Know-how: Die Impedanz und ihre Bedeutung im Hi-Fi-Bereich

Das Thema der Impedanz beschäftigt die Hi-Fi-Gemeinde seit ihren Ursprüngen. Denn jeder Audiophile sieht sich mit der Frage konfrontiert, ob der Impedanz-Wert seiner Lautsprecher mit der angegebenen Ohmzahl am Endverstärker übereinstimmen muss.

Kaum ist der neue Verstärker ausgepackt, trüben kryptische Angaben wie „8 Ω“ neben den Ausgangsbuchsen die Vorfreude auf den Hörgenuss. Düstere Erinnerungen aus dem Physikunterricht werden wach, die man nun nach Antworten auf die Frage durchforstet: Impedanz, was war das nochmal? Abgeleitet vom lateinischen Wort impedire „hemmen, hindern“, bezeichnet der Begriff den Wechselstromwiderstand eines Leiters, eines Bauteils oder einer elektronischen Schaltung. Vereinfacht spricht man auch vom Widerstand. Die Impedanz, angegeben in der Einheit Ohm (Ω), beschreibt das Verhältnis zwischen elektrischer Spannung und Stromfluss – fließt bei einer hohen Spannung dennoch wenig Strom, muss der Widerstand hoch sein. Im Hi-Fi-Bereich spielen besonders zwei Impedanz-Werte eine Rolle: zum einen der sog. Innenwiderstand (Ri, auch Ausgangsimpedanz Zi) des Verstärkers, zum anderen dessen Außenwiderstand (Ra, auch Eingangsimpedanz Za), der mit dem Lastwiderstand des Lautsprechers gleichzusetzen ist. Ein flüchtiger Blick in HiFi-Foren genügt, um die Unsicherheit vieler User im Umgang mit der Impedanz zu erkennen. So taucht immer wieder die Frage auf, ob Innen- und Außenwiderstand identisch seien müssen. Dies ist aber eindeutig zu verneinen, da den handelsüblichen Hi-Fi-Lautsprechern mit Impedanzen von 4, 6 und 8 Ω ausschließlich Endstufen mit Innenwiderständen von weniger als 0,1 Ω gegenüberstehen. Größere Innenwiderstände gibt es bei HiFi-Endverstärkern nicht! Somit ist auch klar, dass die angegebene Ohmzahl am Verstärkerausgang nicht den Innenwiderstand bezeichnet, sondern eine Empfehlung des Herstellers für den Lastwiderstand des anzuschließenden Speakers darstellt. Für einen gleichbleibenden Leistungs- bzw. Lautstärkepegel ist es sogar unbedingt notwendig, dass der Innenwiderstand sehr viel kleiner ist als der Lastwiderstand. Denn nur so kann eine stabile Spannungsversorgung (U) des Lautsprechers gewährleistet werden, die für einen gleichbleibenden Leistungspegel (P) benötigt wird. Man spricht hier von einer Spannungsanpassung. Wenn beispielsweise Ri = 0,1 Ω und Ra = 8 Ω, bleibt die Dezibelzahl zu circa 99 Prozent stabil. Wäre Innen- und Außenwiderstand identisch, würde der Pegel hingegen um 50 Prozent schwanken.

Das Verhältnis zwischen Innen- und Außenwiderstand bezeichnet man als Dämpfungsfaktor. Dieser spielt für den Sound eine entscheidende Rolle. Die Schwingspule des Lautsprechers induziert durch ihre Bewegungen Strom, der sich in Form von langen Ausschwingvorgängen der Lautsprechermembran bemerkbar machen kann. Ist der Innenwiderstand ausreichend klein, wird der Lautsprecher während des Ausschwingens vom Verstärker kurzgeschlossen und die Schwingungsenergie in Wärme umgewandelt. Ein hoher Dämpfungsfaktor vermeidet also einen schwammigen Sound, der besonders in den Bässen zum Problem werden kann. Da man zum Innenwiderstand noch den Widerstand der Lautsprecherkabel hinzuaddieren muss, sinkt der Dämpfungsfaktor bei langen und dünnen Kabeln. Lautsprecherleitungen sollten also möglichst kurz und dick beschaffen sein, sonst klingt auch der beste High-End-Verstärker in Kombination mit den teuersten Boxen nur mittelmäßig.

Übrigens sind die üblichen Lautsprecher-Nennimpedanzen 4, 6 und 8 Ω stark vereinfacht, denn eigentlich verändert sich der Widerstand eines Speakers in Abhängigkeit zur Frequenz sehr stark, teilweise um bis zu 50 Prozent (siehe Abbildung). Die ausgewiesenen Nennimpedanzen richten sich nach dem minimalen erreichten Wert. So dürfen als 4-ohmig ausgewiesene Lautsprecher nach DIN-Norm minimal 3,2 Ω besitzen, Lautsprecher mit einer Nennimpedanz von 8 Ω reichen bis 6,4 Ω hinab. Der Grund für die Normung nach Minimalwerten ist die größere Belastung, die niedrige Impedanzen für den Verstärker darstellen. Wenig Lastwiderstand hat einen größeren Stromfluss zur Folge, was wiederum zu mehr Wärmeentwicklung im Verstärker führt. Die meisten Lautsprecher haben bei tiefen Frequenzen ein Impedanzminimum. In Verbindung mit der hohen Energie der Bässe kommt es zu einer großen Belastung der Endstufe. Da eine Überhitzung zur Beschädigung der Bauteile führen kann, sind zu kleine Lautsprecherimpedanzen eher schlecht. Viele Hersteller empfehlen aus diesem Grund Lautsprecherboxen mit 8 Ω Impedanz.

Prinzipiell ist es am gesündesten für den Verstärker, Lautsprecher mit der empfohlenen oder einer höheren Nennimpedanz anzuschließen. Dennoch brennt kein zeitgenössischer Endverstärker in Verbindung mit einer 4-Ω-Box durch, es sei denn, man legt es darauf an und jagt minutenlang Bässe in exorbitanter Lautstärke durch die Anlage. Natürlich verfügen praktisch alle heutigen Endstufen über einen eingebauten Schutzschalter, der durch rechtzeitiges Abschalten die Bauteile vor dem Durchbrennen bewahrt. Beim Anschluss von Lautsprechern mit höheren als den empfohlenen Impedanzen kann die Leistung abnehmen, sprich, die Anlage wird leiser. Dasselbe geschieht übrigens auch, wenn sich die Speaker nach längerem Betrieb erhitzen, denn dann steigt ebenfalls deren Widerstand. Laufen die Lautsprecher infolgedessen unterhalb des optimalen Pegelbereichs, wirkt sich das unter Umständen negativ auf den Sound aus.

Aller Halbwahrheiten, Warnungen und daraus resultierenden Unsicherheiten zum Trotz spielen Impedanzen im heutigen Hi-Fi-Bereich nur noch eine untergeordnete Rolle. Die standardmäßig angebotenen 4-, 6- und 8-Ω-Lautsprecher können keine moderne Endstufe zerstören, auch macht sich eine untertourig laufende Endstufe bei einem 8-Ω-Lautsprecher kaum bemerkbar. Viele höherklassige Verstärker besitzen ohnehin mehrere unterschlich ausgelegte Ausgänge, um für alle Lastwiderstände gerüstet zu sein. Heizt sich ein Gerät dennoch bedenklich auf, sollte man es an einem gut belüfteten Ort aufstellen und nach Möglichkeit die tiefen Frequenzen auf einen Subwoofer umleiten. Wer das Maximum an Soundqualität aus seiner Anlage herausholen möchte, sollte sich nach den Empfehlungen des Verstärkerfabrikanten richten. Dann sind auch keinerlei Probleme mit Überhitzung zu erwarten.

 

► Anmerkung: Dieser Artikel erschien ursprünglich im AUDIO TEST HiFi-Magazin.

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