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Amp-Modeling

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Amp-Simulation (engl. Amp Modeling oder Amp Modelling) bezeichnet die digitale Nachbildung analoger Gitarrenverstärker. Dabei werden nicht nur die Verstärkerschaltung (Preamp, Poweramp), sondern auch Lautsprecher-Boxen („Cabinet“) und Mikrofone simuliert, um möglichst authentische Gitarrentöne zu erzeugen.[Q1]

Beispielbild Amp-Simulations Plug-in

Abb.1 Beispiel Amp-Simulations Plug-in IK Multimedia Amplitube 5

Geschichte und Entwicklung

  • Mit dem Fortschritt in der digitalen Signalverarbeitung (DSP) wurden schon früh Versuche unternommen, Röhrenverstärker digital nachzubilden. Erste Anfänge machte dabei Tom Scholz (Band „Boston“) mit dem so genannten Rockman im Jahre 1982 in der Größenordnung eines Walkman. Die ersten Ausführungen hatten einen Echo- und Choruseffekt sowie vier schaltbare Grundsounds.[Q2]

  • Bei heutigen Amp-Simulationen sind meistens nahezu alle Sound-Kategorien von Clean bis High-Gain möglich, dazu wählbare Speakercabinets und Mikrofone.

  • Wichtige Meilensteine sind spezialisierte Hardware-Modeler (z. B. Profiling-Geräte) wie der mittlerweile sehr verbreitete Kemper, ein All In One Verstärker, der laut Hersteller das volle dynamische Klangspektrum eines E-Gitarren- oder Bassverstärkers detailgetreu reproduzieren kann[Q15] und Software-Plugins wie Ik Multimedia Amplitube, Neural DSP oder Native Instruments Guitar Rig, die in DAWs genutzt werden können oder auch Standalone am Computer verfügbar sind.

Funktionsweise

Preamp- und Poweramp-Modelling

  • Die Verstärkersimulation basiert auf Algorithmen, die das Verhalten der Verstärkerschaltungen digital nachbilden (Transistoren, Röhren, Bauteile). Viele Geräte haben einen USB-Anschluss, der sie direkt mit dem Computer verbindet, ohne dass ein zusätzliches Audio-Interface gebraucht wird. Generell ist das Floorboard für den Bühneneinsatz konzipiert. Sie haben in der Regel einen integrierten Verstärker, sodass man z.B. eine Endstufe plus Lautsprecherbox oder eine Aktivbox benötigt.
  • Es können nichtlineare Verzerrungen, Kompression oder auch dynamische effekte simuliert werden.[Q3]
[Q4]

Lautsprecher- und Boxensimulation

  • Ein wesentliches Element ist die Simulation der Gitarrenlautsprecherbox („Cabinet“). Viele Amp-Simulationen nutzen dazu Impulsantworten (IR, impulse response), um Lautsprecher, deren Gehäuse und Mikrofonierung abzubilden. Ein sehr wichtiger Vorgang, da Speakercabinets mit den Mikrofonen den Klang und das Zerrverhalten eines Verstärkers stark beeinflussen. Aber auch die Reaktion auf die angeschlossene Gitarre und das dynamische Spiel des Gitarristen haben dabei eine große Bedeutung.[Q1]
  • Virtuelle Mikrofone (Mikrofontyp, Position) lassen sich oft einstellen, was wie auch bei der realen Boxenabnahme eine auschlaggebende Klangveränderung ermöglicht.[Q1]

Signalfluss bei der Gewinnung einer Impulsantwort

1. Testsignal erzeugen
  • Signalquelle: Ein Lautsprecher spielt ein breitbandiges Signal ab, das alle relevanten Frequenzen abdeckt, z. B. einen Sinus-Sweep (Ton von tief zu hoch) oder spezielle Rauschsignale.

2. Signal durch das System schicken
  • Quelle/System: Das Signal wird durch einen Gitarrenverstärker mit Box geleitet.

3. Antwort aufzeichnen
  • Mikrofonierung: Ein oder mehrere Mikrofone nehmen die Reaktion des Systems auf.
  • Signalweg (analoge Kette): Mikrofon → Vorverstärker (verstärkt das Signal) → optional Effekte (Kompressor, EQ) → zum Aufnahmegerät (Interface/DAW).

4. Signal bereinigen
  • Software-Verarbeitung: Die aufgenommene Antwort wird in einer Software (DAW) mit dem ursprünglichen Testsignal verrechnet.
  • IR-Extraktion: Die Software entfernt das Testsignal aus der Aufnahme, sodass nur die reine Impulsantwort (eine .wav-Datei) übrig bleibt, die das klangliche Verhalten des Systems digital repräsentiert.

Abb.2 Beispiel IK Multimedia Amplitube 5 Cabinet- und Mikrofon- simulation

Signalfluss / Kette

  • Ein typischer Simulations-Signalweg umfasst Gitarre → Preamp-Simulation → Poweramp-Simulation → Lautsprecher-/Cab-Simulation → Mikrofon-Simulation → Ausgang (z. B. Audio-Interface oder PA).
  • Viele Simulationen bieten zusätzlich virtuelle Effektpedale (Distortion, Reverb, Delay etc.) als Teil der Kette.[Q5]


Abb.3 Amplitube 5 Signalkette
Profiling
  • Manche Modelle (z. B. vom Kemper Profiler) verwenden „Profiling“: Hier wird ein echter Verstärker mit Testsignalen vermessen, um ein digitales „Profil“ zu erstellen, das Klang und Verhalten sehr genau nachbildet.
  • Diese Profile können gespeichert und mit eigenen Einstellungen kombiniert werden.[Q6]

Neuronale Netze / Machine Learning
  • Moderne Amp-Simulationssoftware nutzt zunehmend maschinelles Lernen, um das Verhalten von Verstärkerschaltungen zu modellieren. Ein Beispiel ist die „Intelligent Circuit Modelling“-Technologie in Guitar Rig. Es handelt sich um eine Technik, bei der künstliche neuronale Netze trainiert werden, um Algorithmen zu erstellen, die die inneren Abläufe analoger Hardware bis ins Detail abbilden (übersetzt).[Q5]

Sound-Beispiele

Fender style Amp clean:

fenderduosonicDiSignal.wav
DI Signal
fenderduosoniccleanfenderstyleamp.wav
Fender style Amp
fenderduosonicfenderstyleampmitdelayundoverdrive.wav
Fender style Amp, Overdrive und Delay

Marshall 2555x style Amp:

gitmarshallstyleamp.wav
DI Signal
gitmarshallstyleamp_1.wav
Marshall style Amp
gitmarshallstyleamp_2.wav
Marshall style Amp und Overdrive

Typen von Amp-Simulationen


  • Software-Plugins: Gute Amp-Simulationen, die in DAWs genutzt werden können sind z. B. Ik Multimedia AmpliTube, Native Instruments Guitar Rig oder Neural DSP, wobei es dabei stark auf den persönlichen Geschmack ankommt und welche Klangcharakteristik gesucht wird.[Q5]
  • Standalone Hardware-Modeler: Spezielle Geräte, die Amp-Modeling offline oder live ermöglichen, z. B. Profiling-Amps wie der Kemper Profiler.
  • IR-Loader / Cabinet-Simulatoren: Geräte, die vor allem für die Box- und Mikrofon-Simulation gedacht sind, z. B. ENGL Cabloader.[Q9]
  • Open-Source: Kostenfreie Tools wie Guitarix (für Linux) mit Amp-Emulation und Effekten.[Q10]

Wichtige Akteure / Beispiele


  • Neural DSP: Führender Hersteller von Amp-Simulations-Plugins und Hardware.
  • Native Instruments – Guitar Rig: Modularer Amp- & Effekt-Modelling-Host, der auch Machine-Learning-Modelle integriert.
  • Kemper: Pionier im Bereich Profiling-Verstärkung.
  • Guitarix: Open-Source-Lösung für Gitarrenverstärker-Emulation unter Linux.
  • Ik Multimedia AmpliTube: Amp-Simulation und Effekt Modeling software

Aktuelle Forschung & Trends


  • Es gibt aktuell Forschung zu interpretablen DSP-Modellen, die klassische Verstärkerkomponenten (Preamp, Poweramp, Transformator) differenzierbar nachbilden, z. B. durch DDSP-Modelle (Differentiable Digital Signal Processing). Dabei werden die vier Komponenten eines Gitarrenverstärkers (d. h. Vorverstärker, Klangregelung, Endstufe und Ausgangsübertrager) mithilfe spezifischer DSP-inspirierter Designs modelliert und das mit geringerer Rechenleistung pro Audiosample als vergleichbare Verfahren, was sie auch für Echtzeitanwendungen praktikabel macht.[Q12]
  • Neuronale Amp-Modelle ermöglichen eine dynamische Anpassung der Modellgröße bzw. Rechenaufwand in Echtzeit.[Q13]
  • Machine-Learning-Frameworks zur Erstellung großer Datenbanken für Gitarreneffekt- und Verstärkermodelle („Open-Amp“) werden entwickelt.[Q14]

Anwendungsmöglichkeiten


  • Recording / Studio: Amp-Simulationen sind ideal für die Aufnahme in DAWs, da sie flexibles Tone-Shaping ermöglichen. Dabei ist es sinnvoll, auch den Pegel des Eingangssignals zu variieren, da die Simulationen durch ihr nichtlineares Verhalten auf verschiedene Eingangslautstärken unterschiedlich ansprechen.

  • Live: Viele Gitarristen nutzen Profiling-Geräte wie den Kemper oder Amp-Sim-Hardware wie HX Stomp von Line 6 auf der Bühne, um Gewichts- und Platzprobleme zu vermeiden.

  • Übung / Home-Setup: Für zuhause ist eine digitale Simulation oft praktischer als ein lauter Verstärker, auch zum Wohle der Nachbarn.

  • Sounddesign: In der Musikproduktion werden Amp-Simulationen auch als Sound-Design-Element eingesetzt, z. B. für besondere Texturen, ungewöhnliche Rig-Konfigurationen oder auch für Verzerrung von Gesangsaufnahmen.

Quellen und Referenzen

Verzerrungseffekte