Wie funktioniert ein Röhrenverstärker?

. Von großen Sounds und unvergleichlichen Klängen ist die Rede, wenn wir von Röhrenverstärkern für Gitarre und Bass sprechen. Doch warum und wie entsteht eigentlich der echte Röhrensound? Wir stellen die wichtigsten Bauteile des Röhrenverstärkers vor und gehen auch auf die Funktionsweisen der einzelnen Komponenten ein. Der Röhrenverstärker ist ein komplexer Organismus – aber keine Sorge: Die grundsätzliche Funktionsweise ist auch ohne Ingenieursstudium gut verständlich!

Allgemeine Informationen zum Röhrenverstärker

Bevor wir über die Funktionsweise des Röhrenverstärkers sprechen und die einzelnen Bauteile näher betrachten, sollte einmal ein Blick auf den gesamten Zusammenhang geworfen werden – auf die Frage: Was ist eigentlich ein Verstärker?

Was ist eigentlich ein Verstärker?

Auch wenn die Frage merkwürdig erscheint, besonders im Zusammenhang mit Instrumentalverstärkern lohnt sich ein genauer Blick – vieles, was klar scheint, bedarf der ein oder anderen Erklärung. In der Grundsache ist ein Röhrenverstärker, egal ob Hifi-Amp oder Röhrenverstärker für E-Gitarre und Bass, ein elektronisches Gerät. Es hat die Aufgabe, ein schwaches Eingangssignal technisch zu verstärken, um es am Ende des Schaltkreises mit erhöhtem Pegel wieder auszugeben.

Übrigens: Lautsprecher sind zwar in der Regel Empfänger dieses Signals, doch das ist nicht zwingend notwendig – man denke zum Beispiel an Direktausgänge fürs Recording, Kopfhörerbuchsen, etc.! Während aber Hifi-Röhrenverstärker die Aufgabe haben, das eingehende Signal möglichst originalgetreu wiederzugeben, kommt beim Röhrenverstärker für E-Gitarre und Bass noch eine weitere Aufgabe hinzu: Sie müssen dem Signal einen Klang, einen Charakter geben. Durch das komplexe Zusammenwirken der einzelnen Bauteile entsteht im Mix ein natürlicher und im Optimalfall angenehmer Sound, der durch einen Lautsprecher wiedergegeben werden kann. Verstärker funktionieren also besonders im Instrumentalbereich zum einen als reine “Pegel-Erhöher”, zum anderen aber auch als “Klangfärber”.

Doch wie wird aus dem leisen, niedrigen Pegel der fette Röhrensound, den wir Gitarristen so lieben? Wie schafft der Röhrenamp das? Ein Blick auf die inneren Werte kann Aufschluss geben:

Wie funktioniert ein Röhrenverstärker – ein Blick auf die einzelnen Bauteile der Soundkette

Um die Funktion eines Amps genau beschreiben zu können, macht es Sinn, dem Signalweg von der Gitarre aus zu folgen – bis wir am Ende am Lautsprecher ankommen!

Exkurs: Funktion eines Tonabnehmers

Da es zum Thema dazugehört, folgt ein sehr kurzer Exkurs zur Funktionsweise des Tonabnehmers oder Pickups der Gitarre (beim Bass folgt die Funktion dem Beispiel):

Pickups bestehen aus drei zentralen Elementen: ein Gehäuse, eine Drahtspule und ein (oder mehreren) Magnet. Die Magnete und die Spule erzeugen ein Magnetfeld, welches durch Induktion (Physikleistungskurs aufgepasst!) ein schwaches Ausgangssignal erschafft.

Die metallene Saite der Gitarre bewegt sich beim Anschlag durch das Magnetfeld und beeinflusst durch diese Schwingungen den ausgegebenen Strom. Dieser wird durch ein Kabel an die Ausgangsbuchse der Gitarre gesendet und dort mittels eines Instrumentenkabels an den Eingang des Verstärkers geschickt. Hier beginnt unsere Reise!

Eingangsbuchse

An der Eingangsbuchse des Verstärkers wird das Signal aus dem Instrumentenkabel aufgenommen. Dieses Signal ist grundsätzlich ein Mono-Signal. Es bedient also nur einen Kanal und muss für eine spätere Stereowiedergabe weiterverarbeitet bzw. verdoppelt werden.

Die Eingangsbuchse ist in der Regel aus einem gut leitenden Metall gefertigt und gelegentlich (besonders im Hifi-Bereich) mit Edelmetallen beschichtet, um das Signal der Gitarre möglichst verlustarm zu übertragen.

Übrigens: Wann immer Hersteller von “verlustfreiem” Übertragen sprechen ist dies als Werbemaßnahme zu bewerten – ein minimaler Verlust ist allein aufgrund der physikalischen Widerstände stets zu erwarten!

Das Signal wird von der Eingangsbuchse nun weitergeleitet und für den weiteren Weg vorbereitet – wir kommen zu den Vorstufenröhren!

Vorstufe

Das noch immer schwache Signal kommt an der ersten Röhrenstufe an und wird nun durch die Elektronenröhren der Vorstufe geleitet. Hierbei wird das Signal verstärkt, um im weiteren Verlauf für andere Bauteile wie Equalizer, evtl. Effekt-Loops oder Klangregler verarbeitbar zu sein. Den Aufbau einer Elektronenröhre zu erklären, ist grundsätzlich recht simpel – die Funktionsweise selbst dagegen gibt auch erfahrenen Technikern kleinere Rätsel auf. Um das Signal zu verstärken, wird eine Kathode (im Prinzip ein kleiner Draht) durch eine sogenannte Heizung (technisch gesehen eine Spannungsquelle) so lange erhitzt, bis diese glüht. Glüht der Draht, so gibt er Elektronen ab – diese negativ geladenen Teilchen bewegen sich durch das Vakuum im Inneren der Röhre und werden von der positiv geladenen Anode gewissermaßen angesaugt.

Auf dem Weg von der negativ geladenen Kathode hin zur positiv geladenen Anode passieren die Elektronen ein negativ geladenes Gitter. Dieses Gitter verhindert den ungebremsten Durchstrom der Elektronen. Wird die Gitterspannung erhöht, steigt auch der Widerstand und die Ausgangsleistung wird beeinflusst. Der Glühdraht, das Gitter und die Anoden beeinflussen also die Signalstärke, welche an den weiteren Schaltkreis abgegeben wird.  Und dieser besteht im folgenden Teil aus unterschiedlichsten Bauteilen – entweder geht es direkt weiter in die Endstufe, oder aber es wird eine Effekt-Einheit zwischengesetzt. Hier lohnt ein weiterer kurzer Blick:

Effekt-Loop

Viele Verstärker besitzen integrierte Effekt-Einheiten. Sei es die klassische Hallspirale, ein Equalizer oder andere Soundmodulationen – sie alle werden nach der Vorstufe angesteuert. Sie können, so denn alles funktioniert, das Signal weiter verändern, anpassen und für die finale Verstärkung durch die Endstufe vorbereiten. Effekt-Loops werden so genannt, da das Signal hier an eine externes Effektgerät ausgelagert und wieder vor der Endstufe zurückgeführt wird. funktionieren. Diese Effect-Loop kann passive sein, wird aber in hochwertigeren Anwendungen aktiv gepuffert. Das bedeutet, dass oft das Ausgangssignal, aber in jedem Fall das zurückkommende Effektsignal durch eine Verstärkerstufe im Amp an den benötigten Pegel angepasst werden kann.

Der genaue Aufbau einer Effektkette ist jedoch hoch individuell. Sie wird in der Regel durch jeden Gitarristen selbst durch unterschiedliche Effektpedale beeinflusst. Nur so viel sei gesagt: Am Ende der Kette kommt ein moduliertes, verändertes, verzerrtes oder sonst wie beeinflusstes Signal bei der Endstufe an und möchte nun endlich gehört werden.

Endstufe

Auch die Endstufe besteht aus einer oder mehreren Röhren. Je nach Hersteller variieren die verwendeten Röhren. Klassische Endstufenröhren sind zum Beispiel EL 84, 6L6 oder KT88 Röhren – jede hat dabei ihre eigenen Charakteristiken. Die Endstufenröhren übernehmen nun die finale Leistungssteigerung. Ein Ausgangsübertrager übersetzt das Ausgangssignal der Röhren auf einen niederohming Pegel meist von 4, 8 oder 16 Ohm. Wichtig dabei ist, dass damit die Ausgangsseite von der gefährlichen Hochspannung der Endröhren getrennt wird. Nun verfügt das Signal über die richtige Impedanz und genügend Leistung, um die Membran der Lautsprecher in Bewegung zu setzen.

Wie schon bei den Vorstufenröhren wird das Eingangssignal verstärkt und an die nachfolgenden Bauteile übergeben. Doch das läuft dank der Röhren nicht immer ganz “glatt” – anders als beim Hifi-Röhrenverstärker:

Exkurs: Röhrensättigung und Verzerrung

Ein besonders beliebtes Merkmal von Röhrenverstärkern ist, dass die Signalverstärkung nicht immer perfekt funktioniert – es kommt zu Leistungsspitzen und -abfällen, was zu einem verzerrten Signal führt. Die Verzerrung von Vor- und Endstufenröhren beinhaltet, anders als etwa bei Transistoramps, sehr viele Obertöne. Diese Obertöne lassen die durch Elektronenröhren verzerrten Klänge für das menschliche Ohr angenehmer und organischer klingen. Und genau hier liegt das Geheimnis des genialen Röhrensounds – es sind die Obertöne, die bei der Übersteuerung von Röhren entstehen!

Signalausgang

Nachdem das Signal nun einen weiten Weg von der Gitarre durch die Vorstufe, Effektabteilung und Endstufe genommen hat, gelangt es nun an einem Ausgang. Hier wird das Signal, wenn alles funktioniert, mittels eines Lautsprecherkabels abgenommen und an die Boxen geschickt. Der Rest ist wunderbarer, fetter Röhrensound!

Achtung: Dem aufmerksamen Leser ist nicht entgangen, dass das Signal am Anfang durch ein Kabel geleitet wird, nur am Ende wieder durch ein Kabel zu fließen. Durch die stark angehobene Signalstärke müssen diese Kabel sich daher voneinander unterscheiden! Beim Kauf eines Verstärkers sollte also dringend darauf geachtet werden, dass es sich um ein echtes Lautsprecherkabel handelt. Ein einfaches Instrumentenkabel ist dafür nicht geeignet.

So funktioniert ein Röhrenverstärker

Das Zusammenspiel zwischen Technik und Kunst: Die technische Funktionsweise eines Röhrenverstärkers kann gut erklärt werden. Dennoch ist es die Auswahl und das Zusammenspiel der Einzelteile, was am Ende den Sound ausmacht. Insbesondere die Auswahl der Röhren und deren Einstellung, sowie die Lautsprecher sind verantwortlich für die auffälligsten Unterschiede. Wir hoffen, die Funktion von Hifi-Röhrenverstärker und Röhrenverstärker für Gitarren verständlich erläutert zu haben und wünschen viel Spaß in der Welt der Röhrenamps!
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Bildquellen:
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Liegende E-Gitarre: © Zerophoto – stock.adobe.com