Rohde & Schwarz Hameg LCR-Meter 8118
Auf's Milliohm genau: Dank neuer Mess-Hardware macht das LowBeats-Impedanzprofil nicht nur präzise Angaben, sondern beherrscht nun auch die logarithmische Ergebnis-Darstellung. Das macht den Vergleich von Diagrammen deutlich einfacher. (Foto: J. Schröder)

Das neue LowBeats Impedanzprofil – jetzt auch für Kopfhörer und Kabel

Die Impedanz (zu deutsch: Scheinwiderstand) ist fraglos eine der wichtigsten Messgrößen (nicht nur) bei Lautsprechern. Eingeweihte erfahren durch sie Genaueres zur Tieftonabstimmung oder erkennen mögliche Gehäuseresonanzen. Weniger Technik-Affine hingegen können am Impedanzverlauf zumindest grob abschätzen, ob ein Lautsprecher in etwa zu ihrem vorhandenen Verstärker passt. Bei LowBeats gehören Impedanzmessungen an Lautsprechern daher zum Test-Standard – diese sogar explizit nach Betrag und Phase. Denn nur beides zusammen ermöglicht eine Prognose, ob der getestete Lautsprecher den treibenden Verstärker nur mäßig oder eher stark fordert. Diese Belastungsfrage trägt in der Tat wesentlich zum harmonischen Zusammenspiel bei. Daher führt LowBeats ab sofort eine neue Mess-Darstellung ein, die genau diesen Sachverhalt klarer als bisher darstellt – das neue LowBeats Impedanzprofil.

Impedance and Phase Yamaha NS-3000
Elektrische Lautsprecherimpedanz und Phasengang in der bisherigen Darstellung – hier die Messung der Kompaktbox Yamaha NS-3000. Deutlich sichtbar die sehr hohe Impedanzspitze bei 90 Ohm, weshalb sich die niedrigen Betragswerte wegen der linearen Skalierung kaum noch ablesen lassen (Messung: J. Schröder)

Komplett überarbeitet haben wir auch das optische Erscheinungsbild unserer Impedanzmessungen. Denn bei allen physikalischen Qualitäten, die unsere testbewährte Mess-Hardware auszeichnet – eins beherrscht sie nicht: die logarithmische Skalierung der Impedanzkurve. Um auch die Spitzen noch darzustellen, waren unsere bisherigen Impedanzdiagramme daher je nach Verlauf vertikal unterschiedlich skaliert. Das jedoch erschwerte nicht nur die Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Lautsprechern, sondern auch ein Ablesen der kritischen, niedrigen Impedanzwerte.

Das neue LowBeats Impedanzprofil: Aus linear wird logarithmisch

Mit neuer Mess-Hardware ändert sich auch das Erscheinungsbild der LowBeats Impedanzdiagramme. Waren die Ohmwerte der linken, vertikalen Skala bisher linear aufgetragen, erscheinen sie nun logarithmisch skaliert. In vorangehenden Praxistests erwies sich ein fester Wertebereich von 1 Ω bis 100 Ω als optimal, um die mögliche Impedanzspanne unterschiedlichster Lautsprecher mit praxisnaher Auflösung komplett dazustellen. Vorteil beim Ablesen: Die genormte Skalierung erlaubt einen direkten optischen Vergleich aller Lautsprecher untereinander.

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LowBeats-Impedanzprofil Elac Debut Reference 62 – Betrag
Das neue LowBeats Impedanzprofil, ermittelt an der Kompaktbox Elac Debut Reference 62: Die Darstellung des Impedanzverlaufs (Betrag) ist logarithmisch skaliert. Hier gilt die Skala links neben dem Diagramm (Messung: J. Schröder)
LowBeats-Impedanzprofil Elac Debut Reference 62 – Betrag und Phase
LowBeats Impedanzprofil Elac Debut Reference 62: Gemeinsame Darstellung von Betrag (rot) und Phase (blau). Der Phasenwinkel lässt sich an der vertikalen Skala rechts neben dem Diagramm ablesen (Diagramm: J. Schröder)
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Einen Wermutstropfen muss man bei der logarithmischen Skalierung allerdings hinnehmen. Da der Phasengang der Impedanz linear skaliert wird, lässt sich sein Linienraster nicht im logarithmischen Betragsdiagramm unterbringen. Das Ablesen des jeweiligen Phasenwinkels muss daher über die vertikale Skala rechts neben dem Diagramm erfolgen. Der Phasenverlauf als Graph bleibt jedoch weiterhin vollständig erhalten, so dass sein Einfluss auf den Impedanzbetrag sogar noch deutlicher als bisher erkennbar ist.

EPDR – Symbiose von Impedanz-Betrag und Phase

Einzeln betrachtet besagen weder Impedanzverlauf noch Phasengang, wie stark ein Lautsprecher den Verstärker leistungsmäßig fordert. Dazu braucht’s einen mathematischen Umweg: Mittels Platzhalter errechnet man zunächst die maximal mögliche Verlustleistung, sprich den Worst Case, den ein Impedanzwert mit seinem korrespondierenden Phasenwinkel an den Endtransistoren des Verstärkers erzeugen kann. Ist die Spitzen-Verlustleistung bestimmt, kann man anschließend den äquivalenten, ohmschen Widerstand ermitteln, welcher die gleiche Verlustleistung zur Folge hätte..Über diesen Trick fließen sowohl der Betrag als auch die Phase der Impedanz ins Ergebnis ein.

Das Resultat hört dabei auf den komplizierten Namen „Equivalent Peak Dissipation Resistance“, kurz: EPDR. Übersetzt bedeutet das „Äquivalenter Spitzenverlustleistungs-Widerstand“. Vergleichbar mit der klassischen Impedanzkurve gilt auch beim EPDR: Je niedriger die Ohmwerte, desto höher die Belastung des Verstärkers. Näheres zum Thema EDPR erfahren Wissbegierige im LowBeats-Tech-Wiki.

LowBeats-Impedanzprofil Elac Debut Reference 62 – Betrag, Phase und EPDR
LowBeats Impedanzprofil Elac Debut Reference 62 komplett: Darstellung von Betrag (rot), Phase (blau) und EPDR (schwarz punktiert). EPDR-Werte lassen sich ebenfalls auf der Ohm-Skala links vom Diagramm ablesen. Auch die Nennimpedanz des Lautsprechers geht aus diesem Diagramm hervor (zu finden in der Legende). Sie beträgt 5,1 Ohm. LowBeats ermittelt sie in der ersten Impedanzsenke rechts neben der Tieftöner-Resonanzfrequenz bei einem Phasenwinkel von 0 Grad – zu erkennen an der Cursor-Position (Messung: J. Schröder)

Indikator für potenzielle Klangprobleme

Wozu dient das Ganze nun? Eindeutiger als die klassische Impedanzkurve zeigt der EPDR-Verlauf diejenigen spektralen Bereiche an, in denen der Lautsprecher den treibenden Verstärker besonders stark belastet. Das macht EPDR zum perfekten Indikator für potenzielle Klangprobleme. Naturgemäß offenbaren sich diese vorzugsweise bei höheren Lautstärken – mitunter aber auch dann, wenn der Lautsprecher einen eher geringen Wirkungsgrad aufweist und man deshalb ohnehin mehr „Gas geben“ muss. Bei weniger laststabilen Verstärkern kann dann die Stromversorgung in die Knie gehen, was sich speziell bei den leistungshungrigen, tiefen Frequenzen zeigt. Oder aber die Verstärker-interne Strombegrenzung tritt auf die Dynamikbremse, um die Endtransistoren vor dem Leistungs-Burnout zu bewahren. Wie auch immer – das Ergebnis ist in beiden Fällen dem Klang abträglich.

LowBeats-Impedanzprofil SoundKaos Vox 3F
Wilde Achterbahnfahrt für den Verstärker: Impedanzwerte um 2 Ohm und kapazitive Phasenwinkel von mehr als minus 60 Grad bedingen EPDR-Werte von kaum mehr als 1 Ohm. Derart kritische Impedanzprofile wie bei der SoundKaos Vox 3F sind jedoch eher die Ausnahme (Messung: J. Schröder)

Natürlich müssen LowBeats-Leser nicht erst den Taschenrechner bemühen, um den EPDR eines getesteten Lautsprechers zu ermitteln. Vielmehr lässt sich dieser als Graph den neuen Impedanz-Profilen entnehmen. Doch keine Panik – die teils erschreckend niedrigen Ohm-Werte sind Spitzen- und keine Durchschnittswerte. Sie beschreiben aber dennoch reale Situationen. Nicht vergessen sollte man dabei allerdings: Über die klanglichen Qualitäten des Lautsprechers sagt der EPDR prinzipbedingt nichts aus. Solange der Verstärker ausreichende und laststabile Leistung bereitstellen kann, bleibt sein Einfluss vernachlässigbar. Wie in jeder Beziehung gilt auch bei der Paarung von Verstärker und Lautsprecher: Es gibt ausgesprochen pflegeleichte und ungemein anspruchsvolle Partner.

Kopfhörer – die Impedanz-Überraschung

Früher hieß es, die Impedanz von Kopfhörern verläuft derart linear, dass sie sich problemlos mit einem Gleichstrom-Ohmmeter messen und als simpler Zahlenwert angeben lässt. Von wegen: Man glaubt kaum, wie überraschend frequenzabhängig die Kapselimpedanzen einiger Kopfhörermodelle ausfallen. Natürlich längst nicht so ausgeprägt wie bei Lautsprechern, sind doch die bewegten Massen (induktive Anteile) bei Kopfhörern deutlich geringer. Das induktive Wandlerprinzip und die damit verbundenen Ansprüche an den Verstärker sind jedoch die gleichen wie beim Lautsprecher. Ist die Membran erst einmal in Bewegung, muss der Kopfhörer-Amp die von der Kapsel zurückschwappende Gegen-EMK zuverlässig ableiten.

Es verhält sich also kaum anders als bei Lautsprechern: Je nach ihrem Impdanzverlauf stellen Kopfhörer unterschiedliche Ansprüche an den treibenden Verstärker. Daher wird LowBeats bei zukünftigen Tests von kabelgebundenen Kopfhörern auch deren Impedanzprofil ermitteln. Da die Nennimpedanzen von Kopfhörern zumeist deutlich höher liegen als die von Lautsprechern, erfasst die logarithmische Skalierung im Diagramm hier den Bereich von 10 Ω bis 1000 Ω.

LowBeats-Impedanzprofil Sennheiser HD 660 S
Impedanzprofil Sennheiser HD 660 S: Knapp oberhalb von 100 Hz wird das Impedanzmaximum erreicht, das etwa doppelt so hoch ausfällt wie die Nennimpedanz von 170 Ohm. Auch bei Kopfhörern lässt sich der EPDR angeben, wie hier gezeigt. Er verläuft jedoch deutlich gemäßigter als bei Lautsprechern, da der Phasenwinkel +/- 20 Grad kaum überschreitet. (Messung: J. Schröder)

Publikationen wie beispielsweise das Kopfhörerverstärker-Kochbuch vom deutschen Spezialisten Niimbus oder The 0-Ohm-Headphone Amplifier vom amerikanischen Hersteller Benchmark zeigen denn auch unmissverständlich, dass niederohmige Kopfhörer-Ausgänge klare klangliche Vorteile besitzen. Nicht umsonst also verbauen qualitätsbewußte Hersteller Kopfhörer-Verstärker, die schaltungstechnisch leistungsstarken Lautsprecher-Amps gleichen – zu finden beispielsweise bei den RME-Modellen ADI-2 Pro FS R und ADI-2 DAC sowie den Kopfhörer-DACs Questyle CMA400i, CMA Twelve und Twelve Master.

Das neue LowBeats Impedanzprofil: Lautsprecherkabel vergleichen

Geht es um die Paarung von Verstärkern und Lautsprechern, ist das Thema Kabel nicht wegzudenken. Immerhin gilt es, in dieser Verbindung elektrische Leistungen zu übertragen. Etwaige Verluste sollten daher möglichst gering ausfallen. Diese lassen sich bei Lautsprecherkabeln besonders anschaulich darstellen über die sogenannte Kurzschlussimpedanz. Hier sind die lautsprecherseitigen Armaturen miteinander verbunden (Kurzschluss), während das Messignal am verstärkerseitigen Ende eingespeist wird. Wie zu erwarten ist (und auch erwünscht), fallen die Impedanzwerte bei dieser Messung sehr niedrig aus – sie liegen im Milliohm-Bereich.

LowBeats-Impedanzprofil 4 Lautsprecherkabel im Vergleich
LowBeats Impedanzprofil – hier die vergleichende Darstellung mit vier Lautsprecherkabeln von je drei Metern Länge. Je geringer die (Kurzschluss-) Impedanz, desto höher der Leitwert – ausschlaggebend für die mögliche Kabellänge. Je später der Graph nach rechts oben „abbiegt“, desto günstiger die Hochtoneigenschaften (geringere Induktivität). Die Kurzschlussimpedanz bei 1000Hz lässt sich der Legende entnehmen (Milliohm). Als Referenz (hellgrün) dient eine Standard-Zwillingsleitung mit einem Leiterquerschnitt von 2,5 Millimetern (Messung: J. Schröder)

Die Kurzschlussimpedanz eignet sich hervorragend zum Vergleichen unterschiedlicher Lautsprecherkabel, weil sie die wesentlichen Größen Serienwiderstand und Längsinduktivität deutlich sichtbar darstellt. Aus diesem Grunde erhalten die Teilnehmer zukünftiger Boxenkabel-Tests bei LowBeats ebenfalls ein genormtes Impedanzprofil (Skala von 10 Milliohm bis 1 Ohm) – inklusive zumindest einer Referenz, sodass sich ihr „Gewinn“ im Vergleich zu Standardkabeln sehr einfach erkennen lässt.

Fazit

Messwerte (nicht nur) von Audio-Equipment sollten aussagekräftig, transparent und vergleichbar sein. Diesem Ideal rückt das neue LowBeats Impedanzprofil ein gutes Stück näher. Egal, ob Lautsprecher, Kopfhörer oder Boxenkabel: Es vereinfacht nich nur den Vergleich der Testkandidaten innerhalb ihrer Produktgruppe, sondern signalisiert auch potenzielle (Anpassungs-) Probleme im Zusammenspiel mit dem Verstärker.

Die äußern sich naturgemäß unterschiedlich: Bei Lautsprechern handelt es sich vor allem um dynamische Instabilitäten in bestimmten Frequenzbereichen. Bei Kopfhören dagegen können Frequenzgangabweichungen sowie zu geringe Maximallautstärke die Folge sein. Boxenkabel wiederum können das Impulsverhalten verändern, da sie die Bedämpfung der vom Lautsprecher zurückfließenden Gegen-EMK unmittelbar beinflussen. Näheres dazu finden Interessierte im Beitrag zu den speziellen LowBeats Messungen für Lautsprecherkabel-Tests.

Stichwort EPDR: Die teils beängstigend geringen Werte dürften so manchen Lautsprecherentwickler nachdenklich stimmen. Hier zeigt sich, dass nicht unbedingt alles der Verstärkerverträglichkeit dient, was im Boxen- und Chassisbau konstruktiv verlockend und machbar ist. Nicht umsonst also spricht der schottische Audio-Entwickler, Hochschullehrer und Wissenschaftsjournalist Jim Lesurf denn auch von einer „Society of Cruelty to Amps“ oder kurz: SCAMP.

Wie für jedes neue Projekt gilt auch für das LowBeats Impedanzprofil: Es braucht stets ein wenig Einspielzeit, bis sich alles passend zurechtrüttelt. Besonders hilfreich hierbei ist natürlich Ihr Feedback: Egal, ob technischer Hintergrund, Skalierung und Beschriftung der Diagramme oder Farbgebung der Graphen – für konstruktive Kritik sind wir immer zu haben. Schreiben Sie hierfür einfach per Mail an jus@lowbeats.de.

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Autor: Jürgen Schröder

Jürgen Schröder
Tonmeister, Mess-Chef und technische Gewissen von LowBeats. Kümmert sich am liebsten um Wissens-Themen, Kopfhörer und den spannenden Bereich zwischen Studio und HiFi.