Wat doet een versterker?

Laten we eens kijken naar een voorbeeld van hoe dit werkt. Stel je voor dat je wat noten speelt op je gitaar, maar deze keer sluit je hem aan op een versterker. Je gitaar produceert een zwak signaal, en de versterker neemt het op en maakt het sterker.

In de afbeelding hieronder zie je het signaal van je gitaar (blauw) en het versterkte uitgangssignaal (rood).

Zoals u ziet, maakt de versterker de lage punten lager, de hoge punten hoger, en dus het signaal als geheel sterker.

Maar waarom hebben we deze versterking eigenlijk nodig?

Wel, u kunt zich voorstellen dat een grote concertluidspreker een zeer sterk signaal nodig heeft om de 100+ decibels te produceren die nodig zijn om mensenmassa’s te laten dansen, springen of headbangen. Geluid is tenslotte gewoon bewegende lucht, en om lucht te verplaatsen heb je luidsprekers nodig die fysiek bewegen.

De versterker is het apparaat dat het signaal met een laag vermogen van een draaitafel, elektrische gitaar of microfoon omzet in een signaal met een hoog vermogen dat het geluid door de luidsprekers en over uitgestrekte festivalterreinen kan dragen.

Een audioversterker kan een afzonderlijke eenheid zijn, wat populair is bij audiofielen die graag een granulaire controle hebben over elk afzonderlijk aspect van hun muziek. De meeste moderne muziekinstallaties – en ook telefoons, mp3-spelers, televisies, laptops, enz. – hebben echter een ingebouwde versterker. De luidsprekers die muzikanten gebruiken voor hun instrumenten (soms simpelweg “versterkers” of “amps” genoemd) combineren meestal een versterker met een luidspreker in een enkele behuizing.

Dus… dat is het? Versterkers maken geluid luider?

Wel, ja. Maar dat is niet zo makkelijk als je denkt. Tegenwoordig is het vanzelfsprekend dat elk apparaat geluid op verzoek harder kan maken (liefst met een smartphone). Maar dat dit mogelijk is, is allemaal te danken aan ingebouwde versterkers in de systemen waar we dagelijks mee omgaan.

En dat wil niet zeggen dat versterken ook eenvoudig is. Veel factoren, zoals versterking (het vermogen van de uitgang), ruis (ongewenste bijgeluiden) en vervorming (een vaag effect dat wordt veroorzaakt door de versterker over zijn grenzen te duwen), bepalen het karakter en de kwaliteit van een versterker.

Een andere belangrijke factor is de frequentierespons. Dit is de maatstaf van hoe sterk een versterker reageert op hoge en lage frequenties. Als een bepaalde versterker bijvoorbeeld lage geluiden veel luider laat klinken dan hoge geluiden, dan is de frequentierespons van die versterker scheef. Met andere woorden: hij geeft de input verkeerd weer.

Sommige mensen willen een versterker met een frequentierespons die zo lineair mogelijk is, zodat elke frequentie in de output gelijkelijk is vertegenwoordigd. Als u echter houdt van het gevoel van een diepe bas die uw trommelvlies kietelt, kunt u misschien beter gaan voor een versterker die de nadruk legt op lage frequenties. Zoals de versterker in een paar Monster Beats Tour-hoofdtelefoons:

Okee, hoe werkt een versterker?

Laten we eens kijken naar de basisstappen die een versterker doorloopt:

1. Eerst neemt hij twee inputs op: 1) een sterke elektrische stroom uit een stopcontact, en 2) een zwak signaal van je gitaar, microfoon of elektronische driehoek.
2. Dan gebruikt hij het signaal om de sterke stroom te regelen. Stel je voor dat de ingang fungeert als een poort die de stroom laat passeren precies volgens het ingangssignaal. Deze stap is cruciaal, omdat hij de stroom in een sterkere versie van het ingangssignaal verandert.
3. Het nieuwe signaal wordt naar een luidspreker gestuurd.

Naast dit kernproces doet een gemiddelde versterker nog een heleboel transformaties en filteringen en controles, allemaal om ervoor te zorgen dat het uitgangsgeluid accuraat en mooi is.

En hoe zit het met de lampen?

Tijd om historisch te worden! Versterkers zijn niet hetzelfde gebleven sinds hun uitvinding in 1912. Decennia lang werd de versterking gedaan door vacuümbuizen. Dit zijn fysieke glazen buizen met drie componenten:

• een verwarmingselement onderaan, kathode genaamd;
• een plaat bovenaan, anode genaamd;
• een rooster in het midden dat deeltjes kan tegenhouden of doorlaten.

Laten we nu eens kijken hoe een buizenversterker de drie stappen van hierboven uitvoert.

Eerst warmt de kathode op, hij begint rood te gloeien en hij vuurt elektronen af – kleine elektrische deeltjes. Deze elektronen zullen naar de top willen stromen, omdat we de anode ook positief laden. Omdat elektronen negatief geladen zijn, worden ze aangetrokken door alles wat positief is. Dit zorgt dus voor een ononderbroken stroom elektronen van de kathode naar de anode; de elektrische stroom van stap 1.

Dit is waar het rooster in het midden in het spel komt. Het is negatief geladen, en stoot dus de elektronen af en voorkomt dat ze de anode bereiken. Dit rooster, echter, is verbonden met het ingangssignaal van uw gitaar. En hoewel het als een poort fungeert om de stroom elektronen te blokkeren, zal het sommige deeltjes doorlaten als het een signaal van de gitaar krijgt. Stel je voor dat je een noot speelt op je gitaar. De gitaar stuurt een signaal naar de versterker, naar de poort in de buis, die de poort opdraagt enkele elektronen door te laten. Sterker nog: de stroom elektronen is zo hevig, dat voor elk elektron in het ingangssignaal, de poort meerdere elektronen doorlaat. De stroom elektronen verandert dus in het ingangssignaal, alleen sterker. Dit is de versterking van stap 2.

Dit nieuwe signaal wordt dan opgepikt door de anode, die het verder kanaliseert naar de volgende component in het systeem. De meeste versterkers hebben meerdere buizen voor meerdere versterkingsstappen, zodat het signaal ofwel naar het rooster van de volgende buis wordt gestuurd, ofwel uit de versterker en naar de luidspreker. Dit is stap 3.

Zo blijkt maar weer dat deze oude buizenversterkers het behoorlijk goed deden! Het geluid van sommige van deze versterkers was fenomenaal, zoals het elektronicatijdschrift Wireless World in 1947 schreef over de Williamson-versterker:

Er is geen vervorming waarneembaar, zelfs niet wanneer de versterker orgelmuziek reproduceert, inclusief pedaalnoten van de orde van 20 c/s , die de drempel van de maximale output bereiken. Tests met een direct microfooncircuit met geluiden zoals klingelende toetsen onthullen een buitengewoon realisme. De versterker kan worden omschreven als vrijwel perfect voor het weergeven van geluid op kanalen van de hoogste getrouwheid.

In de jaren zeventig hebben de meeste versterkers hun omvangrijke vacuümbuizen gedumpt en zijn ze overgeschakeld op transistors. Dit zijn – meestal piepkleine – elektronische apparaatjes die eenzelfde soort versterking mogelijk maakten als vacuümbuizen. En het is gemakkelijk te begrijpen waarom men is overgeschakeld: transistors zijn kleiner, lichter en energiezuiniger.

Sommigen zeggen echter dat deze efficiëntie een prijs heeft. Ze zeggen dat het geluid van een buizenversterker warmer en rijker is dan dat van een transistorversterker. Net als het debat over vinyl en mp3’s is dit een discussie die onder audiofielen nog lang niet is beslecht.

Sommige musici geven de voorkeur aan buizenversterkers omdat ze daarmee op een natuurlijke manier overdrive kunnen creëren: als je een buizenversterker te ver drijft, snijdt hij de pieken en dalen van de geluidsgolven af, waardoor een gruizig effect ontstaat. Artiesten als Chuck Berry gebruikten dit effect in hun voordeel, intrigeerden de jeugd en joegen ouders de stuipen op het lijf met het edgy geluid. Later bootsten muzikanten dit overdrive-effect na met pedalen, waarmee ze zwaardere versies creëerden, zoals distortion en fuzz.

Natuurlijk kunnen deze effecten nu ook gemakkelijk met pedalen worden gerepliceerd. Maar ook al zijn hun vintage extraatjes ingehaald door meer geavanceerde technologie, versterkers zijn nog steeds een onvervangbaar onderdeel van ons dagelijks leven.