De Frankenstein-gitaar!

De meeste elektrische gitaren hebben een drie- of een vijfstandenschakelaar om te kiezen welke elementen er actief zijn, en daarmee te bepalen wat voor geluid je wilt. Ik dacht altijd dat het een kwestie was van aan/uit, en dat je dus uit een gitaar met drie elementen acht verschillende geluiden zou kunnen halen. (Drie elementen, die elk aan of uit kunnen zijn, geeft 2³=8 geluiden. En daarvan is er één zinloos: alles uit.)
Mijn allereerste gitaar (de Marlin Sidewinder, die helaas spoorloos is verdwenen) had ik daarom ooit al omgebouwd: in plaats van de vijstandenschakelaar die er oorspronkelijk in zat, had hij drie schakelaartjes, een voor elk element. Naast de vijf standaard-opties (1, 1-2, 2, 2-3 en 3) had ik daarmee ook de beschikking over de ontbrekende drie (1-3, 1-2-3, en alles uit).

Nou blijkt het leven toch niet zo simpel te zijn. Toen ik onlangs besloot dat ik toch ook wel een echte Stratocaster moest hebben, koos ik uiteindelijk eentje die een extra drukknop in de volumeregelaar heeft. Naast de normale vijf standen kreeg je daarmee nog eens vijf extra. (Eigenlijk vier, want in één stand heeft de drukknop geen effect.)
Hmmm... Maar hoe komen ze dan aan meer dan zeven zinvolle standen?
Volgens de gebruiksaanwijzing was de grap, dat je met die extra knop ook een element "in serie" aan kon zetten. En inderdaad: stand 2 met de drukknop uit ("nek- en midden-element parallel") klinkt echt anders dan stand 1 met de drukknop aan ("nek-element in serie met midden-element"), ook al gaat het om dezelfde twee elementen.

Enigszins nieuwsgierig geraakt, las ik hier en daar wat artikeltjes over elementen, en schakelingen, en serie en parallel. (Kijk vooral hier .) De laatste keer dat ik zulke dingen ben tegengekomen, was bij natuurkunde. Op school. Met lampjes en een batterij. Gut, hoe werkte dat ook alweer allemaal?

Als ik het goed begrepen heb, zit het ongeveer zo: De elementen bestaan uit magneetjes met een spoel er omheen. Die magneetjes wekken stroompjes in de spoelen op als de snaren die er boven hangen, gaan bewegen. Ik zie ze dus maar als een soort batterijtjes, waarvan de ene kant naar de aarde gaat, en de andere kant de versterker in.
Normaal gesproken staan die dingen parallel geschakeld, dus van de aarde naar de beide elementen tegelijk, en aan de voordat de stroom naar de versterker loopt, komt de boel weer samen.
De minder gebruikelijke manier is in serie: van de aarde naar het eerste element, dan door naar het tweede element, en dan naar de versterker. Daar krijg je een voller, dikker geluid van. Het schijnt iets te maken te hebben met de totale weerstand van het geheel.

Maar het werd nog spannender! Naast de optie serie/parallel bleek er ook nog zoiets te bestaan als het schakelen van elementen in of uit fase. Kennelijk kan het uitmaken of je de stroom in de spoel van een element de ene of de andere kant op laat lopen. Als je twee elementen aan zet, maar de ene loopt van + naar - en de andere van - naar +, dan zou dat tot gevolg hebben dat een boel trillingen (vooral de lage) tegen elkaar wegvallen, waardoor je nog maar een heel iel geluid overhoudt.

• Alleen 1
• Alleen 2
• 1 en 2 parallel
• 1 en 2 in serie
• 1 en 2 parallel uit fase
• 1 en 2 in serie uit fase

En met drie elementen begint het flink uit de hand te lopen. Als je het volledig uitzoekt, kom je op 47 essentieel verschillende schakelingen, dus 47 verschillende geluiden!

Ik begon toch wel erg benieuwd te worden hoe dat nou allemaal werkt. Maar om nou zomaar een soldeerbout in een van mijn elektrische gitaren te zetten, dat ging me een beetje te ver. Voor dat soort experimenten is het beter om een goedkope knutselgitaar te hebben, waar je je onbekommerd op kunt uitleven.
(En die je dan bij voorkeur tijdens zwaar onweer weer tot leven probeert te wekken, waarbij liefst ook nog een assistent met een bochel moet rondhobbelen, die volgens Terry Pratchett "Yeth, marthter!" zegt...)

De bevlieging begon al weer een beetje over te raken, maar toen stond deze tweedehandse Aria in een etalage. Voâh wènag. Voor dat bedrag had ik ook een nieuwe Dean EVO bij Feedback kunnen halen, maar dan moet je weer het halve land door. En deze heeft twee enkele elementen en een humbucker, en die Dean had twee humbuckers. Dan is dit vast net iets instructiever. En als klap op de vuurpijl: dit is bijna exact hetzelfde model als mijn tweede, die ik heb weggedaan ten gunste van de Gibson Nighthawk! Nouja, dan kan ik hem toch niet laten staan?

Oorspronkelijk had hij een vijfstandenschakelaar, dus voor de standaard-opties (nek, nek-midden, midden, midden-brug, en brug), en verder zat er in de toonregelaar nog een trekschakelaar, waarmee je van het brugelement (de humbucker) één van de twee spoelen uit kon zetten.
Hij had dus van zichzelf al zeven verschillende geluiden. (Aangezien de trekschakelaar alleen het brugelement beïnvloedt, heeft die schakelaar geen effect in de eerste drie standen.)

Maar dat is natuurlijk drie keer niks...

Want intussen was ook al duidelijk, dat ik die humbucker net zo goed kan zien als twee losse elementen, die vlak naast elkaar staan. Eigenlijk heeft hij dus gewoon vier elementen! En als je dán gaat kijken hoeveel mogelijkheden er zijn, raak je al snel de tel kwijt...

Het is voor "normaal" gebruik natuurlijk totaal onpraktisch om echt alle mogelijkheden te willen hebben, maar het hek was nu toch definitief van de dam. Als ik een gitaar heb die alleen bedoeld is om te kijken wat nou precies het effect is van verschillende schakelingen, dan moet ik ook alles kunnen maken. Je bent wiskundige of je bent het niet, nietwaar?

Na een uitgebreide operatie waar al met al een paar weken overheen is gegaan, ziet hij er nu uit zoals hiernaast. In plaats van de vijf-standenschakelaar en de trekschakelaar in de toonregelaar heb ik hem een slordige zestien schakelaartjes gegeven:
(De bijbehorende letters verschijnen als je met de muis boven de knoppen gaat hangen)

Hierbij is V de Volumeregelaar, T de Toonregelaar (zonder trekschakelaar!), en A t/m P doen het volgende:

A, B, C, en D sturen de stroom direct naar respectievelijk het nek-element, het midden-element en de twee losse helften van de brug-humbucker.

E, F, en G zijn fase-schakelaars. Hiermee kan de fase van respectievelijk het nek-element, het midden-element, en de ene helft van de brug-humbucker worden omgedraaid.

Tenslotte zitten er boven de fase-schakelaars telkens nog drie schakelaars, om te regelen wat er na het betreffende element met de stroom gebeurt. De schakelaars H, I, en J boven E zorgen ervoor dat de stroom vanuit het nek-element wordt doorgestuurd naar respectievelijk het midden-element, en/of de ene helft van de brug-humbucker, en/of de andere helft. Als deze drie schakelaars allemaal uit staan, komt hij direct op de aarde terecht.
Net zo sturen K, L, en M de stroom door vanuit het midden-element naar het nek-element, en/of de beide humbucker-helften, en gaan N, O en P vanuit de ene helft van de humbucker naar het nek-element, het midden-element, en de andere helft van de humbucker.
Je zou misschien nog vier extra schakelaars verwachten (boven schakelaar D) maar die kun je achterwege laten. De boel kan vanwege symmetrie-overwegingen namelijk altijd zo worden omgezet, dat één setje van vier schakelaars niet nodig is. Je bent immers wiskundige of je bent het niet...

Voor de hardware-geïnteresseerden onder ons: de schakelaars A, B, C, D, J, M, en P zijn enkelpolige tuimelschakelaars (plaatje 1), en de rest zijn dubbelpolige (plaatje 2). De enkelpolige schakelaars hebben drie pootjes, waarvan het middelste wordt verbonden met één van de twee buitenste, afhankelijk van de stand van de schakelaar.
De dubbelpolige hebben zes pootjes, en ze gedragen zich eigenlijk als twee enkelpolige naast elkaar: de twee middelste pootjes worden verbonden met de twee bovenste of met de twee onderste.

Zoals gezegd: E, F en G zijn de schakelaars waarmee je elementen uit fase kunt zetten. Ze zorgen er dus voor dat je de stroom in twee richtingen kunt laten lopen. Dat doe je door een dubbelpolige schakelaar aan het element te zetten, zoals op het plaatje hiernaast.
De stroom komt de schakelaar in, en gaat (in de ene stand) naar het onderste pootje, naar de (+) van het element, dan vanuit de (-) van het element weer terug naar de schakelaar, en weer naar buiten. Als je de schakelaar omzet, gaat de stroom eerst naar het bovenste pootje, steekt schuin over naar het andere onderste pootje, gaat nu bij (-) het element in, komt er bij (+) weer uit, en gaat via het ene onderste en het andere bovenste pootje weer naar buiten...

Dan hebben we bij elk element nog de drie schakelaars die bepalen wat er met het signaal gebeurt nadat het een element heeft verlaten.
Deze drie (twee dubbelpolige en een enkelpolige) zitten aan elkaar vast zoals hiernaast aangegeven. Het signaal komt uit het eerste element, en kan door de schakelaars worden doorgestuurd naar respectievelijk het tweede, het derde, en het vierde element. Of twee van de drie. Of alledrie. Pas als alle drie de schakelaars uit staan, komt de stroom direct op de aarde terecht.

(Je moet natuurlijk wel in de gaten houden welke cijfers in welk geval bij welke elementen horen: Als element 1 het nek-element is, is element 2 het midden-element, en zijn 3 en 4 de twee helften van de brug-humbucker. Als element 1 het midden-element is, is element 2 de nek, en zijn 3 en 4 weer de beide helften van de humbucker. En als element 1 de ene helft van de brug is, is element 2 de nek, element 3 het midden, en element 4 de andere helft van de humbucker.)

En zo ziet het slagveld er uit...

Met zestien schakelaars heb je een totaal aantal mogelijke standen van 2¹⁶ = 65536, maar het moge duidelijk zijn dat die lang niet allemaal tot zinnige, verschillende geluiden leiden. Zo lang schakelaars A, B, C en D allemaal uit staan, kun je met de overige twaalf doen wat je wilt, maar er zal geen geluid uit de gitaar komen. Verder maakt het voor het geluid ook niet uit of je bijvoorbeeld van twee elementen de ene of de andere uit fase zet. En als je twee elementen in serie schakelt, in welke volgorde je dat doet. Kortom: bovengenoemde 65536 is een hele grove bovengrens aan het totaal aantal geluiden dat je daadwerkelijk uit deze gitaar kunt halen.

Dat neemt niet weg dat ik het uiteindelijke aantal wel vrij indrukwekkend vond. Ik weet niet of ik ze ooit allemaal ga uitproberen.

Want ik heb het toch maar eens helemaal netjes uitgeschreven. (Je bent immers... nouja...)

En voor wie het weten wil: hieronder staan ze.

• Keuze van 1 element uit 4: 4
• Keuze uit verschillende schakelingen: 1
• Keuze in/uit fase: 1 (geen effect)

• Keuze van 2 elementen uit 4: 6
• Keuze uit verschillende schakelingen: 2
• Keuze in/uit fase: 2 (in fase of uit fase)

• Keuze van 3 elementen uit 4: 4
• Keuze uit verschillende schakelingen: 8
• Keuze in/uit fase: 4 (allemaal in fase [1x], of 1 van de 3 elementen uit fase [3x])

En dan heb je theoretisch ook nog de mogelijkheid van twee elementen parallel, in serie met de andere twee parallel:

Maar dat blijkt in de praktijk precies dezelfde geluiden op te leveren als de eerste 2-om-2-schakelingen.

• Keuze van 4 elementen uit 4: 1
• Keuze uit verschillende schakelingen: 49
• Keuze in/uit fase: 8 (allemaal in fase [1x], 1 van de 4 elementen uit fase [4x], of 2 van de 4 elementen uit fase [3x])

En daarmee komt het totaal aantal verschillende mogelijkheden op: 4 + 24 + 128 + 392 = 548!