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Verstärker - Wie viel Leistung ist sinnvoll

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Jeder, der einmal einen Verstärker gekauft hat, kennt das
Argument vieler Verkäufer: "Nehmen Sie diesen hier - der
liefert sagenhafnete 1000 Watt!"Oft ist die Leistung des eigenen
Verstärkers auch ein Grund damit zu prahlen. Einige
vertreten sogar die Meinung, dass ein Verstärker nur dann
wirklich klingen kann,wenn die Leistung entsprechend hoch ist.
Insbesondere Heimkino und Car-Hifi Anhänger geben sich in
der Regel erst zufrieden, wenn sie den dicksten Amp-Boliden, der
im Laden anzutreffenwar ihr Eigen nennen. Der folgende Text
versucht einmal ganz nüchtern die verschiedenen
Leistungsbegriffe einzuordnen und anschließend Tipps zu
geben,wie für ein vorhandenes Lautsprecherpaar ein
leistungstechnisch vernünftiger Verstärker gefunden
werden kann.



Was bedeuten die unterschiedlichen Leistungsangaben?



Die Leistungsmessungen an Verstärkern finden im Labor bei
bestimmten Lastwiderständen statt (meist 4, 6 oder 8Ohm, im
Car-Hifi Bereich unter Umständen auch 2 Ohm).Diese Messung
ist allerdings im Bezug auf die tatsächlich abgegebene
Leistung am realen Lautsprecher nicht sehr aussagekräftig.
Man muss sich vor Augen halten, dass ein Lautsprecher keinen
reinen ohmschen Widerstand darstellt. "images/hardware/news-bilder/verstaerker_leistung01.gif"
width="284" height="220" border="0" alt=
"Impedanzverlauf eines Lautsprechers" hspace="20" vspace="20"
align="right">Der Widerstand oder genauer die Impedanz eines
Lautsprechersystems besteht nicht nur aus ohmschen, sondern auch
ausinduktiven und kapazitiven Widerstandsanteilen. Aus diesem
Grund schwankt die Impedanz der Box mitunter gewaltigmit der
Frequenz. Im Beispiel (Bild rechts) hat der verwendete
Lautsprecher ein Impedanzmaximum von15,4 Ohm bei 60Hz. Dagegen
liegt der Widerstand des Lautsprechers bei einer Frequenz von
1000Hz gerade noch beirund 2,5 Ohm. Wird die Impedanz eines
Lautsprechers angegeben, so bezieht sich der Wert (meist 4 oder
8Ohm)auf einen gemittelten Widerstandswert. Der Lautsprecher im
Bild rechts wäre aufgrund der recht niedrigen Impedanz bei
1000Hz sicher mit4 Ohm angegeben.

Bei der Messung der Leistung des Verstärkers wird nun aber
als Widerstand des Lautsprechers vereinfachend ein für alle
Frequenzen gleichbleibender Widerstand angenommen.
DieseVorgehensweise steigert natürlich die
Aussagefähigkeit der Leistung für tatsächliche
Anwendungen nicht.



Ein weiterer wichtiger Punkt ist das Musikmaterial selbst. Je
nach Programm wird dem Verstärker hohe oder auch wenigerhohe
Leistung abverlangt. Bei einer bestimmten akustischen
Lautstärke muss der Verstärker beispielsweise
wesentlich mehr Leistungfür die Widergabe tiefer Frequenzen
aufbringen, als für die Wiedergabe hoher Tonbereiche. Das
liegt vor allem daran, dass die Tieftonchassis innerhalb
derLautsprecherboxen bei weitem mehr Leistung für ihren
Antrieb benötigen als die oft filigranen Hochtöner.
Wird nun Musik gespielt, die fast nur hohe Tönebeinhaltet,
so hält sich die Anstrengung des Verstärkers in
Grenzen. Werden ihm dagegen Tiefbassgewitter wie in manchen
Hollywood-Filmen abverlangt, so muss sich der Ampschon
mächtig ins Zeug legen. Auch dieser Umstand verwischt die
Klarheit der Leistungsangaben in den Bedienungsanleitungen und
Katalogen der Hersteller.Man sollte aus diesem Grund vorneweg
entscheiden, welches Musikmaterial denn über den
Verstärker laufen soll.Klassik Fetischisten werden sicher
nicht so viel Leistung benötigen, wie Verfechter von hartem
Heavy Metal oderTechno-Beats.



Eine generelle Aussage, welche Leistung ich denn nun wirklich
für ein bestimmtes Musikstück oder für einen
bestimmtenLautsprecher benötige ist daher nicht allein
über die Leistungsangaben möglich. Trotzdem können
folgende Angaben gut für denVergleich der
Leistungsfähigkeit von Verstärkern untereinander
herangezogen werden:



Nennleistung (RMS): Die Nennleistung oder effektive
Leistung beschreibt die mittlere abgegebene Leistung
unabhängig von der gerade anliegendenSignalform. Da sie
einen Mittelwert darstellt, ist sie relativ aussagekräftig.
Diese Leistung kann der Verstärkerin der Praxis auch
über eine längere Zeitspanne abgeben, ohne Schaden
davon zu tragen. In den Datenblätternfindet sich häufig
auch die englische Bezeichnung "RMS" (Root Mean
Square).



Sinusleistung: Die Sinusleistung ist fast identisch mit
der Nennleistung, nur mit dem Unterschied, dass der Mittelwert
hier nicht aus beliebigenSignalformen gebildet wird, sondern nur
aus sinusförmigen Signalen. Auch die Sinusleistung kann zum
Vergleich der Leistungsfähigkeitder Verstärker gut
verwendet werden.



Musikleistung/Spitzenleistung/Maximalleistung: Diese
Leistungsangaben beschreiben die absolut maximale Leistung, die
einVerstärker bei kurzen Signalimpulsen an den
Lastwiderstand abgeben kann. Der Verstärker kann
dieseLeistung nur für weniger als 2 Sekunden abgeben ohne
Schäden davon zu tragen. Zum Vergleich von Verstärkern
ist sie insoferngeeignet, da sie einen Vergleich der
Qualität der Netzteile von Verstärkern erahnen
lässt. Der Strom, den die Endstufe des Verstärkers bei
Musikleistung aus dem Netzteil aufnimmt,entspricht dem maximalen
Strom, den das Netzteil für kurze Augenblicke liefern kann.
Daher ist sie in gewisser Hinsicht ein Maß für die
Stromlieferfähigkeit des Netzteils.Wurde dem Netzteil dieser
maximale Strom abverlangt, so ist die in den Ladekondensatoren
gespeicherteEnergie vollständig aufgebraucht. Aus diesem
Grund kann die Musikleistung nur für kurze Augenblicke
gefahren werden. Wird sie dem Verstärker über einen
längeren Zeitraum (>2sek) abverlangt, so sinkt
dieBetriebsspannung der Endstufe ab.



Daher ist es auch nicht unverständlich, dass das Netzteil
einen nicht unerheblichen Beitrag zu einer gelungenen
Verstärkerkonstruktion leistet.Sehen Sie sich vor dem Kauf
des Amplifiers doch einfach mal das Geräteinnere an! Sehen
Sie einen großen schweren Netztrafo und dicke
Ladekondensatoren mit mehr als 10.000 µF Kapazität pro
Stück?Dann haben Sie ein Prachtexemplar von Netzteil vor
sich. Hier steht hoher Leistung und gutem Klang vom Netzteil her
nichts im Wege. Und wenn Sie das Gerät schon offen haben:
sehen Sie sich vor allem auch denAlukühlkörper an, an
dem die Endstufentransistoren befestigt sind. Besteht er
vollständig aus massivem Aluminium? Oder ist er eher
schmächtig und lieblos aus einem dünnen Stück
Blech gefertigt? Falls das der Fall sein sollte, so erwartenSie
nicht allzu viel Leistung, auch wenn diese in der
Bedienungsanleitung steht. Hohe Leistung kann ohne
vernünftig dimensionierten Kühlkörper nicht
erreicht werden, da dann die Transistoren frühzeitig den
Hitzetod sterben.Leider statten viele Billiganbieter aus Fernost
ihre Geräte mit mageren Netzteilen und winzigen
Kühlkörperchen aus. Der Grund: Beide Bauteile
erhöhen das Gewicht der Komponente undGewicht bedeutet beim
Transport ins weit entfernte Europa oder die USA hohe
Transportkosten, die die Hersteller scheuen.



Wie viel Leistung ist sinnvoll?



Um diese Frage beantworten zu können ist es wichtig darauf
hinzuweisen, dass die elektrische Leistung des Verstärkers
alleine nochabsolut keine Aussage darüber macht, welche
akustische Lautstärke ein System erreichen kann. Um die
akustische Leistung (also den Schalldruckpegel = SPL = Sound
Pressure Level)eines Systems zu bestimmen, muss neben der
elektrischen Leistung auch der Wirkungsgrad der Lautsprecher mit
einbezogen werden. Letzterer liegt extrem niedrig.Lautsprecher
weisen Wirkungsgrade zwischen 0,06 und 2,5 Prozent auf. Die
restliche elektrische Leistung wird in mechanische Arbeit und vor
allem in Wärme umgesetzt.



Um den maximalen Schalldruck eines Systems grob zu berechnen,
werden daher sowohl die maximale Verstärkerleistung, als
auch dieEmpfindlichkeit der Lautsprecher benötigt. Die
Empfindlichkeit wird auch als Kennschalldruck bezeichnet und ist
bei guten Speakern auf der Rückseitebei den Typendaten oder
in der Anleitung zu finden. Sie beschreibt den Schalldruck, der
in einem Abstand von 1m zum Lautsprecher und einerelektrischen
Eingangsleistung von einem Watt erreicht wird. Bisweilen ist
zusätzlich noch die Frequenz angegeben, bei der dieser Wert
gemessen wurde. Je nach System liegt sie zwischen 80dB/1W/1m und
etwa 95dB/1W/1m.Hifi-Systeme weisen in der Regel
Empfindlichkeiten zwischen 82dB/1W/1m und 89dB/1W/1m auf.
Professionelle Audiosysteme (PA) liegen über 90dB/1W/1m.



Nützlich ist ferner das Wissen, dass sich der akustische
Schalldruck nach der Formel ΔSPL = -20 * log(Δr) mit
der Abstandsänderung r zum Lautsprecher verringert.Als
Faustformel leichter zu merken ist die Tatsache, dass der
Schalldruckpegel bei einer Verdopplung des Hörabstandes um
etwa 6dB abfällt.Ebenfalls wichtig zu wissen ist, dass eine
Verdopplung der elektrischen Leistung nicht etwa auch eine
Verdopplung der akustischen Leistungmit sich bringt. Eine
Verdopplung der elektrischen Leistung bewirkt lediglich einen
Schalldruckanstieg um 3dB, während das Ohr erst bei
einerLautstärkeänderung von etwa +10dB diese
Änderung als Verdopplung der akustischen Leistung
wahrnimmt.

Ferner lässt sich der Schalldruckpegel durch hinzufügen
eines weiteren Lautsprechers nicht verdoppeln, sondern nur um 6dB
erhöhen.



Mithilfe der obigen Angaben kann für eine gegebene
Lautsprecherempfindlichkeit mit Hilfe einer
Überschlagsrechnung herausgefunden werden,welche elektrische
Leistung für einen bestimmten maximalen Schalldruckpegel
benötigt wird.Angenommen wir haben Lautsprecher mit
84dB/1W/1m und möchten in drei Metern Entfernung einen
Schalldruck von 100dB erreichen ( das entspricht in etwa dem
maximaler Schalldruck eines Großorchesters).



Wir verwenden Stereolautsprecher, also ergibt sich bei einem Watt
Eingangsleistung in einem Meter Entfernung:



SPL(1W,1m,Stereo) = 84dB + 6dB = 90dB



Allerdings hören wir in drei Meter Entfernung und nicht in
einem Meter, weshalb der Schalldruck bei einem Watt entsprechend
absinkt:



SPL(1W,3m,Stereo)= 90dB - 9dB = 81dB



Wir wollen 100dB an dieser Hörposition erreichen,
Verdopplung der Verstärkerleistung alle 3dB:


Schalldruck el. Nenneingangsleistung
84dB 2 Watt
87dB 4 Watt
90dB 8 Watt
93dB 16 Watt
96dB 32 Watt
99dB 64 Watt
102dB 128 Watt





Für 100dB sollte mal also für diese Konfiguration einen
Verstärker mit etwa 130 Watt Leistung heranziehen.

Lassen Sie uns die gleiche Rechnung mit einem Lautsprecherpaar
mit je 92dB/1W/1m durchführen:



SPL(1W,1m,Stereo) = 92dB + 6dB = 98dB



SPL(1W,3m,Stereo)= 98dB - 9dB = 89dB


Schalldruck el. Nenneingangsleistung
92dB 2 Watt
95dB 4 Wat
98dB 8 Watt
101dB 16 Watt





Wie Sie sehen genügt hier weniger als ein sechstel (!) der
obigen Verstärkerleistung, um 100dB Schalldruck zu
erreichen.Mit diesem System währen bei einer
Verstärkerleistung von 130 Watt etwa 110dB Schalldruck
möglich, also etwa die doppelte akustischeLeistung wie mit
dem ersten System.



Ein Manko dieser Rechnung ist allerdings, dass die
Nennbelastbarkeit der Lautsprecher völlig außer Acht
gelassen wurde.Selbstverständlich können mit einem
Lautsprecher nur dann die gewünschten Schalldruckpegel
erreicht werden, wenn dieser die elektrischeEingangleistung auch
verkraftet. Ein gewisser Spielraum sollte auch immer vorhanden
sein. Die Lautsprecher im ersten Beispiel sollten nicht nur 130
Watt, sondern mindestens 200 Watt verkraften, umentstehende
Verzerrungen nicht zu groß werden zu lassen und die
Mechanik nicht thermisch zu überlasten.



Auch über die elektrische Leistung des Verstärkers
sollten wir uns nochmals Gedanken machen. Manche Berater in
Elektronikgroßmärkten empfehlen hier eine
Verstärkerleistung, die knapp unterhalb der
maximalenBelastungsgrenze der Lautsprecher liegt. Ihre
Begründung: der Lautsprecher könne dann mit dem
verwendeten Verstärker keinesfalls zerstört werden -
was aber nur theoretisch seine Richtigkeit hat.In der Praxis wird
der Verstärker leider mit zunehmender Belastung immer
größere Verzerrungen produzieren. Kommt
derVerstärker an seine Leistungsgrenze, was leicht erreicht
werden kann, wenn der Lautsprecher größere Leistungen
verträgt alsder Verstärker liefern kann, dann entsteht
sogenanntes Clipping. Diese Art Verzerrung zeichnet sich durchdie
unangenehme Eigenschaft aus, dass Signale hoher Frequenz
schlagartig mit zu hoher Leistung an die Lautsprecher geschickt
werden.Die Hochtöner einer Lautsprecherbox sind daher bei zu
schwachen Verstärkern potenziell gefährdet.



Es erscheint eher sinnvoll ein Verstärkermodell zu
verwenden, das etwas mehr Leistung zur Verfügung stellt, als
die Lautsprecherverkraften. Der Verstärker wird dann unter
gewöhnlichen Betriebsbedingungen nicht an seine Grenzen
gefahren.Ein jederzeit kontrolliertes Klangbild ist das Resultat.
Eine Überlastung der Lautsprecher ist bis auf
Ausnahmefälle ebenfalls nicht zu erwarten.Einer dieser
Ausnahmefälle ist das ruckartige unüberlegte Aufdrehen
des Lautstärkereglers bis zum Anschlag, was aber
vernünftigerweise nie vorkommen sollte.Vorsichtig sollten
Sie immer dann sein, wenn Sie von einer "leisen" Signalquelle auf
eine laute umschalten.Müssen Sie beispielsweise bei einer
leisen Aufnahme abgespielt über Ihr Kassettendeck den
Lautstärkeregler weit aufdrehen, um in
ordentlichenMusikgenuss zu kommen, dann denken Sie daran den
Regler wieder zurück zu drehen, bevor Sie auf CD schalten!
Ansonsten könntenIhnen Ihre Speaker nicht lange erhalten
bleiben.



Kommen wir doch nochmals auf die Musikfreunde zurück, die
sich gerne etwas mehr Leistung gönnen. Von technischer Seite
ist dem alsonichts entgegen zu setzen. Ein zu kräftiger
Verstärker wird einen Lautsprecher nicht so schnell
zerstören, wie einschwachbrüstiges Modell, es sei denn
es kommt zu groben Bedienungsfehlern. Trotzdem sollte man nicht
übertreiben.Verstärker mit zu hoher Leistung haben
nämlich doch einen großen Nachteil: sie verbraten auch
im Leerlauf große Leistungsmengen,was weder dem eigenen
Geldbeutel, noch der Umwelt wirklich gut tut.

Dieser Text stammt mit freundlicher Genehmigung von BUROSCH Audio-Video-Technik.

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