Lad os se på et eksempel på, hvordan det fungerer. Forestil dig, at du spiller nogle toner på din guitar, men denne gang tilslutter du den til en forstærker. Din guitar vil producere et svagt signal, og forstærkeren vil tage det ind og gøre det stærkere.
På billedet nedenfor kan du se dit guitarsignal (blåt) og det forstærkede udgangssignal (rødt).
Som du kan se, gør forstærkeren de lave punkter lavere, de høje punkter højere, og dermed gør den signalet som helhed stærkere.
Men hvorfor har vi overhovedet brug for denne forstærkning?
Du kan forestille dig, at en stor koncerthøjttaler har brug for et meget stærkt signal for at kunne producere de 100+ decibel, der er nødvendige for at få folkemængder til at danse, hoppe eller headbange. Når alt kommer til alt, er lyd bare luft i bevægelse, og for at flytte luft skal du bruge højttalere, der fysisk bevæger sig.
Forstærkeren er det stykke udstyr, der forvandler det lav-effekt signal fra en pladespiller, elguitar eller mikrofon til et høj-effekt signal, der er i stand til at bære lyden gennem højttalerne og hen over enorme festivalområder.
En lydforstærker kan være en separat enhed, hvilket er populært blandt audiofile, der gerne vil have granulær kontrol over hvert enkelt aspekt af deres musik. De fleste moderne musikanlæg – samt telefoner, mp3-afspillere, fjernsyn, bærbare computere osv. – har dog en indbygget forstærker. De højttalere, som musikere bruger til deres instrumenter (nogle gange blot omtalt som “forstærkere” eller “forstærkere”), kombinerer normalt en forstærker med en højttaler i et enkelt kabinet.
Så… Det er det? Forstærkere gør lyden højere?
Ja, ja. Men det er ikke så nemt, som du måske tror. I dag er det let at tage for givet, at enhver enhed kan gøre lyden højere på forespørgsel (helst med en smartphone). Men at dette er muligt er alt sammen takket være indbyggede forstærkere i de systemer, vi interagerer med hver dag.
Og det betyder heller ikke, at det er ligetil at forstærke. Masser af faktorer som gain (udgangseffekt), støj (uønskede ekstra lyde) og forvrængning (en uskarp effekt, der opstår, når forstærkeren presses ud over sine grænser) bestemmer en forstærkers karakter og kvalitet.
En anden vigtig faktor er frekvensgangen. Dette er et mål for, hvor meget en forstærker reagerer på høje og lave frekvenser. Hvis en bestemt forstærker f.eks. gør lave lyde meget højere end høje lyde, er frekvensresponsen for den pågældende forstærker skæv. Med andre ord: den repræsenterer input forkert.
Disse folk ønsker en forstærker med et frekvensrespons, der er så lineært som muligt, så alle frekvenser er lige godt repræsenteret i output. Hvis du imidlertid kan lide følelsen af en dyb bas, der kildrer dit trommehinde, bør du måske vælge en forstærker, der fremhæver de lave frekvenser. Som forstærkeren i et par Monster Beats Tour-hovedtelefoner:
Okay, så hvordan fungerer en forstærker?
Lad os tage et kig på de grundlæggende trin, som enhver forstærker tager:
- Først tager den imod to indgange: 1) en stærk elektrisk strøm fra en stikkontakt og 2) et svagt signal fra din guitar, mikrofon eller elektroniske trekant.
- Dernæst bruger den signalet til at regulere den kraftige strøm. Forestil dig, at indgangen fungerer som en gate, der lader strømmen passere præcis i overensstemmelse med indgangssignalet. Dette trin er afgørende, fordi det forvandler strømmen til en stærkere version af indgangssignalet.
- Det nye signal sendes ud til en højttaler.
Udover denne kerneproces vil din gennemsnitlige forstærker foretage en masse omdannelse og filtrering og kontrol, alt sammen for at sikre, at udgangssignalet er præcist og smukt.
Så hvad med lamperne?
Det er tid til at blive historisk! Forstærkere har ikke været de samme siden deres opfindelse i 1912. I årtier blev forstærkningen foretaget af vakuumrør. Det er fysiske glasrør med tre komponenter:
- et varmelegeme i bunden kaldet katode;
- en plade i toppen kaldet anode;
- et gitter i midten, som kan blokere eller tillade partikler.
Nu skal vi se på, hvordan en rørforstærker udfører de tre trin fra oven.
Først varmes katoden op, den begynder at lyse rødt, og den affyrer elektroner – små elektriske partikler. Disse elektroner vil gerne strømme til toppen, fordi vi også oplader anoden positivt. Da elektroner er negativt ladede, tiltrækkes de af alt positivt. Så det giver en kontinuerlig strøm af elektroner fra katoden til anoden; den elektriske strøm fra trin 1.
Det er her, at gitteret i midten kommer ind i billedet. Det er negativt ladet og afstøder derfor elektronerne og forhindrer dem i at nå frem til anoden. Dette gitter er imidlertid forbundet med indgangssignalet fra din guitar. Og selv om det fungerer som en gate for at blokere elektronstrømmen, vil det lade nogle partikler passere igennem, hvis det får et signal fra guitaren. Forestil dig bare, at du spiller en tone på din guitar. Den vil sende et signal til forstærkeren, til porten i røret, som fortæller porten, at den skal lukke nogle elektroner igennem. Hvad mere er: Strømmen af elektroner er så voldsom, at for hver elektron i indgangssignalet vil gaten lade flere elektroner slippe igennem. Så strømmen af elektroner bliver til indgangssignalet, blot stærkere. Dette er forstærkningen af trin 2.
Dette nye signal opfanges derefter af anoden, som kanaliserer det videre til den næste komponent i systemet. De fleste forstærkere har flere rør til flere trin af forstærkning, så signalet sendes enten til gitteret i det næste rør eller ud af forstærkeren og til højttaleren. Dette er trin 3.
Det viser sig, at disse gamle rørforstærkere gjorde et ret godt stykke arbejde! Lyden på nogle af disse forstærkere var fænomenal, som elektronikmagasinet Wireless World skrev om Williamson-forstærkeren i 1947:
Ingen forvrængning kan registreres, selv når forstærkeren gengiver orgelmusik, herunder pedaltoner i størrelsesordenen 20c/s , som når tærsklen for maksimalt output. Test med et direkte mikrofonkredsløb med lyde som f.eks. klirrende tangenter afslører en ekstraordinær realisme. Forstærkeren kan beskrives som praktisk talt perfekt til lydgengivelse af kanaler med den højeste troværdighed.
I 1970’erne droppede de fleste forstærkere deres voluminøse vakuumrør og skiftede til transistorer. Disse er – som regel små – elektroniske enheder, der gjorde det muligt at opnå samme form for forstærkning som vakuumrør. Og det er let at se, hvorfor folk skiftede: transistorer er mindre, lettere og mere energieffektive.
Nogle mennesker siger dog, at denne effektivitet har en pris. De siger, at lyden fra en rørforstærker er varmere og fyldigere end lyden fra en transistorforstærker. Ligesom debatten om vinyl og mp3’er er dette en diskussion, der langt fra er afgjort blandt audiofile.
Nogle musikere foretrækker rørforstærkere, simpelthen fordi det giver dem en naturlig måde at skabe overdrive på: Når du presser en rørforstærker for meget, skærer den af på lydbølgernes toppe og dale, hvilket skaber en grynet effekt. Kunstnere som Chuck Berry brugte denne effekt til deres fordel, idet de fascinerede de unge og skræmte forældrene med den kantede lyd. Senere ville musikere efterligne denne overdrive-effekt med pedaler og skabe tungere versioner af den som f.eks. distortion og fuzz.
Selvfølgelig kan disse effekter nu også nemt efterlignes med pedaler. Men selv om deres vintage-fordele er blevet overhalet af mere sofistikeret teknologi, er forstærkere stadig en uerstattelig del af vores hverdag.