Vactrol Grundlagen 

In einigen A-100-Modulen kommen sogenannte Vactrols zum Einsatz. Unter einem Vactrol versteht man eine Kombination aus lichtempfindlichem Widerstand (LDR = light depending resistor) und einer Lichtquelle. Beide Elemente sind in einem gemeinsamen, 100% lichtdichten Gehäuse untergebracht. Als Lichtquellen kamen früher normale Glühlämpchen zum Einsatz. Heute werden jedoch aus Gründen der Geschwindigkeit, der Lebensdauer und des Stromverbrauchs meist nur noch Leuchtdioden (LED = light emitting diode) eingesetzt. Die Helligkeitsänderung ist bei einer LED erheblich schneller als bei einem Glühlämpchen, dessen Glühwendel nur sehr träge reagiert.
Bei Erhöhung der LED-Helligkeit verringert sich der Widerstand des LDRs (die lichtgesteuerte Spannungsquelle A-179 ist ein Beispiel für eine andere LDR-Anwendung). Dies kann für verschiedene Schaltungen, die auf veränderlichen Widerständen beruhen, verwendet werden (z.B. VCFs, VCAs, spannungsgesteuerte Phaser, Trigger-Delays, Slew-Limiter, LFOs, Oszillatoren, Hüllkurvengeneratoren  usw.).
Der große Vorteil von Vactrols gegenüber anderen Lösungen (z.B. OTAs, Dioden, Transistoren oder FETs als veränderliche Widerstände) liegt darin, dass sie sich wie ein normaler Ohmscher Widerstand verhalten und sehr weit ausgesteuert werden können, ohne Verzerrungen zu verursachen. Dies ist der Grund, warum Vactrol-basierte Schaltungen meist subjektiv als sehr "weich" klingend empfunden werden.
Nachteile sind der vergleichsweise hohe Aufwand (und damit der Preis), die nicht exakt definierte Kennlinie und die Trägheit eines Vactrols. Jeder Vactrol verringert zwar seinen Widerstand bei Erhöhung der LED-Helligkeit. Mechanische und elektrische Toleranzen bewirken jedoch, dass sich jeder Vactrol etwas anders verhält (z.B. Unterschiede bei Ausrichtung und Abstand zwischen LED und LDR, unterschiedliche LED-Helligkeiten bei gleichem Strom, unterschiedliche LDR-Widerstände bei gleicher Beleuchtung). Daher werden zwei ansonsten identische Module, die mit Vactrols aufgebaut sind, sicher immer ein wenig unterschiedlich verhalten bzw. etwas anders klingen. Ausserdem reagiert der LDR nicht sofort auf jede Helligkeitsänderung, sondern erst nach einer gewissen Verzögerungszeit, die wiederum von der Beleuchtungsstärke abhängt. Im oberen Helligkeitsbereich reagiert der LDR schneller, bei geringen Beleuchtungsstärken deutlich langsamer. Der Maximalwiderstand (d.h. ohne Beleuchtung) kann durchaus erst nach einigen Sekunden erreicht werden, wohingegen im hellen Bereich Änderungsfrequenzen bis etwa 50Hz und mehr möglich sind, d.h. Reaktionszeiten im 10 ms-Bereich. Das genaue Verhalten hängt auch vom Typ des LDRs ab, insbesondere vom verwendeten lichtempfindlichen Material.

In den untenstehenden Abbildungen ist der Zusammenhang zwischen LED-Strom und LDR-Widerstand bei den von uns verwendeten Vactrols angegeben (der LED-Strom ist dabei annähernd proportional zur LED-Helligkeit). Wie man erkennt, ist das Verhalten extrem nicht-linear. Erst bei doppelt-logarithmischer Darstellung ist das Verhalten erkennbar (d.h. für den LED-Strom bzw. LED-Helligkeit und den Widerstand des LDR werden logarithmische Skalen verwendet) . Daher kommen für die Steuerung der LEDs i.d.R. logarithmische Stromquellen zum Einsatz um dieses Verhalten zu kompensieren.

In der letzten Abbildung ist der Zusammenhang zwischen dem LED-Strom und der Frequenz für eine typische Vactrol-basierte Filterschaltung (sog. Sallen&Key-Filter) angegeben. Bei Verwendung einer logarithmischen Stromquelle für die Vactrol-LEDs (d.h. der LED-Strom ist proportional zum Logarithmus der CV-Steuerspannung) erhält man somit eine brauchbare Steuerkennlinie für die Filterfrequenz.

Mit Hilfe des universellen Vactrol-Moduls A-101-9 können andere A-100-Module oder auch andere Geräte (Wah-Wah-Geräte, Gitarren-Effektgeräte, Radio) um zusätzliche, spannungsgesteuerte Funktionen erweitert werden, sofern die betreffende Funktion über einen veränderlichen Widerstand (Potentiometer) gesteuert wird. Anwendungsbeispiele finden Sie in der Anleitung zum A-101-9.

In some A-100 modules so-called vactrols are used. A vactrol is a combination of a light depending resistor (LDR) and light source both put into a small 100% light-proof case. In earlier designs incandescent lamps were used as light sources. Today LEDs (light emitting diodes) are used because of their faster response, duration of life and current consumption. The illuminations changes are much faster for LEDs compared to incandescent lamps.
Increasing the LED brightness causes a decrease of the LDR resistance (e.g. the light controlled voltage module A-179 is an application of a LDR). This effect can be used in circuits that require variable resistors to obtain the desired function (e.g. VCFs, VCAs, VC phasers, VC trigger delays, VC slew limiters, VC Envelope Generators, VC LFOs, VCOs and many more).
The advantage of vactrols compared with other solutions (e.g. OTAs, diodes, transistors or FETs as variable resistors) is that they behave like a normal Ohm resistor and can handle higher voltages up to the supply voltage of the circuit without causing distortion. This is the reason why the sound of vactrol-based circuits usually is described as soft or mellow. Disadvantages are the expenditure and consequently the expenses, the not exactly defined coherence between LED current and LDR resistance and the slowness/inertia of the resistance variation. For each vactrol the LDR resistance decreases when the LED current increases but mechanical and electrical tolerances cause that each vactrol will behave a bit different (e.g. because of the differences in alignement and distance between LED and LDR, different brightness of the LEDs at the same current). This is why identical circuits resp. modules will behave or sound a little bit different from each other. Besides the LDR responds not immediately to the illumination change but with a delay that depends upon the illumination intensity. It may take a few seconds until the LDR reaches it's dark resistance (i.e. the maximum resistance without illumination). In the upper brightness range it responds much faster - up to 50Hz and more, i.e. response time in the 10ms range. The exact behaviour depends upon the LDR type and especially from the light-sensitive material used for the LDR.

The pictures below show the connection between LED current and LDR resistance for the vactrols used in our A-100 modules (the LED current is approximately proportional to the LED brightness). It can be seen that the relation between current and resistance is extremely non-linear. Just in the double-logarithmic scale the behaviour is recognizable (i.e. logarithmic scales for both LED current and LDR resistance). Consequently logarithmic current sources are used in the vactrol-based A-100 modules to compensate this behaviour.

The last picture shows the connection between the LED current and the frequency for a typical filter with 2 vactrols as frequency controlling elements (a so-called Sallen&Key filter in the example). With a logarithmic current source (i.e. the LED current is proportional to the control voltage) one obtains a reasonable control scale for the filter frequency.

By means of the universal vactrol module A-101-9 other A-100 modules or even other devices (e.g. effect units, wah-wah pedals, guitar stomp boxes) can be expanded by voltage controlled functions provided that the parameter in question is realized with a variable resistor (potentiometer). Application examples can be found in the A-101-9 user's manual.

linear scale for both LDR resistance and LED current

linear scale for LDR resistance, logarithmic scale for LED current

logarithmic scale for LDR resistance, linear scale for LED current

logarithmic scale for both LDR resistance and LED current

Connection between LED current (proportional to control voltage) and filter frequency for typical vactrol based filter (Sallen&Key)