KATANA-M1
„Das ist ein Brett mit ein paar Lautsprechern drin. Sonst nix. Ich bin immer wieder fassungslos, was man mit so einer simplen Konstruktion im Bass „anrichten“ kann." (Klang+Ton 3/21)
Impedanz
Was der Wechselstromwiderstand mit der Kombination von Verstärkern und Lautsprechern zu tun hat
Die Zahl mit dem Ω kennen die meisten. Dass Impedanz der Widerstand ist und wir bei Lautsprechern und Verstärker darauf achten sollten, wissen Profis ebenfalls – hier erfahren Sie, was Sie in der Audiotechnik noch darüber wissen sollten.
Die Basics: Die in Ohm gemessene Impedanz ist der Widerstand eines Schaltkreises oder Geräts gegenüber dem Wechselstrom (AC)
Ein solcher Wechselstromkreis kann aus zwei miteinander verbundenen Audiogeräten bestehen. Etwa ein Lautsprecher und ein Verstärker, die Audiosignale weiterleiten. Unter sonst gleichen Bedingungen fließt mehr Leistung (Watt) durch einen Lautsprecher mit niedriger Impedanz als durch einen mit hoher Impedanz. Dadurch wird auch der Verstärker stärker belastet, um diese Leistung zu erzeugen. Wenn die Impedanz zu niedrig ist, kann der Verstärker die Leistung nicht bewältigen und es kommt zu Problemen. Die meisten modernen elektronischen Audiogeräte haben hohe Eingangsimpedanzen, sodass sie mit sehr geringer Ausgangsleistung betrieben werden können. Dies ist einer der Gründe, warum hochwertige Audiogeräte heutzutage deutlich preiswerter gebaut werden können.
Die Impedanzangabe auf Lautsprecherchassis ist ein Durchschnittswert
Immer wieder sehen wir in Produkttabellen die Impedanz als Ohm-Angabe. Was viele vergessen: Impedanz eines Lautsprechers ändert sich mit der Frequenz der Wiedergabe. Bei 41 Hertz (der tiefste Ton einer Standard-Bassgitarre) könnte die Impedanz eines Lautsprechers beispielsweise 10 Ohm betragen. Bei 20.000 Hertz (der obere Frequenzbereich einer Geige) kann die Impedanz desselben Lautsprechers nur 3 Ohm betragen. Gute Audio-Ingenieure gleichen die Impedanz von Lautsprechern so flexibel aus, dass der Lautsprecher einen gleichmäßigen Klang über den gesamten Frequenzbereich liefert. Das ist so, als wenn man ein Holzstück vorsichtig an den richtigen Stellen schleift, um Unebenheiten und scharfe Kanten zu entfernen: Der Ingenieur verwendet entsprechende Schaltungen, um die Bereiche mit hoher Impedanz zu glätten.
Was „verkraftet“ der Verstärker und was hat die Impedanz damit zu tun?
Bevor Sie zum Beispiel einen 4-Ohm-Lautsprecher kaufen, stellen Sie sicher, dass Ihr Verstärker oder Receiver mit diesem niedrigen Widerstand umgehen kann. Der einfachste Weg: Das Datenblatt des Verstärkers gibt die Leistungsangaben sowohl für 8 als auch für 4 Ohm an. Die meisten soliden Verstärker ohne integrierten Vorverstärker können mit 4-Ohm-Lautsprechern umgehen. Bei niedriger Lautstärke funktionieren auch eher schwache Verstärker für niedrigohmige Lautsprecher. Nur wenn Sie den Verstärker aufdrehen, hat er meist nicht genug Leistung, um die Lautsprecher zu versorgen. Dann besteht auch die Gefahr des Materialschadens.
Einige Verstärker verfügen über einen Impedanzschalter.
Damit schalten Sie zwischen verschiedenen Ohm-Einstellungen um. Das Problem bei der Verwendung dieses Schalters ist, dass die Impedanz keine lineare Einstellung ist, sondern eine Kurve. Die Verwendung eines Impedanzschalters zur Anpassung an Ihre Lautsprecher schränkt die Möglichkeiten Ihres Verstärkers ein. Lassen Sie die Impedanz auf der höchsten Einstellung und kaufen Sie Lautsprecher, die zu den Impedanz-Einstellungen Ihrer Anlage passen. Nur so erzielen Sie die beste Leistung.
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Viele Verstärker können etwas mehr Strom als ihre Nennwerte liefern, aber wenn dies zu lange der Fall ist, kann der Verstärker überhitzen, abschalten oder komplett ausfallen. Lautsprecher sind in der Regel eine sehr komplexe Last. Selbst ein typischer 8-Ohm-Lautsprecher kann eine Impedanzkurve aufweisen, bei der die Last bei bestimmten Frequenzen unter die Hälfte von 4 Ohm fällt. Die meisten Verstärker verkraften das. Aber wenn Sie zwei von diesen Lautsprechern an einem Verstärker mit einer Nennleistung von 8 Ohm parallel schalten, kann die Technik durchaus Schaden nehmen. Wenn Sie einen Verstärker mit einer zu niedrigen Lastimpedanz belasten, verbraucht die Last mehr Strom, als für den Verstärker vorgesehen ist. Dies kann verschiedene Ursachen haben. Was genau passiert, hängt vom Verstärker ab.
Viele ältere Verstärker versuchen die zu hohe Stromlast abzugeben. Das Resultat: durchgebrannte Transistoren. Bei Röhrenverstärkern können sich die Platten in den Röhren durch die zusätzliche Hitze verbiegen. Das kann zu einem Kurzschluss führen. Andere Verstärker haben Sicherungen, die den Verstärker vor Schaden bewahren. Manche Modelle können einen Strombegrenzungszustand einschalten, was in der Regel zu Verzerrung führt, aber zumindest die Hardware schützt.
Die Lautsprecherimpedanz verändert die Ausgangsleistung des Verstärkers
Je nach Impedanz Ihrer Lautsprecher kann die Leistung Ihres Verstärkers fast die Hälfte oder das Doppelte seiner Kapazität betragen. Nehmen wir einen 200-Watt-RMS-Verstärker mit 8 Ohm. Diese 200 Watt RMS sind direkt auf die 8 Ohm bezogen. Die Halbierung der Lautsprecherimpedanz verdoppelt die Verstärkerleistung (bei 4 Ohm wären es 400 Watt). Die Verdopplung der Lautsprecherimpedanz halbiert die Ausgangsleistung (bei 16 Ohm wären es 100 Watt). Je niedriger die Lautsprecherimpedanz, desto größer ist der Strom, der vom Verstärker kommt, desto höher ist also auch die Leistung. Allerdings gehen wir hier von perfekten Bedingungen aus, die in der Audio-Realität nie gegeben sind.
Verstärker können die theoretischen Ausgangspegel (bei halbierter Impedanz) nicht halten.
Das liegt daran, dass die Stromversorgung der meisten Verstärker die maximale Leistung nicht aufrechterhalten kann, wenn sie Lautsprecher mit niedriger Impedanz ansteuern. Sie erreichen die theoretischen Werte nicht. Die Lautsprecher mit niedrigerer Impedanz erhöhen zwar die Ausgangsleistung, aber die maximale Ausgangsleistung verdoppelt sich nicht, wenn die Impedanz halbiert wird. Das kann für die Planung wichtig sein: Planen Sie nicht mit doppelter Leistung bei halbiertem Widerstand. Es ist zudem nicht unbedingt ratsam, Ihren Hi-Fi-Verstärker mit 4 Ohm zu betreiben. Der Grund dafür ist, dass Sie Ihren Verstärker dann möglicherweise an den Konstruktionsgrenzen oder sogar darüber hinaus betreiben. Je billiger der Verstärker ist, desto näher sind Sie wahrscheinlich an der Grenze der Leistung, die das Netzteil verkraften kann. Besser ist es, 6- oder 8-Ohm-Lautsprecher zu verwenden, die der Verstärker bequem ansteuern kann, ohne die volle Kapazität zu erreichen.
Eine gängige Methode zur Änderung der Lautsprecherimpedanz: einen weiteren Lautsprecher hinzufügen.
Fügen Sie den Lautsprecher entweder in Reihe oder parallel zum vorhandenen Lautsprecher hinzu. Dadurch teilt sich die Ausgangsleistung des Verstärkers anders auf – die Lautsprecher teilen sich die Leistung. Die meisten modernen Verstärker schalten zwar bei Überlastung selbst ab oder reduzieren die Leistung – verlassen sollten Sie sich darauf aber nie. Planen Sie den Leistungsbedarf immer konservativ. Und, als Erinnerung: Eine Verdopplung der Verstärkerleistung erhöht die Lautstärke nur um etwa 23 %. Um die Lautstärke zu verdoppeln, brauchen Sie ungefähr die zehnfache Leistung. Wenn Sie einen maximalen Pegel von Ihren Lautsprechern benötigen, achten Sie auf die in den technischen Daten angegebene Empfindlichkeit (auch Sensitivity oder Kennschalldruck). Die Verwendung eines Lautsprechers mit einer Empfindlichkeit von 90 dB (1 W/1 m) im Vergleich zu einem anderen Lautsprecher mit einer Empfindlichkeit von 87 dB (1 W/1 m) ist gleichbedeutend mit einer Verdoppelung der Verstärkerleistung für den Lautsprecher. Verwenden Sie niemals einen oder mehrere Lautsprecher unterhalb der Mindestimpedanz, für die der Verstärker ausgelegt ist. Wenn Sie eine Verzerrung hören, ist das ein Zeichen dafür, dass ein größeres Problem bevorsteht – drehen Sie die Lautstärke herunter, beseitigen Sie die Verzerrung und denken Sie darüber nach, das System umzubauen.
Was haben DI-Boxen mit Impedanz zu tun?
In Situationen, in denen Sie einen hochohmigen Ausgang an einen niederohmigen Eingang anschließen möchten, zum Beispiel bei der Direktaufnahme eines Instruments, sollten Sie eine DI-Box (Direct Injection) verwenden. Eine DI-Box wandelt das niederohmige Signal in ein hochohmiges um und saldiert (erdet) das Signal. Sie können dann an einen hochohmigen Eingang beispielsweise an einen Mikrofonvorverstärker anschließen.
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