Per molti chitarristi, il ricco, il suono caldo di un amplificatore valvolare overdrive – pensa ai croccanti toni ritmici Marshall degli AC/DC o ai lead alimentati da Mesa Boogie di Carlos Santana – non può essere battuto.

Ma perché il suono delle valvole è così ricercato? David Keeports, un professore di fisica del Mills College in California, ha esaminato la scienza degli amplificatori a valvole per la rivista Educazione fisica , per spiegare perché il loro suono è "migliore" per le orecchie di così tanti chitarristi.

Il professor Keeports ha dichiarato:"Sebbene i diodi e i transistor allo stato solido siano più economici, più pratico, e tecnologicamente più avanzate delle valvole in vetro, le valvole sopravvivono perché così tanti chitarristi sono esigenti sul loro suono, e preferiscono il suono che dà loro un amplificatore a valvole."

"Al suo livello più fondamentale, questo perché un amplificatore a valvole moderatamente overdrive produce forti armoniche uniformi, che aggiungono una complessità addolcente a un suono. Un amplificatore a transistor overdrive, dall'altro crea forti armoniche dispari, che può causare dissonanza."

Il professor Keeports ha esplorato la fisica del perché anche le armoniche arricchiscono un suono, e perché il timbro del suono di un amplificatore a valvole cambia quando una chitarra viene suonata più forte.

Per prima cosa ha fatto passare un'onda sinusoidale di 200Hz - un'onda pura con una singola frequenza - attraverso un piccolo amplificatore ibrido Bugera, dotato di un preamplificatore valvolare e un amplificatore di potenza a stato solido. Ha testato entrambi i "lati" dell'amplificatore; prima alzando la manopola del guadagno, che controlla il preamplificatore valvolare mentre la manopola del volume principale (che controlla l'amplificatore di potenza a stato solido) è stata impostata su un livello basso. Ha quindi ripetuto il processo con il preamplificatore al minimo e il master al massimo.

Utilizzando il software di produzione musicale Logic Pro X, ha esaminato le onde sonore risultanti sia nel dominio della frequenza che nel dominio del tempo.

Il professor Keeports ha dichiarato:"L'uscita dall'amplificatore ha mostrato che un preamplificatore valvolare moderatamente sovraccaricato produceva prominenti 2a e 4a armonica a 400 e 800 Hz, e solo una 3a armonica molto debole a 600 Hz. Per l'amplificatore di potenza a stato solido, questo schema è stato invertito. Tutto questo comportamento è coerente con l'affermazione comune sulle armoniche prodotte dagli amplificatori a valvole e a stato solido. Ma la storia non è così semplice. Overdrive più forte del preamplificatore valvolare produce forti armoniche dispari."

"Lo spostamento verso armoniche strane all'aumentare del guadagno è una caratteristica degli amplificatori valvolari che spiega ulteriormente il loro fascino. Un chitarrista elettrico può sovraccaricare un amplificatore in due modi:aumentando il controllo del guadagno dell'amplificatore, e attaccando le corde della chitarra con più forza. I chitarristi esperti non suonano solo la chitarra, ma suonano anche l'amplificatore. Colpendo le corde più forte o più piano, possono cambiare timbro insieme al volume."

E perché un amplificatore a valvole si comporta in questo modo?

"La semplice fisica della funzione della valvola a triodo spiega tutto, " ha detto il professor Keeports. "Le valvole hanno due modi per appiattire un'onda sinusoidale. Overdrive moderatamente una valvola, e appiattisce solo la parte superiore dell'onda per creare un'onda asimmetrica ricca di armoniche uniformi. Overdrive più forte la valvola, e appiattisce anche il fondo dell'onda per produrre un'onda simmetrica piena di strane armoniche."

"Le armoniche pari forniscono il complesso, caldo, suono ricco che tanti chitarristi desiderano. Aggiungete a ciò la capacità di un amplificatore valvolare di produrre suoni un po' dissonanti ma guidati quando un chitarrista attacca le corde più duramente e trasforma il ritmo in esecuzione solista, e la funzione valvolare crea proprio le armoniche di cui un chitarrista rock ha bisogno."