhen wegnimmt. An und für sich steht dieser bedämpfte sonore Ton der Telecaster sehr gut, denn er kommt anders zustande, als nur mit dem Klangpoti die Höhen wegzunehmen.

Das Problem ist nur, dass man die Höhen nicht zurückbekommt, wenn man sie mal haben möchte, und deshalb erscheint es sinnvoller, die Kappe aus Neusilber zu fertigen und die Höhen, wenn es sein soll, mit der Klangregelung herauszufiltern. Heute baut Fender die Tele-Hals-Pickups mit 11/16“ langen Magneten (17,46 mm), aber der Wickelraum ist mit etwas mehr als 12 mm immer noch gleich hoch geblieben; dafür ragen die Magnete auf beiden Seiten des Spulenkörpers über die Vulkanfiberplatten hinaus. Auch die Kappe wird inzwischen von den meisten Herstellern aus Neusilber angeboten, jedoch oft in einer offeneren Form mit vielen Aussparungen, sodass man deutlich den Spulendraht sehen kann.

Ein weiterer Single Coil Pickup ist der Gibson P-90 Pickup!

G&B-Classics

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