Federhall-Forschung

Was ist ein Federhall?

Detailansicht des Tank-Innenlebens: die 3 Federn bewegen sich frei innerhalb des Metallrahmens der in einer Spule endet.
Detailansicht des Tank-Innenlebens: die 3 Federn bewegen sich frei innerhalb des Metallrahmens der in einer Spule endet.

Analoge Effekte wie Bandecho, Eimerketten oder Hallspiralen haben etwas, was man digital nicht simulieren kann. Nein, es ist nicht Rauschen gemeint, eher die Magie des Eigenlebens. Es soll Menschen geben die Stunden damit verbringen können, den Eigengeräuschen eines Federhalls zuzuhören. „Federhall? Was ist ein Federhall?“ Ok, ich will es kurz erklären (… mit meinen Worten, die Profi-Physiker und Vollzeit-Elektroniker mögen mir meine Laienworte vergeben):

Ein Federhall besteht aus einem (elektro-)mechanischen Hallspiralentank und einer zugehörigen Platine mit einem Eingang und einem Ausgang. In den Eingang kommt ein Tonsignal (Drumcomputer, Synth, Mikrophon, Gitarre…) und am Augang erscheint dieses Signal mit einem gewissen Hallanteil. Die eigentliche Hallspirale hat 1-3 weich aufgehängt Drahtspiralen (wie etwa im Kugelschreiber, nur dicker und länger). Diese Spiralen stecken an beiden Enden beweglich in einer Art Spule. Wird nun in die Eingansspule Wechselspannung in Form eines Tonsignales geleitet, so wandelt die Spule das elektrische Signal in ein magnetisches Feld welches wiederum die Metallenden der Spirale zu einer mechanischen Schwingung anregen. Die einzelnen Drahtwindungen geben die mechanische Schwingung weiter bis ans Ende der Spirale wo die Ausgangsspule sitzt.

Diese wandelt nun die mechanische Schwingung über Induktion wieder in elektrische Energie um. Da die mechanische Schwingung am Ende der Spirale ganz ähnlich wie Wasser in einem Becken wieder in die Gegenrichtung reflektiert wird und die Spirale durch ihre Wabbeligkeit lange nachschwingt wird als Abfallprodukt dieses Wandlungsprozesses das hineingeschickte Tonsignal in einer Weise versaut, die einem ‚Raumhall‘ recht nahe kommt. Dieses Prinzip wird auch verwendet beim sog. ‚Plattenhall‘, dort hat man dann keine kleinen Spiralen sondern sehr große (1-2 Meter) Metallplatten. (Wenn ich mal eine größere Wohnung habe werde ich daran dann sicher auch herumforschen.)

Die Federn sind in der Mitte geklammert. Nicht weil sie nicht lang genug sind, eher um das Hallsignal zu diversifizieren und eine frequenztechnische Eigenresonanz zu minimieren: die Drahtspiralen sind ein klein wenig unterschiedlich in Spannung, Wicklungs- und Drahtdurchmesser
Die Federn sind in der Mitte geklammert. Nicht weil sie nicht lang genug sind, eher um das Hallsignal zu diversifizieren und eine frequenztechnische Eigenresonanz zu minimieren: die Drahtspiralen sind ein klein wenig unterschiedlich in Spannung, Wicklungs- und Drahtdurchmesser

Der Hall entsteht also eigentlich ‚mechanisch‘ – leicht überprüfbar indem man mit der Hand mal feste auf den Spiralentank haut – dann hört man am Ausgang auf ohne EIngangssignal ein heftiges Scheppern. Wenn man genau hinhört, lassen sich auch geheimnisvolle Knack, Knister und Sproing-Sounds vernehmen die wohl irgendwo in den Windungen des Metalls erzeugt werden … frei umherfliegende Protonen? Sonnenwind? Keiner weiß es genau …

Der Federhall Forschungs-Arbeitplatz. Links hinten das bipolare Netzteil (-12 Volt/GND/+12 Volt)
Der Federhall Forschungs-Arbeitplatz. Links hinten das bipolare Netzteil (-12 Volt/GND/+12 Volt)

Ich will auch einen Federhall!

… rief der Musiker. Wie kommt man nun in den Genuss eines solchen Federhalls? Vermona hat wieder einen solchen im Angebot, wenn auch nicht gerade zum Schnäppchenpreis und es gibt natürlich eine Menge Vintage Gear der noch mehr oder weniger gut funktioniert. Ich darselbst hatte kürzlich das Glück ein Tapco 4400 Stereo Federhall für 160 EUR zu ersteigern. Am günstigsten ist natürlich … selber bauen! Hallspiralentanks sind nicht schwer zu bekommen, sie liegen derzeit bei ca. 30 EUR. So einen kann man sogar direkt ohne Elektronik ans Mischpult hängen.

Meine Infos und die beiden Schaltpläe die ich testen wollte habe ich vornehmlich von Rod Elliots Seite mit phantastischen Infos zu Hallspiralen und deren Elektronik. Auch sehr ergiebig ist die Seite des Hallspiralenherstellers Accutronics.

Ich habe zwar nicht alles verstanden, wollte die Schaltungsvorschläge aber trotzdem einmal in der Praxis nachvollziehen. Man braucht eine Treiberschaltung um die Eingansspule des Tanks genügend anzuregen. Und man benötigt eine Verstärkerschaltung um das sehr schwache Signal der Ausgangsspule ordentlich zu verstärken. Wenn man möchte (und, ja, ich möchte), kann man auch vor oder nach der Hallspirale noch eine Klangregelung einbauen. Und es ist wohl ratsam eine bipolare Spannungsversorgung zu verwenden um genügend Verstärkung in den beiden Stufen (input/Output) zu haben.

Hier folgen nun die Ergebnisse. Bitte die Lautstärke erstmal vorsichtig angehen. Es kommt in den Beipsielen zu teils starken Pegelsprüngen und Aussetzern:

Einfache Schaltung

Eine angepasste Version der Grundschaltung in Figure 3 auf Rods Seite. Ich habe sie in irgendeinem Forum gefunden und mir aber kein Bookmark gesetzt. Ich habe sie auf Lochraster aufgebaut und sie lief ganz gut. Es kommt natürlich immer auf die Impedanzen der Tank-Spulen an. Es gibt welche mit sehr kleinen Werten (10/100 Ohm) und welche mit deutlich größeren Werten. Meine 3 Spiralen die ich zum testen hatte haben alle sehr kleine Werte. Die Schaltung hat eine simple aber effektive Klangregelung. Man möchte meinen, daß es sinnvoller ist diese Klangregelung VOR die Hallspirale zu setzen. Nach einem Test fand ich aber, daß die Klangregelung NACH der Hallspirale und dem Vorverstärker effektiver arbeitete.

Die einfache Federhallschaltung - noch ungepimpt und noch mit einigen nutzlosen, überflüssigen Bauteilen.
Die einfache Federhallschaltung – noch ungepimpt und noch mit einigen nutzlosen, überflüssigen Bauteilen.

Hier der Vergleich:

Gepimpte Version der einfachen Hallspiralenschaltung. Potis regeln Dry/Wet, Verstärkung des Hallsignales, Drive des Signales das zur Hallspirale geht und EQ für Höhen/Bässe
Gepimpte Version der einfachen Hallspiralenschaltung. Potis regeln Dry/Wet, Verstärkung des Hallsignales, Drive des Signales das zur Hallspirale geht und EQ für Höhen/Bässe

Das war nun alles recht artig aber auch etwas langweilig. Ich forschte ein wenig indem ich Widerstände in der Treiberstufe durch Trimmer ersetzte um die Eingangsspule deutlicher in die Sättigung fahren zu können. Dabei kam heraus daß einige Bauteile auch gleich ganz verschwinden können ohne einen nachteiligen Einfluß auf die Funktion zu haben. Natürlich fängt das ganze Teil nun heftig an zu schwingen und zu pfeifen wenn man die Eingangsspule übersteuert und gleichzeitig den Aufholverstärker zu weit aufdreht. Aber es lässt sich nun eine viel größere Palette an interessanten Farben einstellen. Leider fand ich keinen Poti mit 250 Ohm für die Drive-Einstellung der Treiberstufe und musste einen Trimmer dafür nehmen. Hier ist die Schaltung.

So klingt nun die gepimpte Version:

Schaltung mit Transistortreibern

Um die Eingangsspule ordentlich in Schwingung zu versetzen bedarf es ordentlich Energie, genauer erklärt das Rod Elliot auf seiner oben verlinkten Page. Jedenfalls habe ich auch seine Schaltung mit den Transistor-Treibern als Platinenübung aufgebaut. Hat funktioniert.

Federhall-Platine mit Transistor-Treiber
Federhall-Platine mit Transistor-Treiber

Hallspirale ohne Elektronik direkt am Mischpult

Hallspirale direkt im send-return eines Mixers
Hallspirale direkt im send-return eines Mixers

Es geht auch komplett ohne Elektronik! Der Tank-Input wird mit einem Send des Mixers verbunden. Die Ausgangsbuchse kommt in einen Mikrofoneingang. Jetzt muss man nur noch ein wenig mit Sendpegel und Mic-Eingangsempfindlichkeit spielen und schon hat man auf einem Mixerkanal das 100% Hallsignal das man auch noch wunderbar mit dem Mixer-EQ bearbeiten kann.

Tapco 4400

Tapco 4400 Stereo Federhall - frisch aus dem Karton und noch ziemlich kaputt. Ein Kanal lief aber immerhin.
Tapco 4400 Stereo Federhall – frisch aus dem Karton und noch ziemlich kaputt. Ein Kanal lief aber immerhin.

Zuletzt gibt es auch noch ein ‚amtliches‘ Klangbeispiel aus einem Vintage-Schätzchen namens Tapco 4400 Reverbation System. Es ist ein Stereo-Federhall (ja, 2 Tanks sind drin) mit 4fach Klangregelung. Die Klangregelung liegt hier auch NACH der Hallspirale.