Verstärkertechnik - ein Hexenwerk?

Gitarrenverstärker: Die Technik dahinter

Die Ära der Gitarrenverstärker begann erst in den frühen 30er Jahren. Mit der Entwicklung der Elektronenröhre war es möglich geworden, akustische Ereignisse, wie Sprache oder Musik, elektrisch zu verstärken und nach Umwandlung in Schallwellen mittels Lautsprecher hörbar zu machen. Wir schauen hier auf die Technik hinter dem Gitarrenverstärker!

Röhrentechnik

Tube

Gitarrenverstärker basieren auch heute noch vorwiegend auf der Röhrentechnik. Wie der Name schon sagt, spielen die hierbei verwendeten Röhren eine wichtige Rolle bei der Erzeugung des Sounds. Es hat vor allem klangliche Gründe, warum Gitarristen trotz der sehr leistungsfähigen und flexibleren Halbleitertechnik oder auch der neueren Modeling-Technik Röhrenverstärkern den Vorzug geben. Ein wenig Hintergrundwissen über die verschiedenen Röhrentypen sollte also nicht schaden. Wir unterscheiden folgende Röhrentypen:

a) Triode

Die Dreipol-Röhre ist so etwas wie der „Prototyp“ der Röhre: Sie besteht aus Kathode, Steuergitter und Anode (die Heizung lassen wir der Übersichtlichkeit halber einmal außer Betracht) und wird „Triode“ genannt. Im Laufe der Zeit hat man dieses simple Prinzip noch verbessert und für Spezialanwendungen erweitert.

b) Tetrode

Die erzielbare Verstärkung ließ sich bei der vierpoligen Tetrode durch ein zusätzlich zwischen Steuergitter und Anode eingefügtes Schirmgitter noch erheblich steigern. Dieses Gitter wurde durch entsprechende Beschaltung positiv geladen, wodurch es die negativen Elektronen aus der Kathode verstärkt „ansaugt“. Die Tetrode war aber lediglich die Vorstufe der Pentode.

c) Pentode

Wegen der höheren Verstärkung kommen vor allem in Endstufenschaltungen heute praktisch ausnahmslos Pentoden zum Einsatz. Trioden sind als Endstufenbestückung seit den 40er Jahren (bis auf einige Anwendungen in nostalgischen HiFi-Verstärkern) ausgestorben. Manche Gitarrenverstärker erlauben auch das Umschalten zwischen Pentoden- und Triodenbetrieb.

Halbleitertechnik

Transistor

 

Bereits in den 40er Jahren wurde der Transistor erfunden. Seine Funktion als aktives, verstärkendes Bauteil gleicht im Grunde der Röhre, nur dass sich hier die physikalischen Vorgänge in Halbleiter-Feststoffen (z. B. Germanium, Silizium) abspielen. Da beim Transistor weder Kathodenheizung noch Vakuumstrecke benötigt werden, ist dieses Verstärkerbauteil wesentlich kleiner und energiesparender als eine Röhre. Der Transistor hat während der 60er Jahre die Röhre praktisch ganz verdrängt. Nur in Gitarren-Verstärkern und neuerdings auch wieder bei HiFi-Enthusiasten (sowie für einige militärische Anwendungen) spielt die Röhre eine entscheidende Rolle.

Bei der elektrischen Leistung handelt es sich um das Produkt aus Spannung und Stromstärke. Weil über das Röhrengitter quasi kein Strom abfließt und nur eine Steuerspannung benötigt wird, lässt sich eine Röhre quasi leistungslos steuern. Das ist bei der Verstärkung der winzigen Ausgangssignale der Gitarren-Tonabnehmer von besonderem Vorteil, weil diese Pickups wie gesagt fast keinen Strom und nur eine schwache Spannung abgeben können. Zur Steuerung eines Transistors wird hingegen neben der Spannung ein kleiner Basisstrom benötigt, den ein Tonabnehmer nicht immer ohne weiteres zu liefern vermag. Durch besondere Schaltungstricks lässt sich dieses Problem zwar einigermaßen beheben, man darf aber annehmen, dass hier der Grund dafür lag, warum manch früher Transistorverstärker für den Einsatz mit Magnet-Pickups klanglich nicht so recht überzeugen konnte. Freilich hat man aber bald auch spezielle Transistoren entwickelt, die ähnlich der Röhre eine quasi leistungslose Steuerung erlauben. In den Eingangsstufen moderner Transistor-Instrumentenverstärker finden sich deshalb vorzugsweise diese „Feldeffekt-Transistoren“, kurz als FET bezeichnet.

 

Integrated Circuit

Auch bei den mehrbeinigen „Maikäfern“ in modernen Verstärkern handelt es sich um Transistoren, allerdings nicht um einzelne. Ein solcher Integrated Circuit (kurz IC) enthält komplexe Schaltungen mit etlichen Transistoren und anderen Bauteilen. Im Grunde liegt hier kein großer Unterschied zu den früheren, mit Einzeltransistoren „diskret“ aufgebauten Schaltungen vor.

Die Ausführung umfangreicher Schaltungen als winziger IC ermöglicht es aber, ganz außerordentlich komplizierte und vielseitige Schaltungen mit recht geringem Bauaufwand und in sehr kompakter Form zu verwirklichen. Ein moderner Verstärker mit 12-Band-Klangregelung, Dynamikkompressor, Effekt-Einschleifwegen usw. wäre in reiner Röhrentechnik ein unannehmbar großer, bleischwerer und stromfressender Heizschrank, und komplizierte Digital-Effektgeräte besäßen in Röhrentechnik wohl schnell Zimmer- oder gar Hausgröße!

Am Stellenwert der Halbleiter ist also nicht zu rütteln, auch wenn einige Musiker felsenfest auf die angenehmere Wiedergabe eines Röhren-Amps schwören. Eine relativ einfache Verstärkerschaltung mit drei, vier Klangreglern lässt sich in der alten Technik ja auch problemlos verwirklichen, aber wenn’s komplizierter wird, geht an Transistoren und ICs kein Weg vorbei.

Modeling-Technik

Der Line 6 Pod HD

Eine Revolution unter den Amp-Simulatoren war das POD der Herstellers Line6. Das POD besitzt nicht nur ein außergewöhnliches Design, das einer überdimensionalen roten Bohne gleicht, sondern bietet alles, was man für die verschiedenen Gitarren-Sounds braucht in exzellenter Qualität: Amp- & Boxen-Simulation, zusätzliche Effekte wie Chorus, Tremolo, Flanger, Delay etc. und einen Reverb-Effekt. Die moderne so genannte Modeling-Technik findet sich mittlerweile in Combo-Amps und Top-Teilen, sowohl für Gitarre als auch für Bass. Solche Verstärker nennt man daher auch gerne „Modeling-Amps“.

Klangregelstufe

Aktive Klangregelungen stellen für jeden Frequenzbereich eine separate Verstärkerstufe bereit, sodass sich ohne nennenswerte gegenseitige Beeinflussung jeder Tonbereich nach Belieben im Klangbild hervorheben oder abschwächen lässt. In reinen Röhrenverstärkern ist dieser Aufwand einer aktiven Klangregelung eher selten vorzufinden (z. B. in der Reußenzehn-Bassvorstufe), meist kommen hier passive Klangregelungen zum Einsatz, die nur das Abdämpfen der einzelnen Frequenzbereiche erlauben. Dadurch spart man sich die separaten Verstärkerstufen, die für eine Pegel-Anhebung einzelner Klangbereiche ja unerlässlich wären und in Röhrentechnik sehr umfangreich und teuer würden. Der insgesamt durch die passiven Klangregler hervorgerufene Pegelrückgang (aus technischen Gründen unvermeidlich) wird hier durch nur eine, gemeinsame Verstärkerstufe wieder aufgeholt. Passive Klangregler wirken nicht so präzise definiert wie aktive Schaltungen auf die bestimmten Frequenzbereiche, auch muss man hier eine mehr oder weniger starke gegenseitige Beeinflussung der Klangregler in Kauf nehmen. Nichtsdestotrotz schätzen vor allem Gitarristen die mildere Wirkungsweise passiver Klangregler, während man bei Bass-Amps fast ausschließlich aktiv aufgebaute Klangregelstufen vorfindet.

Klangregler-Ausstattung

Einfache Verstärker besitzen nur zwei Klangregler für Bässe und Höhen, anspruchsvollere Modelle weisen 12 und mehr EQ-Regler auf, die jeweils auf verschiedene, entsprechend eng begrenzte Frequenzbereiche einwirken. Besonders bei Bass-Amps stehen zuweilen mehrere Klangregel-Sektionen bereit, die für Sound-Variationen separat aktiviert werden können. Zumindest eine zu- und abschaltbare Klangregelung hat sich hier etabliert, was den Vorteil hat, dass man für eine neutrale Sound-Alternative nicht mehr sämtliche Klangregler separat zurückstellen muss.

Oft besitzt ein solcher Gitarrenverstärker sogar eine kleine Basis-Klangregelung mit Drehknöpfen für Bässe und Höhen, zusätzlich noch einen mehrbandigen Equalizer (kurz: EQ), der wie beschrieben separat einschaltbar ist. Mit der permanent arbeitenden Basis-Klangregelung kann man also den Grund-Sound des Instruments formen, während der zuschaltbare EQ feiner aufgeteilt ist und somit für subtilere Klangvarianten (z. B. für den Solo-Sound) eingesetzt werden kann. Ganz aufwendige Geräte sind mit zwei großen EQ-Sektionen ausgestattet, die wahlweise oder gleichzeitig benutzt werden können, beispielsweise einem 12bandigen Graphic-EQ mit Schiebereglern und einem (ggf. mehrbandigen) Parametric-EQ, bei dem sich außer der gewünschten Anhebung/Abdämpfung eines gewissen Frequenzbereichs auch der Frequenzbereich selbst an einem Drehpoti stufenlos anwählen lässt.

Graphische und parametrische Klangregelung

In der Bedienung erscheint den meisten Musikern eine graphische Klangregelung einfacher und übersichtlicher, weil hier jedem Klangregler ein fester Frequenzbereich zugeordnet ist. Bei Graphic-EQs mit Schiebereglern bilden dann die Reglerstellungen die eingestellte Frequenzkurve optisch gut erkennbar ab.

Anders bei der parametrischen Klangregelung, wo an weiteren Potis oder Schaltern der zu beeinflussende Frequenzbereich (genauer gesagt, dessen mittlerer Frequenzpunkt) gewählt werden kann. Bei aufwendigeren Parametrik-Schaltungen kommt sogar noch ein weiterer Parameter hinzu, mit dem man die Bandbreite des gewählten Frequenzbereiches festlegen kann. Zwar hat man hierbei einen sehr feinfühligen und exakten Zugriff auf genau die Frequenzlagen, die für das gewünschte Klangergebnis beeinflusst werden sollen. Aber das Ablesen der gewählten Einstellung ist eher mühsam, und wegen der schlechteren Übersicht fällt das Wiederauffinden einer bestimmten Einstellung schwerer. Für Spezialaufgaben wie z.B. das Unterdrücken von Rückkopplungspfeifen oder für besonders charaktervolle Fretless-Timbres besitzt die Parametrik dennoch eindeutige Vorzüge.

Speicherung von Klangeinstellungen

Um Klangvarianten schnell und ohne umständliche Einstellerei abrufbar zu machen, sind vor allem viele Bassverstärker mit vorgeformten Klang-Presets ausgestattet, die per Knopfdruck abrufbar sind. Die beliebte Preshape-Taste stellt beispielsweise ein sauberes, gleichzeitig bassstarkes und brillantes Klangbild her, indem hier gleichzeitig tiefe Bässe und spritzige Brillanzen leicht hervorgehoben, die nasalen Mittenbereiche aber abgedämpft werden. Das Bright-Preset hebt hingegen nur die oberen Präsenzen bei ca. 2 bis 4 kHz etwas hervor und stellt so einen knackig-drahtigen Sound her.

In den Zeiten der Digitaltechnik lassen sich auch ungemein komplizierte Schaltungen problemlos verwirklichen, die in analoger Technik jeden Rahmen sprengen würden. Gitarrenverstärker, bei denen man 200 komplette Sounds mit EQ-Einstellungen, Effektanteilen und Kanalwahl vorprogrammieren und per Fußschalter blitzschnell abrufen kann, wären früher undenkbar gewesen.

Bi-Amping

Wiederum eine Bass-Spezialität ist das Bi-Amping. Dabei werden für die tiefen und für die höheren Frequenzlagen getrennte Leistungsverstärker und Lautsprecher eingesetzt, man kann also von einer aktiven Zweiwege-Verstärkung reden. Auf die Verstärker-Vorstufe und die Klangregelstufe folgt hier eine elektronische Frequenzweiche, durch die das Tonsignal in entsprechende Bass- und Mittel/Hochton-Anteile aufgespaltet wird. Der Aufwand der Zweiwege-Verstärkung lohnt sich insofern, als dass hier bei höheren Pegeln ein saubereres, differenzierteres Klangergebnis erwartet werden kann. Dazu bedarf es freilich einer exakten Abstimmung der Pegel und Komponenten (Endstufen, Lautsprecher), um wirklich ein ausgewogenes Klangbild sicherzustellen.

Einige aufwendige Bassverstärker sind mit mehreren Endstufen ausgerüstet und erlauben so ohne Zusatzendstufen das Bi-Amping. Meist werden jedoch Bass- und Mittel/Hochton-Signal mit Vorstufenpegel auf Line-Ausgangsbuchsen ausgelegt, wo dann passende Zusatzendstufen angeschlossen werden können. Für den Bass-Anteil ist dabei eine kräftigere Endstufe vonnöten als für die Mitten und Höhen. Je nach Trennfrequenz (die meist an einem Poti stufenlos zwischen ca. 100 Hz und 1 kHz eingestellt werden kann) benötigt der Bassweg für optimale Ergebnisse eine etwa zwei- bis zehnmal stärkere Endstufe als der Höhenweg. Bei entsprechender Pegelabstimmung können natürlich auch gleich starke Leistungsverstärker benutzt werden.

Einschleifwege

Die meisten Transistor-Amps, allerdings nicht alle Röhrenverstärker, besitzen geeignete Einschleifwege, wo externe Effekte an einer günstigen Stelle in den Signalweg des Verstärkers eingeschaltet (eingeschleift) werden können. Der Send-Ausgang wird dabei mit dem Eingang des Effektgeräts verbunden, der Effekt-Ausgang in den Return-Eingang des Gitarrenverstärkers wieder eingespeist.

Wir kennen serielles und paralleles Einschleifen von Effekten. Beim seriellen Einschleifen wird der Signalweg innerhalb des Verstärkers (meist hinter der Klangregelstufe und vor dem Mastervolumenregler) aufgetrennt und hier das Effektgerät eingefügt. Der Nachteil: Der Effektanteil muss an einem Regler am Effektgerät eingestellt werden. Für sehr hohe Ansprüche könnte es beim seriellen Einfügen stören, dass neben dem eigentlichen Effekt-Sound auch die unbeeinflusst bleibenden Signalanteile die Schaltungsteile des Effektgeräts durchlaufen müssen. Je nach Qualität des Effektgeräts sind dabei mehr oder weniger gravierende Klangbeeinflussungen zu befürchten.

Treter

Dieser Nachteil wird bei der parallelen Effekteinschleifung vermieden. Hier geschieht die Dosierung des Effektanteils an einem Regler im Gitarrenverstärker, und nur der Signalanteil, der vom Effekt bearbeitet werden soll, wird auch tatsächlich zum Effektgerät geleitet. Der cleane Signalanteil, der vom Effekt unbeeinflusst sein soll, verbleibt im Verstärker und wird dort später mit dem zurückgeführten Effekt-Sound vermischt.

Besonders bei Bass-Verstärkern bietet die parallele Einschleifmethode noch den Vorteil, nur gewisse Frequenzanteile zum Effektgerät zu schicken. Da viele Effektarten vor allem bei tiefen Frequenzen dem Bass den Druck nehmen und gerne Klangmatsch produzieren, haben sich bei Bass-Amps so genannte High-Pass-Effektwege etabliert, wo die tiefsten Frequenzen von der Effektbearbeitung fern gehalten werden.

Röhren-/Transistor-Vorstufe

Sowohl bei Bass- wie auch bei Gitarrenverstärkern trifft man gelegentlich sehr aufwendige Schaltungen an, wo die Eingangsstufe doppelt vorhanden ist, und zwar einmal in Röhren- und einmal in Transistortechnik aufgebaut. Per Umschalter oder stufenlos an einem Überblendpoti können die verschiedenen Eingangsstufen einzeln angewählt oder auch kombiniert werden. Der Grund für diesen Aufwand liegt im unterschiedlichen Übertragungsverhalten von Transistor und Röhre, welches sich vor allem im Übersteuerungsbereich beträchtlich unterscheidet.

Während die meisten Transistorschaltungen bei zu hoher Aussteuerung recht abrupt sägende Verzerrungen liefern, nimmt der Verzerrungsgrad bei einer Röhrenstufe mit wachsender Aussteuerung kontinuierlich und sanft zu. Aber die Verzerrung ist bei der Röhre nicht nur besser dosierbar, sondern wirkt auch musikalischer und angenehmer.

Zwar haben die Hersteller von Transistor-Amps schon früh mehr oder weniger überzeugende Schaltungen entwickelt, um dem Transistor das hässliche Sägen bei Übersteuerung abzugewöhnen, und manche Transistorverstärker liefern singende Overdrive-Sounds wie ein guter Röhren-Amp. Dennoch bevorzugen viele Musiker nach wie vor die bewährten Qualitäten eines Röhrenverstärkers, wenn es um verzerrte Klänge geht, während man als große Stärke von Transistorschaltungen eher die saubere, präzise und unverzerrte Arbeitsweise ohne Übersteuerung schätzt.

Röhre vs. Transistor vs. Modeling – welcher ist der bessere Amp?

Die Hersteller von Transistor-Amps haben schon sehr früh klanglich überzeugendere Schaltungen entwickelt, und manche Transistorverstärker produzieren Overdrive-Sounds wie ein guter Röhren-Amp. Die Frage, ob man nun ein Röhren- oder ein Transistorgerät bevorzugt, ist heute eher eine Frage des Klangempfindens und der Ansprüche an die Ausstattung eines Verstärkers. Die modernen Modeling-Amps mit ihren schier unbegrenzten Möglichkeiten haben diese Diskussion neu belebt.

Reine Röhrenverstärker sind meist weniger umfangreich ausgestattet, weil die Röhrentechnik besonders komplizierte Schaltungen nicht in praktikabler Weise erlaubt. Zusatz-Features wie Digitalhall und programmierbare Soundpresets aber auch besonders umfangreiche Klangregelsektionen sind daher Transistorgeräten vorbehalten. Aber viele Hersteller bemühen sich, die Vorteile von Röhren und Halbleitern in einem Gerät zusammenzufassen. So ist es heute eher die Regel, dass selbst in hochmodernen, programmierbaren Instrumentenvorstufen mindestens eine Vorstufen-Röhre ihren Dienst tut. Etliche moderne Bass-Amps mit umfangreicher EQ-Ausstattung in Transistortechnik besitzen ebenfalls eine kleine Doppeltriode in der Vorstufen-Schaltung.

In der Anfangszeit, als man begann, Röhren- und Transistortechnik im Verstärkerbau zu vermischen (Hybrid-Verstärker), kombinierte man meist eine Röhren-Endstufe mit transistorisierter Vorstufenelektronik, während man heute eher den umgekehrten Weg geht und die Vorstufe mit Röhren bestückt, die schwere und teure Endstufe aber in der wirtschaftlicheren Transistortechnik ausführt. Früher haperte es nämlich eher an leistungsstarken und zuverlässigen Endstufenschaltungen mit Transistoren, wo brauchbare Kleinleistungs-Transistoren für den Vorstufeneinsatz bereits voll entwickelt waren. Heute sind hingegen die immer teurer werdenden Röhren und die zusätzlichen Kosten für den Ausgangsübertrager ein Argument für einen Transistor-Poweramp. Vor allem dann, wenn es um besonders kräftige Ausgangsleistungen geht.

Verstärker-Leistung

Zwar gibt es noch etliche Vollröhrenverstärker für Bass, die satte 300 Watt liefern können. Doch diese Boliden sind nicht nur groß und bleischwer; wegen der regelmäßig anfallenden Röhrenkosten (Röhren sind Verschleißteile und halten nicht ewig) sind diese Saurier im Vergleich zu den annähernd wartungsfreien, in der Anschaffung viel günstigeren Transistoraggregaten relativ unwirtschaftlich. Und wenn es um Leistungen oberhalb von 300 Watt geht (für Bass zuweilen durchaus sinnvoll), ist mit der Röhrentechnik sowieso Schluss, während Transistor-Bass-Amps locker bis zu 1000 Watt liefern.

E-Gitarristen haben es da besser, weil sie mit Verstärkerleistungen zwischen 20 und 100 Watt schon einen Mordsradau produzieren können, und in dieser Leistungsklasse spielen die besonderen Kosten und Gewichtsnachteile eines Röhrenverstärkers noch keine große Rolle. Für Bass empfiehlt es sich hingegen, den gewünschten Röhren-Sound gegebenenfalls aus der Vorstufe herauszukitzeln, während ein kraftvoller Leistungsverstärker in Transistortechnik fraglos die vernünftigere Variante darstellt.

 

8 Kommentare zu “Gitarrenverstärker: Die Technik dahinter”
  1. Tom Bayer

    Toll geschrieben! Könnt ihr mir bitte die verwendeten Quellen bez. Röhrenverstärker mailen? Danke 😉

    Antworten
  2. Rudolf Gajus

    Mein alter Trace-Elliot Quatra-Valve aus 1984 bietet zum Glück alles: 12-fach EQ, pre- und post EQ Preshape-Taste + separate Booster-Taste, und serielles + paralleles
    Einschleifen v. Effekten, 200 Watt Sinus – das reicht für 500 Watt Musik-Power…..
    Leider wird dieses Modell nicht mehr produziert.

    Antworten
  3. Volker Lohweg

    Prima Report, auch gut für Nichttechniker-Musikerinnen und -Musiker geschrieben. Ansonsten kann ich Kollegen Zollner nur beipflichten: Bitte den/die Autor/Autoren bitte nennen; gehört einfach dazu und zeichnet Qualtätsjournalismus aus. Danke sehr!

    Antworten
  4. Uwe Cossmann

    Für mich ist die ewige Diskussion Röhren-/Transistoramp spätestens mit dem Axe-Fx II XL mit der Quantum Firmware erledigt. Ich sage das, nachdem ich 37 Jahre mit meiner Klampfe vor Röhrenamps stand und nix mit Tranny gelten ließ ….

    Antworten
  5. Sanwood Studio

    Alles schön… Für mich noch zwei wichtige Details: Modeling = wunderbar, allerdings ausnahmslos mit Zeitverzögerung verbunden. D.h. Der Ton kommt nicht wie gewohnt mit dem Anschlag sondern irgendwas zwischen 5 ms und 25 ms später. Das kann ganz schön nerven.
    Modeling klingt wunderbar, wenn man direkt in die Maschine ( egal ob Band oder Computer ) aufnimmt. Im Übungsraum ist es echter Mist. Irgendwie funktioniert das nicht, wenn man es über Lautsprecher richtig laut verstärkt.

    Antworten
Hinterlassen Sie einen Kommentar

Das könnte Dich auch interessieren: