Hot Rod Mod: LED-Tausch

(Bild: Marc-Oliver Richter)

Eine optische Unterstützung, die anzeigt, ob ein Effekt an oder aus ist, ist mittlerweile Standard. Kein Hersteller verzichtet auf die optischen Hilfsmittel, die auf dunklen Bühnen Orientierung geben.

Meist kommen für unsere geliebten Bodentreter runde LEDs in den Größen 3 mm oder 5 mm zum Einsatz; in Multieffektgeräten findet man darüber hinaus häufig noch hintergrundbeleuchtete Bildschirme. Auch dort sorgen in der Regel LEDs für die Beleuchtung der Schrift. Längst vor dem Siegeszug der LED-Technik in der Haus- oder Fahrzeugbeleuchtung hatte sich die LED-Verwendung in der Musikelektronik durchgesetzt.

Die Vorteile liegen auf der Hand: LEDs sind sparsam, relativ lichtstark und halten sehr lange. Allerdings halten sie auch nicht ewig und ab und an wird ein Effektgerät günstig angeboten, weil es eine defekte Anzeige hat. So z. B. fanden erst kürzlich zwei „defekte“ Multis für kleines Geld zu mir: ein Boss GT8 mit defekter LED am ersten Fußschalter und ein Korg AX1500G, dessen Digitalanzeige so lichtschwach war, dass man sie fast nicht mehr erkennen konnte. Als dann noch G&B-Kollege Michael Dommers vor kurzem fragte, ob ich nicht mal einen Beitrag zum Tausch lichtschwacher LEDs machen könnte, die dem Musiker auf hellen Freilichtbühnen das Leben schwer machen, war klar, dass ich wieder ein Thema habe.

ALLES SO SCHÖN BUNT HIER!

Technisch gesehen sind LEDs ein Halbleiterelement mit den typischen Eigenschaften einer Diode. Wenn elektrischer Strom in Durchlassrichtung fließt, leuchtet das Bauteil, in Gegenrichtung sperrt die LED den Stromfluss. Der Name LED ist die Abkürzung der englischen Bezeichnung „light-emitting diode“. Die Wellenlänge des emittierten Lichts und damit die Farbe der LED kann durch eine bewusste Materialnutzung beeinflusst werden.

In den ersten 30 Jahren nach Markteinführung der Diode 1962 konnten nur die Farben rot, gelb und grün angeboten werden, durch technologische Verbesserungen kamen dann Mitte der 2000er-Jahre auch blaue und darauf aufbauend weiße Dioden auf den Markt. Auch die Lichtausbeute wurde in den letzten Jahren deutlich gesteigert, sodass die weißen Dioden den Leuchtmittelmarkt mittlerweile dominieren. Die häufigste Bauform sind die runden LEDs im lichtbündelnden Gehäuse aus dem zwei unterschiedlich lange Beinchen herausragen.

Die Länge der Beinchen hilft dabei, die Einbaurichtung zu bestimmen. Denn wie bei allen Dioden muss auch bei der LED die Einbaurichtung beachtet werden. Die beiden Seiten der LED heißen Kathode und Anode. Durchlass gewährt die Diode, wenn der Strom von der Anode (+) zur Kathode (-) fließt. Die Anode hat das längere Beinchen, die Kathode das kürzere. Zudem weist eine abgeflachte Stelle am Gehäuse auf die Kathodenseite hin. Mit den Merkregeln „Kathode = Kante = kurz“ und „kurz = weniger = minus“ kann man sich schon mal ganz gut helfen.

Das technische Schaltzeichen für eine Diode ist ein Dreieck (oder Pfeil) dessen Spitze direkt an einem senkrechten Strich liegt. Der Pfeil steht für die Anode, der Strich für die Kathode. Das Symbol will durch den Pfeil, den die Anode durch ihre Form bildet, auch anzeigen, wie die Stromrichtung laufen soll. Man kann sich natürlich auch merken, dass der Strich, der ja schon aussieht wie ein Minus, auch am Minus der Stromquelle liegen muss, damit es leuchtet. Interessant für das Modifizieren von Effekten ist übrigens noch, dass verschiedenfarbige LEDs auch unterschiedliche technische Eigenschaften haben. Da LEDs in vielen Schaltungen auch als klangbestimmendes Bauelement, z. B. in Verzerrern als Clipping-Dioden, eingesetzt werden, kann mit der Verwendung verschiedenfarbiger LEDs auch ein akustischer Unterschied herbeigeführt werden. Das soll aber heute nicht Thema sein. Heute geht es nur um die Verwendung der LED als Statusanzeige und die Lichtausbeute der LEDs.

ES WERDE LICHT!

Die Grundfrage, die sich heute stellt, ist: wie bekomme ich mehr Licht aus meiner LED? Das geht grundsätzlich auf zwei verschiedenen Wegen. Zum einen kann man über den Vorwiderstand einer LED in gewissem Maße die Lichtausbeute beeinflussen, zum anderen kann man durch den Kauf lichtstärkerer oder -schwächerer (und dann meistens stromsparender) LEDs die Lichtausbeute regeln.

Also Achtung beim LED-Kauf: Wer sein ökologisches Gewissen beruhigen will und stromsparende Low-Current-LEDs bestellt, muss mit lichtschwächeren Exemplaren rechnen. Auch die Farben der LEDs leuchten konstruktionsbedingt unterschiedlich hell. Gerade blaue LEDs sind in der Regel bei den Moddern nicht nur beliebt, weil das blaue Licht besonders cool ist, sondern auch, weil blaue LEDs besonders hell leuchten. Also kann man allein schon durch den Austausch der LED-Farbe von z. B. rot zu blau die Leuchtkraft der Anzeige deutlich erhöhen.

Das Angebot an LEDs ist bei den üblichen Anbietern ja sehr groß und auch innerhalb einer Farbe gibt es in der Regel neben den Standard-LEDs und den Low-Current-LEDs auch bereits besonders lichtstarke LEDs. Hier lohnt es sich, die Angebote genau unter die Lupe zu nehmen und auch mal auf die Datenblätter der LEDs zu schauen.

WER RECHNEN KANN …

Die Datenblätter geben nämlich Auskunft, mit welcher Spannung die LED arbeitet, welchen Strombedarf sie hat und wie hell sie leuchtet. Wie oben schon erwähnt, kann die Leuchtkraft einer LED auch über die Parameter Strom und Spannung reguliert werden. Wichtig ist vor allem erst mal, dass man die LED nicht überlastet. Fast alle LEDs benötigen einen mehr oder weniger großen Vorwiderstand, damit die 9- oder 12-Volt, die in den Effektpedalen üblich sind, nicht nur für ein einmaliges kurzes Aufleuchten und dann permanente Dunkelheit sorgen. LEDs vertragen in der Regel keine Spannungen über 4 Volt. Je nach Typ arbeiten Dioden mit 1,6 (rot) bis 3,7 (blau) Volt. Die genauen Werte werden in den Datenblättern der jeweiligen LEDs angegeben.

Um die LED vor einer zu hohen Betriebsspannung zu schützen, wird aus der Diode und einem Widerstand eine Reihenschaltung gebildet. Der Widerstand kann vor- oder nachgeschaltet werden (heißt aber immer „Vorwiderstand“) und hat die Aufgabe, einerseits die Differenzspannung von Diode und Betriebsspannung von der LED fernzuhalten und andererseits den Strom zu begrenzen. Zur Berechnung des Vorwiderstandes werden im Internet unter dem Suchbegriff „Vorwiderstand LED“ sehr hilfreiche Seiten angeboten.

Ich verzichte daher auf eine genaue Darstellung und mache die Berechnung an einem Beispiel deutlich: Eine blaue LED mit 3,7 Volt Spannungsabfall und einem Nennstrom von 30 mA (0,03 A) soll in einer 12-Volt-Umgebung arbeiten. Am Vorwiderstand fällt also durch die LED bereits eine Spannung von 8,3 Volt ab. Um den mindestens benötigten Widerstandswert zu berechnen, kommt die Formel aus dem Physikunterricht zur Anwendung: Spannung am Widerstand geteilt durch Nennstrom LED = Widerstand in Ohm. In der Formelsprache heißt das dann R = U / I.

Die 8,3 Volt geteilt durch 0,03 A ergibt einen Widerstandswert von 276 Ohm. Diesen Widerstandswert wird man allerdings nicht finden, denn Widerstände werden in sogenannten Widerstandsreihen angeboten. Man nimmt dann einfach den nächstgrößeren Widerstandswert, z. B. 330 oder 390 Ohm.

Jetzt rechnet man noch die Leistung des Widerstandes aus, um sicherzugehen, dass der Widerstand nicht überlastet wird und verbrennt. Dazu kommt die Formel P = U x I zum Einsatz. Der Widerstand muss also eine Leistung von 0,03 A x 8,3 Volt = 0,249 Watt verkraften können. Somit könnte man sogar auf ¼ Watt-Widerstände zurückgreifen. Bei der Verwendung der Standardwiderstände (0,6 Watt) ist man auf jeden Fall auf der sicheren Seite.

Das genaue Ausrechnen der Vorwiderstandswerte ist aber nur nötig, wenn man das Optimum an Lichtausbeute anstrebt. Ich mache mir die Mühe meist nicht und nehme auch deutlich höhere Widerstandswerte, um von der Status-LED nicht geblendet zu werden. Mein Standard-Vorwiderstand für rote LEDs ist 1K. Bei blauen LEDs gehe ich zum Teil auch deutlich höher, z. B. auf mindestens 4,7K oder sogar bis auf 22K (!), wenn es nicht so hell sein soll. Auch hier gilt mal wieder: Probieren geht über Studieren.

MEHR DEMONTAGE- ALS LÖTAUFWAND

Eine zu helle LED zu bändigen, gelingt am einfachsten durch das Erhöhen des Vorwiderstandes. Der Umkehrschluss, eine zu schwache LED durch Verringern des Vorwiderstandes zu mehr Leistung zu bringen, ist dagegen riskant. Meist endet der Versuch mit dem Tod des Probanden. Eine zu schwache LED sollte man also lieber gegen eine lichtstärkere austauschen, vielleicht auch durch eine mit einer anderen Farbe.

Beim Austausch, wie auch beim Reparieren defekter LEDs ist die eigentliche Lötarbeit meist trivial. In der Regel sitzen die LEDs mit beiden Beinchen auf Platinen und können mit Entlötlitze oder einer Lötpumpe gelöst werden. Wenn man dann beim Einlöten der neuen LED dann auf die Einbaurichtung achtet, ist das in wenigen Minuten erledigt. Deutlich aufwendiger ist es meist, an die LEDs heranzukommen.

Bei meinen Boss-Multi GT8 z. B. war das Auseinander- und zusammenbauen des Pedals deutlich aufwendiger als die eigentliche Lötarbeit. Die Arbeit am Korg AX1500G war dann aber auch nach dem Öffnen etwas diffiziler. Bei dem Korg-Multi dienen zwei kleine LEDs in SMD-Bauweise als Hintergrundbeleuchtung des Displays. Diese sind links und rechts neben dem Display montiert und so klein, dass sie kaum zu identifizieren, geschweige denn auszulöten sind. Das wäre aber notwendig, weil die Lichtquellen im Laufe der Jahre ziemlich altersschwach geworden sind.

Vielleicht war der Vorwiderstand zu gering bemessen oder eine zu hohe Wärmeentwicklung hat die Leistung der LEDs verringert. Jedenfalls war das Display fast nicht mehr zu lesen, obwohl es einwandfrei funktionierte. Ein Austausch der beiden SMS-LEDs war mir entschieden zu aufwändig. Stattdessen habe ich einfach zwei weitere, besonders helle weiße LEDs an die Seite des Displays montiert. Das Display hat zwar nun seine Farbe verändert, ist aber wieder hell genug, damit es auch im Stehen abgelesen werden kann – nicht schön, aber pragmatisch und effektiv.

(erschienen in Gitarre & Bass 01/2022)