Voor veel gitaristen de rijke, het warme geluid van een overstuurde buizenversterker - denk aan de knapperige Marshall-ritmetonen van AC/DC of de zingende Mesa Boogie-aangedreven leads van Carlos Santana - kan niet worden overtroffen.

Maar waarom is het klepgeluid zo gewild? David Keepers, een natuurkundeprofessor aan het Mills College in Californië, keek naar de wetenschap van buizenversterkers voor het tijdschrift Natuurkunde Onderwijs , om uit te leggen waarom hun geluid 'beter' is in de oren van zoveel gitaristen.

Professor Keeports zei:"Hoewel solid-state diodes en transistors goedkoper zijn, praktischer, en technologisch geavanceerder dan glazen kleppen, ventielen overleven omdat zoveel gitaristen veeleisend zijn over hun toon, en geven de voorkeur aan het geluid dat een buizenversterker hen geeft."

"Op het meest fundamentele niveau, dit komt omdat een matig overstuurde buizenversterker sterke gelijkmatige harmonischen produceert, die een zoetende complexiteit aan een geluid toevoegen. Een overstuurde transistorversterker, aan de andere kant creëert sterke oneven harmonischen, wat dissonantie kan veroorzaken."

Professor Keeports onderzocht de fysica waarom zelfs harmonischen een geluid verrijken, en waarom het timbre van het geluid van een buizenversterker verandert als een gitaar harder wordt bespeeld.

Eerst liet hij een sinusgolf van 200 Hz - een zuivere golf met een enkele frequentie - door een kleine Bugera hybride versterker lopen, met een buizenvoorversterker en een solid-state eindversterker. Hij testte beide 'kanten' van de versterker; draai eerst de gain-knop omhoog, die de buizenvoorversterker regelt terwijl de hoofdvolumeknop (die de halfgeleiderversterker bedient) laag stond. Vervolgens herhaalde hij het proces met de voorversterker laag en de master kwam opdagen.

Met behulp van Logic Pro X muziekproductiesoftware, hij onderzocht de resulterende geluidsgolven in zowel frequentie- als tijddomeinen.

Professor Keeports zei:"De output van de versterker toonde aan dat een matig overstuurde klepvoorversterker prominente 2e en 4e harmonischen produceerde bij 400 en 800 Hz, en slechts een zeer zwakke 3e harmonische bij 600 Hz. Voor de solid-state eindversterker, dit patroon was omgekeerd. Al dit gedrag is consistent met de algemene bewering over de harmonischen die klep- en halfgeleiderversterkers produceren. Maar het verhaal is niet zo eenvoudig. Het harder oversturen van de klepvoorversterker produceert sterke vreemde harmonischen."

"De verschuiving naar oneven harmonischen bij toenemende versterking is een kenmerk van buizenversterkers die hun aantrekkingskracht verder verklaart. Een elektrische gitarist kan een versterker op twee manieren oversturen:door de versterkingsregeling van de versterker te verhogen, en door gitaarsnaren sterker aan te vallen. Ervaren gitaristen bespelen niet alleen hun gitaar, ze bespelen ook de versterker. Door harder of zachter op de snaren te slaan, ze kunnen het timbre samen met het volume veranderen."

En waarom gedraagt ​​een buizenversterker zich zo?

"De eenvoudige fysica van de triode-klepfunctie verklaart alles, " zei professor Keeports. "Kleppen hebben twee manieren om een ​​sinusgolf af te vlakken. Overdrive een klep matig, en het vlakt alleen de bovenkant van de golf af om een ​​asymmetrische golf te maken die rijk is aan gelijkmatige harmonischen. Overdrive de klep harder, en het vlakt ook de onderkant van de golf af om een ​​symmetrische golf vol vreemde harmonischen te produceren."

"De even harmonischen zorgen voor het complexe, warm, rijk geluid waar zoveel gitaristen naar verlangen. Voeg daarbij het vermogen van een buizenversterker om enigszins dissonante maar stuwende geluiden te produceren wanneer een gitarist de snaren harder aanvalt en het ritmespel verandert in leadspel, en klepfunctie creëert precies de harmonischen die een rockgitarist nodig heeft."