DE BUIZENVERSTERKER ALGEMENE INFO

De (tube)buizenversterker: de pro's en contra's

De buis is terug van nooit helemaal weggeweest, en dat is best verbazend voor een technologie die een tijd lang tot uitsterven gedoemd leek. We zien buizen niet alleen opduiken in versterkers, maar ook in cd-spelers en zelfs in iPod-docks. Wat maakt ze zo bijzonder?

Buizen zijn - of waren, AL naargelang je het bekijkt - een belangrijk onderdeel in de wereld van elektronische schakelingen. De geschiedenis van de buis - ook wel lamp genoemd - begint in 1904, als de Brit Ambrose Fleming een patent neemt op de elektronenbuis.

Het principe van de buis is gebaseerd op het Edison-effect, ook bekend als thermionische emissie. De gloeilamp die Edison uitvond had namelijk een vervelende bijwerking: de gloeidraad verdampte, waardoor het glas zwart werd.

Hij ontdekte dat hij daar wat aan kon doen door een metalen plaatje aan te brengen tussen de gloeidraad en het glas. Daarbij kwam hij er ook achter dat er een stroom door het vacuüm kan lopen tussen het los opgestelde plaatje en de positieve pool. De oorzaak daarvan zit hem in de losgeslagen elektronen van de gloeidraad.

Maar als in 1947 de transistor op het toneel verschijnt, raakt de buis steeds meer op de achtergrond. Een transistor kan namelijk alles wat een buis ook kan, maar dan beter. Een transistor is veel kleiner en produceert beduidend minder warmte dan een buis. Daarbij heeft de transistor een langere levensduur, is hij minder kwetsbaar en valt hij ook goedkoper uit.

Muzikale buizen
Als gevolg van dit alles zijn buizen logischerwijs nagenoeg volledig verdwenen uit elektronische toestellen. Behalve in de audiowereld dan, en de term audiowereld mag best breed opgevat worden. Zo vinden we buizen niet alleen in hificomponenten, maar ook in pro-audiotoestellen in studio's en in de versterkers van gitaristen en bassisten.

Want ondanks alle praktische nadelen van buizen tegenover transistors, bieden buizen unieke klankmatige eigenschappen. En precies dat unieke klankkarakter is vandaag de dag het bestaansrecht van de buis. Buizen kunnen namelijk de muziekweergave zo kleuren dat je ze haast als muziekinstrumenten kan beschouwen.

Bij de doorbraak van de transistor in de jaren '60 haalden hififabrikanten massaal hun buizenversterkers van de markt, om ze te vervangen door transistormodellen. Maar amper enkele jaren later, in 1970, wordt door het Amerikaanse bedrijf Audio Research alweer de eerste 'nieuwe' buizenversterker voorgesteld.

Hoe werkt een buis?

De meest eenvoudige buis is de diode. Die bestaat uit een vacuüm getrokken glazen buis waarin een gloeidraad, een kathode (gekoppeld aan de gloeidraad) en een anode (vaak van metaal) zit. Wanneer er stroom door de gloeidraad vloeit verwarmt die de kathode. Dankzij de metaal-oxidelaag die daarop is aangebracht gaat de kathode negatief geladen elektronen uitstralen naar de positief geladen anode.

Maar er bestaan ook complexere buizen, waarbij tussen de kathode en de anode één of meerdere roosters worden aangebracht die de elektronenstroom beïnvloeden. Een diode kan trouwens niet worden ingezet als versterkend element: daarvoor is minstens een triode nodig.

Een triode onderscheidt zich van een diode door de aanwezigheid van een zogenaamd stuurrooster. Dankzij dat stuurrooster verkrijg je met een kleine spanningsverandering een relatief grote stroomverandering waardoor (spannings)versterking ontstaat. Die is natuurlijk wel bruikbaar als versterkend element.

Een tetrode heeft twee roosters, waarbij het extra rooster dient om de versterkingsfactor op te voeren. De pentode heeft al drie roosters: een stuurrooster, een schermrooster en een keerrooster. Verder bestaan er ook nog buizen met vier (hexode), vijf (heptode) en zes (octode) roosters.

Om het nog iets ingewikkelder te maken worden vaak ook combinaties van meerdere elektrodensystemen in een enkele buis gehanteerd zoals de dubbeldiode, de dubbeltriode, de trioheptode, enzovoort. Wat muzikale kenmerken betreft, geniet de triode de voorkeur. Dat komt omdat deze een aangenamer soort vervorming produceert dan de pentode.

Eenvoudig gezegd komt het erop neer dat de vervorming in de tweede harmonischen van een triode veel meer lijkt op wat er bij muziekinstrumenten gebeurt, terwijl vervorming van een pentode in de hogere harmonischen gaat en bijgevolg een stuk onnatuurlijker klinkt. Een nadeel van de triode is dan weer dat ze een stuk minder krachtig is dan de pentode.

De pluspunten...

De bestaansreden van buizen zit hem dus in het bijzondere klankkarakter dat ze bieden. Over buizen wordt gezegd dat ze veelal warmer en zachter klinken, en dus een superieure hoog- en midden weergave bieden. Daar zijn verschillende technische oorzaken voor.

Zo is een buizencircuit ontegensprekelijk een stuk eenvoudiger dan een transistorcircuit, wat ervoor zorgt dat het audiosignaal een minder lange signaalweg moet afleggen. Dat betekent dat er onderweg een kleiner risico is op een aantasting van het muzikale signaal.

Zowel transistoren- als buizencircuits introduceren altijd wel enige harmonische vervorming in het signaal en daarmee komen we bij een tweede belangrijk punt. De vervorming die buizen met zich meebrengen klinkt immers een stuk minder onaangenaam dan die bij transistoren.

De verklaring zit in de manier waarop die vervorming optreedt. Buizen vervormen namelijk vooral in de lagere harmonischen, terwijl transistoren dat vooral in de hogere harmonischen doen en dat laatste valt gewoon veel meer op voor ons gehoor.

Wat buizen ook interessant maakt, is dat ze een stuk lineairder werken dan transistors. Bovendien werken veel buizen zonder interne tegenkoppeling en is hun dempingsfactor lager. Het gevolg van dit alles is dat een buizenversterker als het ware een muziekinstrument wordt. Hij 'behandelt' het geluid dat binnenkomt en voegt er een soort aangename, interessante vervorming aan toe.

Warme saus
Dat gaat uiteraard lijnrecht in tegen het aloude hifidogma van perfecte neutraliteit; dat is uiteindelijk waar de term high fidelity voor staat. Een transistorversterker is wetenschappelijk gezien - en ook meetbaar - superieur aan een buizenversterker omdat hij neutraler is.

Aan de andere kant kan je wel de vraag stellen wat het meeste luisterplezier biedt: een perfect neutrale versterker of een aangenaam klinkende versterker?

Overigens is de ene buizenversterker al neutraler dan de andere. Het is dus een misverstand om ervan uit te gaan dat elke buizenversterker een 'warme saus' over de muziek giet. Een buizenversterker die dat wel doet, geeft de hoge tonen super zacht weer, heeft een uitgesproken laid-back karakter en heeft de neiging om details enigszins te verdoezelen.

Transistorversterkers - vooral de minder goed ontworpen exemplaren - hebben daarentegen weleens last van een scherp, soms wat metalig hoog, wat te sterk aangezette s-klanken bij zangstemmen, enzovoort. Een hard, scherp en enigszins koud klankbeeld dus, als tegenhanger van de warme-saus-benadering.

Of je voor de warme buizenapparatuur gaat of voor toestellen met meer neutraal klinkende buizencircuits is een kwestie van persoonlijke smaak.

Buizen in versterkers

Een versterker bestaat uit een voor- en eindversterkergedeelte. Daarom spreekt men ook over een geïntegreerde versterker, omdat het toestel in feite twee taken in één behuizing uitvoert. Maar er bestaan natuurlijk ook losse voor- en eindversterkers.

Fabrikanten reserveren hun allerbeste technologie meestal voor dit soort toestellen. Een ander voordeel van losse versterkermodules is dat je de eindversterker(s) - veel meer dan een aan-uitknop staat daar gewoonlijk toch niet op - in de buurt van de luidsprekers kan plaatsen en de voorversterker dichtbij je geluidsbronnen.

Eindversterkers kan je op hun beurt ook nog eens in twee hakken, zodat je een losse mono-eindversterker voor elk kanaal overhoudt. Zo'n apparaat wordt ook wel eens monoblok genoemd 

Buizenversterkers kom je tegen in heel wat gedaantes: geïntegreerde versterkers, voorversterkers en eindversterkers - die laatste eventueel ook als monoblok. Gebruikt een geïntegreerde versterker buizen in z'n voorversterkergedeelte en transistors in de eindtrappen, dan spreken we van een hybride versterker.

Buizen in voorversterkers
De meest logische plaats in de hifi-set waar je buizen aantreft is in de voorversterker of in het voorversterkergedeelte van een geïntegreerde versterker. Voorversterkers hebben namelijk genoeg aan lage signaalniveaus, wat voor buizen een stuk makkelijker - lees: goedkoper - te realiseren is dan de veel hogere vermogens die nodig zijn in de eindversterker.

Als je wel wil genieten van het buizengeluid maar al te grote uitgaven en de sterke warmteontwikkeling wilt vermijden, dan zijn buizen in het voorversterkercircuit precies wat je nodig hebt.

De buizen die je aantreft in voorversterkers - doorgaans zijn dat twee tot acht kleinere exemplaren - moeten meestal na 1.000 tot 2.000 speeluren worden vervangen, al is het moeilijk om hier een exact getal op te plakken. Als je bijvoorbeeld drie uur per dag muziek beluistert, hou je het daarmee hooguit twee jaar uit. De gebruikskost van buizenvoorversterkers ligt dus aanmerkelijk hoger dan die van transistorontwerpen.

De kostprijs van zo'n voorversterkerbuis schommelt tussen de 10 en 50 euro. In het eerste geval gaat het om een generisch type, in het tweede geval om een streng gecontroleerde en geselecteerde exemplaren die ook wel eens als 'matched pair' aaangeboden worden..

Buizen kiezen
Je kan ook, tegen een meerprijs, kiezen voor gematchte buizen die dan exact dezelfde versterkingsfactor hebben. Als het volume van de voorversterker bepaald wordt door de buizen - dat is afhankelijk van het ontwerp - dan zijn gematchte buizen bijzonder nuttig, omdat anders het links-rechtsevenwicht van het klankbeeld in het gedrang komt.

De keuze voor een bepaald type buis heeft ook een invloed op de klank. Je zal buizen van verschillende fabrikanten aantreffen die aan dezelfde technische specificaties voldoen, maar toch behoorlijk verschillend klinken. Enig zoek- en experimenteerwerk en de hulp van een vakkundige dealer die van wanten weet zal beslist zijn vruchten afwerpen.

De meest kostbare exemplaren zijn zogenaamde NOS-buizen. NOS staat voor New Old Stock. Het gaat om ongebruikte buizen die al geruime tijd niet meer geproduceerd worden, van merken zoals Telefunken en Siemens. In het Westen zijn de productielijnen voor buizen overigens allang stilgelegd. De buizen uit onze hedendaagse apparatuur zijn dan ook vooral afkomstig uit Rusland en China.

Eindversterkers
In vergelijking met transistorversterkers leveren buizenversterkers doorgaans zeer lage vermogenscijfers. Toestellen met vermogens van 2 x 10 watt of zelfs 2 x 5 watt zijn geen uitzondering. Maar zoals we eerder al vermeldden moet je het vermogen van een buizenversterker met een factor vier vermenigvuldigen om het enigszins te kunnen vergelijken met een transistorversterker.

De cijfers die je dan te zien krijgt zijn echter nog steeds een stuk bescheidener dan bij hun transistorcollega's. Om die reden is het sowieso geen goed idee om een buizenversterker te combineren met luidsprekers met een laag rendement; denk aan cijfers zoals 82 dB/W/m of minder. In zo'n geval is er immers teveel versterkervermogen nodig om een stevig klankbeeld te genereren.

Er zijn buizenversterkers op de markt die dat wel degelijk kunnen, maar die kosten een klein fortuin. Een voorbeeld van zo'n krachtpatser is de McIntosh MC2301, een monoversterker die zomaar eventjes 300 watt aan buizenpower neerzet. Helaas maakt een paartje MC2301's je meteen 27.000 euro lichter.

Luidsprekers met een gemiddelde of hoge gevoeligheid - 90 dB/W/m of meer - vormen geen probleem voor buizenversterkers, ook niet voor de betaalbare modellen. Verder doen buizen het vooral goed in combinatie met gewone, dynamische luidsprekerontwerpen en met hoornluidsprekers. Met elektrostaten lukt het allemaal wat minder goed, tenzij het ontwerp van de versterker daar specifiek is op afgestemd.

Kostenplaatje en onderhoud

Buizen-eindversterkers vallen over het algemeen duurder uit dan transistorversterkers. Dat zit hem niet alleen in de kost van de buizen zelf: ook de transformatoren en de duurdere voedingen drijven de prijs op. En net als in een voorversterker moeten de buizen na een paar jaar sowieso vervangen worden. Hou er ook rekening mee dat de buizen van een eindversterker fors duurder kunnen uitvallen dan de buizen van een voorversterker.

Wat de midden en hoog weergave betreft bieden buizen dezelfde voordelen in eindversterkingscircuits als in voorversterkers. Het vermogen om een solide basweergave neer te zetten blijft echter een heikel punt voor buizen-eindversterkers; een transistorversterker doet het op dat vlak haast altijd een stuk beter.

Daarnaast hebben de buizen ook enig onderhoud nodig, met name voor de bias (voorspanning). Dat houdt in dat je maandelijks de buizen stuk voor stuk bij regelt met een schroevendraaier in de hand tot ze weer perfect afgestemd zijn. Op zich een eenvoudig klusje, maar in vergelijking met een quasi onderhoudsvrije transistorbak is het een hoop gedoe. Gelukkig bestaan er ook fabrikanten die een automatisch afregelsysteem voorzien in hun buizenapparatuur - denk bijvoorbeeld aan het 'AutoBias'-systeem van Primaluna.

Single-ended of push-pull?

Er bestaan twee soorten buizenversterkers: single-ended en push-pull. Het nadeel van single-ended versterkers - ook wel SET-versterkers genoemd (Single Ended Triode) - is dat de opgewekte energie grotendeels verdwijnt in de triodebuis zelf. Het rendement blijft dan ook beperkt tot zo'n 25 procent.

Bij lage frequenties vormt de uitgangstrafo eveneens een belemmering door de lage zelfinductie ervan. Door die kleinere inductiespanning is de laagweergave van dergelijke versterkers toch wel behoorlijk beperkt. De push-pull versterker kent die beperking in veel mindere mate omdat de zelfinductie van de uitgangstrafo hoger ligt.

Het is nogal opmerkelijk, om niet te zeggen choquerend, dat de technologie van single-ended buizenversterkers al meer dan honderd jaar oud is. Een zekere Lee De Forest kreeg namelijk een patent op de triode in 1907 en op de triodeversterker in 1912.

De SET-revival
In de jaren '70 ontstond in Japan een revival van SET-versterkers die geleidelijk overwaaide naar de Verenigde Staten en naar Europa. In een SET-versterker neemt één eindbuis (of een groep eindbuizen) - een triode - de versterking van het gehele audiosignaal voor zijn rekening.

Dit in tegenstelling tot een push-pull ontwerp, waarbij één buis (of een groep eindbuizen) de positieve helft van het audiosignaal voor zijn rekening neemt en een andere de negatieve helft. In dat laatste geval wordt het muzieksignaal in tweeën gehakt, versterkt en dan weer gecombineerd tot één signaal. Dat lukt niet zonder enige vervorming, en dat is meteen een reden waarom SET-versterkers als muzikaler worden beschouwd.

Een ander pluspunt van single-ended versterkers is dat er geen nood is aan negatieve terugkoppeling: een verschijnsel waarbij een klein gedeelte van het uitgangssignaal van de versterker terug aan de ingangen wordt gevoed om versterkerfouten te corrigeren.

Wat technische specificaties betreft scoren single-ended versterkers dan weer ronduit dramatisch. Of wat dacht je van vermogens in de buurt van tweemaal 10 watt en vervormingscijfers van 10 procent? Transistorversterkers produceren met gemak tien keer zoveel vermogen en de vervorming wordt vaak gemeten in duizenden van procenten.

De juiste combinatie

Een ander punt is dat de uitgangsimpedantie van een single-ended versterker met waarden van bijvoorbeeld 2 tot 3 Ohm bijzonder hoog ligt. Omdat de impedantie van een luidspreker geen constante waarde is maar varieert doorheen het frequentiegebied is de frequentierespons van een single-ended versterker in hoge mate afhankelijk van de luidspreker die eraan gekoppeld is.

Een SET-versterker kan bijgevolg heel anders klinken op luidspreker X dan op luidspreker Y. Een juiste combinatie vinden is hier dus van het grootste belang.

Een heleboel nadelen dus, maar daar staat tegenover dat single-ended versterkers in de juiste omstandigheden - lees: in combinatie met de juiste luidsprekers - in staat zijn tot buitengewone muzikale prestaties. Kenmerkend voor SET-versterkers zijn het sterke je-bent-erbij-gevoel (het presence effect), het vloeiende geluid en de afwezigheid van enige hardheid in het geluid.

Single-ended versterkers zijn vooral sterk in het middengebied, dus daar waar de menselijke (zang)stem zich bevindt  (en waarvoor het menselijk oor het gevoeligst is). Naarmate je opschuift naar het hoog en naar het laag, worden hun zwakheden duidelijker. Je zou kunnen stellen dat buizenversterkers sowieso een nicheproduct zijn en dat single-ended versterkers een niche binnen een niche vormen.

Aan de andere kant is het zeer zeker geen gek idee om eens een exemplaar bij je dealer te gaan beluisteren, al is het maar om te proeven van het unieke klankkarakter.

Hoe kies je het geschikte type?

In de eerste plaats moet je dus kiezen voor een geïntegreerde versterker of voor een losse voor- en eindversterker, en daarnaast moet je ook nog bepalen waar je precies met buizen aan de slag gaat: in de voorversterker, de eindversterker of beide.

De volgende stap bestaat uit de keuze tussen een push-pull of een single-ended ontwerp. Bij eindtrappen heb je bij push-pull ontwerpen de keuze tussen een buizenversterker met of zonder uitgangstransformatoren. Die laatste zorgen ervoor dat de impedantie van de versterker aangepast wordt aan die van de luidsprekers.

Maar een uitgangstransformator biedt nog een bijkomend voordeel: hij zorgt ervoor dat harmonische vervorming die ontstaat doordat de twee helften van het audiosignaal worden samengevoegd grotendeels wordt opgeheven.

Het is noodzakelijk dat de uitgangstransformator groot genoeg is, zodat ook de lagere frequenties goed blijven klinken. Buizenversterkers zonder uitgangstransformatoren worden aangeduid met de term OTL (Output-Transformerless).

OTL-versterkers zijn geen beste vriendjes met laag-ohmige luidsprekers. Bovendien zijn ze erg groot en hebben ze een groot aantal buizen nodig om hun ding te doen. Wat laagweergave en dynamiek betreft zijn OTL-machines geen hoogvliegers, maar in het mid en hoog kunnen ze erg goed klinken als ze gecombineerd worden met geschikte luidsprekers.

Triode of pentode?
De volgende vraag bij een buizenversterker is of je gaat voor een triode- of een pentode-eindversterker. Eindtrappen op basis van triodebuizen klinken veelal beter dan hun tegenhangers met pentodebuizen, maar ze produceren gevoelig minder watts. Gelukkig zijn er ook buizenversterkers op de markt waarbij je zelf kan selecteren of ze in triode- of pentodemodus werken.

Tot slot bestaan er ook ultra-lineaire buizenversterkers. Daarbij wordt gebruikgemaakt van pentodes, maar zodanig dat die zich klankmatig eerder gedragen als triodes. Op die manier kunnen de muzikale eigenschappen van de triode min of meer gecombineerd worden met het hogere uitgangsvermogen van de pentode.

Conclusie

Hoewel er hier en daar praktische nadelen verbonden zijn aan het gebruik van buizen, bieden ze wel erg bijzondere klankeigenschappen die je met transistors niet zomaar even kan bereiken. De prijskaartjes van de toestellen maken wel duidelijk dat buizentechnologie meestal niet goedkoop is, al zijn er ook uitzonderingen.

Als je zin hebt gekregen om er zelf een keertje van te proeven - want hoeveel je er ook over leest, op een gegeven moment moet je toch echt gaan luisteren om te weten of het iets voor jou is - maak je best een afspraak met een gespecialiseerde hifi-zaak.