Faszination Röhre: So funktionieren Röhrenverstärker

Sinfonia, Magnat und Cayin sind nur einige Hersteller, die regelmäßig HiFi-Röhrenverstärker auf den Markt werfen. Was macht die Faszination dieser Gerätegattung aus, dass sie auch hundert Jahre nach ihrer Entstehung noch nicht zum alten Eisen gehört?

Anfang des 20. Jahrhunderts erblickte die Elektronenröhre das Licht der Welt und es war, als hätte die Menschheit nur auf sie gewartet. Als einziges Bauteil, das damals elektronische Signale verstärken konnte, kam sie in einer Flut von Neuentwicklungen zum Einsatz. Ohne Röhrentechnik hätte es kein Radio, keinen Plattenspieler, keinen Tonfilm und keinen Computer gegeben. Nach dem Zweiten Weltkrieg zeichnete sie maßgeblich für den E-Gitarren-Sound verantwortlich und prägte damit das Lebensgefühl ganzer Generationen.

Der Siegeszug der Röhre begann mit der 1913 entwickelten Röhrentriode. Die besteht aus einer Glasglocke, die einen luftleeren Raum umschließt. Darin befinden sich ein Draht (Kathode), ein Auffangblech (Anode) und ein als Steuergitter bezeichnetes Drahtgeflecht. Der Draht schleudert bei Erhitzung negativ geladene Elektroden aus, die bei einigen hundert Volt Spannung vom positiv geladenen Blech angezogen und aufgefangen werden. Auch am Steuergitter liegt eine Spannung an. Je negativer sie ist, desto weniger Strom fließt durch die Röhre, weil sich gleichgerichtete Ladungen abstoßen – die von der Kathode kommenden negativ geladenen Teilchen haben es schwerer, am ebenfalls negativ geladenen Gitter vorbei zu kommen. Über die Gitterspannung lässt sich so der Stromfluss in der Röhre beeinflussen, wobei schon eine kleine Spannungsänderung eine hohe Strom- und Leistungsänderung zur Folge hat. Dadurch eignet sich die Triode als Verstärker und kommt bis heute im Vorverstärkerteil von HiFi-Amps zum Einsatz.

Allerdings hat die Triode einige Nachteile: Anode und Steuergitter wirken wie ein Kondensator, der hohe Frequenzen passieren lässt. Dadurch kommt es bei hochfrequenten Signalen zu unerwünschten Rückkopplungen der Ausgangsspannung an der Anode auf das Gitter. Bei der Weiterentwicklung, der Tetrodenröhre, versucht man, dies durch ein zusätzliches Schirmgitter zu verhindern. Zwischen Anode und Steuergitter angebracht, soll es mit seiner positiven Spannung die beiden Bauteile voneinander abschirmen. Nun taucht jedoch ein neues Problem auf: Die in die Anode eintreffenden Elektronen lösen durch ihre Wucht andere Elektronen aus dem Blech heraus, die – ohne große Bewegungsenergie – mit abgeprallten Elektronen eine Elektronenwolke um das Anodenblech bilden. Sinkt die Anodenspannung bei hoher Aussteuerung der Röhre unter die Spannung des Schirmgitters ab, zieht das positiv geladene Schirmgitter die Elektronen am stärksten an. Damit lässt der Anodenstrom stark nach und das Ausgangssignal verzerrt, weil ein Teil des Stroms über das Schirmgitter abfließt und nicht mehr als Anodenstrom zur Verfügung steht. Das hat eine geringere Ausgangsspannung und Ausgangsleistung zur Folge. Mit einem dritten Gitter, dem Bremsgitter, hält man in der 1926 entwickelten Pentode, die Elektronen vom Schirmgitter fern. Das Bremsgitter besitzt ein stark negatives Potential, um die stehenden Teilchen der Elektronenwolke abzustoßen. Dabei ist es grobmaschig, damit die von der Kathode kommenden schnellen Elektronen hindurchfliegen können. Pentoden lassen sich weiter aussteuern als Trioden und Tetroden, was sie zu beliebten Endstufenröhren macht.

Die Pentodenröhre läutete in den fünfziger Jahren das Hi-Fi-Zeitalter ein, denn hochwertige Röhrenverstärker konnten das Audio-Signal für damalige Verhältnisse auffallend linear verstärken. Hi-Fi, die Abkürzung von High Fidelity, bedeutet schließlich nichts anderes als ‚Hohe (Klang-)Treue‘. Doch war man sich schon damals der Nachteile der Röhrentechnik bewusst: Röhren sind aufwendig herzustellen und somit teuer. Sie brauchen Zeit und viel Strom, um sich aufzuheizen. Weil ein Großteil der investierten Energie in Wärme umgesetzt wird, ist ihr Wirkungsgrad niedrig, der Verschleiß dafür umso höher. Sie verstärken den Frequenzbereich nicht linear und leicht verzögert. Außerdem haben sie einen hohen Klirrfaktor, verzerren das Signal also recht stark. Mit zunehmender Betriebsdauer klingen sie anders. Aufgrund all dieser Nachteile entwickelte man in den 1950er und 1960er Jahren den Transistorverstärker, eine halbleiterbasierte Schaltung, die so ziemlich alles besser macht als die Röhre. Er ist bedeutend billiger, muss sich nicht aufheizen, braucht kaum Strom und überträgt das Signal direkt und nahezu linear bei einem geringen Klirrfaktor. Es schien, als hätte die Röhre ausgedient. Lediglich in Gitarrenverstärkern kam sie noch zum Einsatz, weil dort die Röhrenverzerrungen und Rückkopplungen von Vorteil sind. Im Hi-Fi-Bereich wurde es viele Jahre ruhig um die Elektronenröhre, bis Ende der Neunziger Jahre erste hochwertige Hi-Fi-Röhrenverstärker auf den Markt drängten. Nimmt man den Begriff High Fidelity für bare Münze, schneiden diese in vielen Bereichen schlechter ab als ihre halbleiterbasierten Brüder. Besonders ihr nicht linearer Frequenzgang und hoher Klirrfaktor werden ihnen als Nachteile ausgelegt.

Was aber macht die Faszination der Röhre aus? Röhren wohnt ein unwiderstehlicher Retrocharme inne, der manchen Liebhaber Abstriche im Klanglichen hinnehmen lässt. Auch ein mäßiger Klang wird dann als besonders „warm“ und „weich“ verklärt. Zudem spielen moderne Röhrenverstärker designmäßig in der ersten Liga. Viele Produkte erinnern an Oldtimer-Autos, einige versprühen Science-Fiction-Charme. Fast immer sind die sanft glimmenden Röhren sichtbar außerhalb des Gehäuses angebracht. Manchmal täuschen sie eine reine Röhrenschaltung nur vor und in Wahrheit verstecken sich Transistoren im Signalpfad. Viele Hersteller wissen um die optischen Vorzüge leuchtender Röhren und hellen diese künstlich auf. Wegen des geschmackvollen Designs, aber auch wegen der hohen Preise, sind Röhrenverstärker beliebte Sammlerobjekte. Marketingexperten nutzen das Phänomen, dass potentielle Kunden teuere Geräte als qualitativ besser einschätzen. Ist also der klangliche Vorsprung der Röhrenverstärker nur eingebildet? Nur geschicktes Marketing unter Ausnutzung eines Retrotrends?