Audio Verstärker: Wieviel Leistung ist sinnvoll ?

Jeder, der einmal einen Verstärker gekauft hat, kennt das Argument vieler Verkäufer: "Nehmen Sie diesen hier - der liefert sagenhafte 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 anzutreffen war, 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.Impedanzverlauf eines Lautsprechers 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 gewaltig mit der Frequenz. Im Beispiel (Bild rechts) hat der verwendete Lautsprecher ein Impedanzmaximum von 15,4 Ohm bei 60Hz. Dagegen liegt der Widerstand des Lautsprechers bei einer Frequenz von 1000Hz gerade noch bei rund 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 mit 4 Ohm angegeben.
Bei der Messung der Leistung des Verstärkers wird nun aber als Widerstand des Lautsprechers vereinfachend ein für alle Frequenzen gleichbleibender Widerstand angenommen. Diese Vorgehensweise 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 weniger hohe Leistung abverlangt. Bei einer bestimmten akustischen Lautstärke muss der Verstärker beispielsweise wesentlich mehr Leistung für die Widergabe tiefer Frequenzen aufbringen, als für die Wiedergabe hoher Tonbereiche. Das liegt vor allem daran, dass die Tieftonchassis innerhalb der Lautsprecherboxen bei weitem mehr Leistung für ihren Antrieb benötigen als die oft filigranen Hochtöner. Wird nun Musik gespielt, die fast nur hohe Töne beinhaltet, so hält sich die Anstrengung des Verstärkers in Grenzen. Werden ihm dagegen Tiefbassgewitter wie in manchen Hollywood-Filmen abverlangt, so muss sich der Amp schon 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 bestimmten Lautsprecher benötige ist daher nicht allein über die Leistungsangaben möglich. Trotzdem können folgende Angaben gut für den Vergleich der Leistungsfähigkeit von Verstärkern untereinander herangezogen werden:

Nennleistung (RMS):
Die Nennleistung oder effektive Leistung beschreibt die mittlere abgegebene Leistung unabhängig von der gerade anliegenden Signalform. 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 beliebigen Signalformen gebildet wird, sondern nur aus sinusförmigen Signalen. Auch die Sinusleistung kann zum Vergleich der Leistungsfähigkeit der Verstärker gut verwendet werden.

Musikleistung / Spitzenleistung / Maximalleistung:
Diese Leistungsangaben beschreiben die absolut maximale Leistung, die ein Verstärker bei kurzen Signalimpulsen an den Lastwiderstand abgeben kann. Der Verstärker kann diese Leistung nur für weniger als 2 Sekunden abgeben ohne Schäden davon zu tragen. Zum Vergleich von Verstärkern ist sie insofern geeignet, 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 gespeicherte Energie 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 die Betriebsspannung 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 erwarten Sie 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 und Gewicht 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 noch absolut 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 die Empfindlichkeit der Lautsprecher benötigt. Die Empfindlichkeit wird auch als Kennschalldruck bezeichnet und ist bei guten Speakern auf der Rückseite bei den Typendaten oder in der Anleitung zu finden. Sie beschreibt den Schalldruck, der in einem Abstand von 1 Meter zum Lautsprecher und einer elektrischen 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 einer Lautstärkeänderung 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 3dB 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 akustische Leistung wie mit dem ersten System.

Professionell prüfen Sie Ihre gesamte Audioanlage mit genormten Referenztesttönen. Verwenden Sie am besten die Audio-CD von BUROSCH Audio-Video-Technik www.burosch.de

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 elektrische Eingangleistung 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, um entstehende 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 maximalen Belastungsgrenze 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 als der Verstärker liefern kann, dann entsteht sogenanntes Clipping. Diese Art Verzerrung zeichnet sich durch die 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 ordentlichen Musikgenuss zu kommen, dann denken Sie daran den Regler wieder zurück zu drehen, bevor Sie auf CD schalten! Ansonsten könnten Ihnen 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 also nichts entgegen zu setzen. Ein zu kräftiger Verstärker wird einen Lautsprecher nicht so schnell zerstören, wie ein schwachbrüstiges 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.