Pimp your Studio : Die Last mit der Impedanz

pimp
Aus allgemeinem Anlass mal ein paar Worte zum Thema Impedanz und den damit verbundenen Problemen. Immer wieder kommen einem zu dem Thema haarsträubende Halbwahrheiten und gnadenloser Nonsens zu Ohr, sei es in Internetforen, auf Messen oder im Bus. Zeit, damit aufzuräumen und über ein paar Fakten zu sprechen:

Impedanz ? Was ist das ?
Als Impedanz bezeichnet man den Wechselstromwiderstand einer elektrischen Schaltung. In manchen Zusammenhängen ist auch von Innenwiderstand die Rede, das ist aber bei Audio nicht korrekt. Es ist dabei egal, ob die Schaltung aus einem oder mehreren Bauteilen besteht und auch ob sie aktiv oder passiv ist. Sofern die Schaltung einen elektrischen Ein- und Ausgang besitzt wird zusätzlich zwischen Eingangs- und Ausgangsimpedanz unterschieden. Impedanzen werden in Ohm angegeben. Zu allem Überfluss werden, wenn zwei Schaltungen miteinander verbunden werden die Worte Eingangsimpedanz und Ausgangsimpedanz gerne durch Quellimpedanz und Lastimpedanz ersetzt. Zusammenfassend: Die Eingangsimpedanz ist der Widerstand auf den das Audiosignal trifft wenn es die Schaltung „betritt“. Der Ausangswiderstand ist der Widerstand der direkt mit der nachfolgenden Schaltung verbunden wird. Wenn man das Wort „Schaltung“ durch „Gerät“ ersetzt wird das ganze plastischer.

Spannungsanpassung Vs. Leistungsanpassung
Es gibt zwei Möglichkeiten elektrischen Strom von A nach B zu befördern. Entweder man legt Wert auf die Leistung oder man legt Wert auf die Spannung. Im Audiobereich legt man wert auf die Spannung, da sich diese analog zu dem Schallereignis verhält um das es ja schließlich geht. Deswegen findet die Übertragung als Spannungsanpassung statt. Das bedeutet : Die Impedanz der Quelle (A) muss wesentlich kleiner sein als die Impedanz des Empfängers (B). Diese Kombination sorgt dafür das die Quelle nicht sehr stark belastet wird, was zur Folge hätte das die Spannung zusammenbrechen würde. Klingt jetzt schizophrehn ist aber so. Man könnte denken das „weniger stark belasten“ heißt man müsste im Empfänger eine möglichst kleine Impedanz haben. Ist aber genau umgekehrt: Kleine Impedanz des Empfängers = Quelle wird satrk belastet. Große Impedanz des Empfängers = Quelle wird leicht belastet. Ist ja dann auch doch wieder logisch wenn man bedenkt das wir uns mit sinkendem Widerstand dem Kurzschluss nähern und den hat ja niemand gern.

Wer jetzt behauptet das die Ausgangsimpedanz gleich der Eingangsimpedanz sein muss, der redet von Leistungsanpassung. Das hat nichts, aber auch rein gar nichts mit analoger Audiotechnik zu tun, wird aber trotzdem in zig Foren kolportiert. Leistungsanpassung braucht man bei langen Signalwegen (lang = Kilometer) und bei HF (z.B. Radio). Die gesamte Nachrichtentechnik lebt davon. Da Audiotechnik aus der Nachrichtentechnik entstand, galt das Prinzip der Leistungsanpassung hier einen Moment lang auch, wurde aber irgendwann abgesägt, als man festellte das die Kabelwege im Tonstudio nicht sehr lang sind. Im modernen Tonstudio begegnet einem die Leistungsanpassung nur noch bei digitalen Verbindungen, das ist nämlich auch HF. Da müssen dann Eingangs- und Ausgangsimpedanzen, sowie die Wellenwiderstände der Kabel alle gleich sein.

Praxis
Wenn wir unsere Quelle zu stark belasten (d.h. also die Lastimpedanz klein machen)beeinträchtigt das wie gesagt die Spannung, sprich unser Audiosignal . Diesen Effekt nennt man Dämpfung. Da die Spannung in unserem Fall ein Audiosignal ist entspricht die Dämpfung einem Lautstärkeverlust.

Beispiel:
Wir schließen ein dynamisches Mikrophon an einen Preamp an. Das Mikrophon hat eine Ausgangsimpedanz von 200 Ohm. Wir nehmen einen Preamp mit 2000 Ohm Eingangsimpedanz. Die Formel erspare ich Euch hier mal, das Ergebnis ist 0,82 dB Dämpfung. Da geht also schon fast ein ganzes dB über den Jordan. Hört sich viel an, aber ohne Verluste kann man leider kein Signal übertragen. Schrauben wir die Eingangsimpedanz unseres Preamps mal herunter: 1000 Ohm ergeben 1,58 dB Dämpfung, 600 Ohm würden 2,49 dB verdampfen lassen. Da wirds dann schon eklig. Ganz los wird man den Effekt nie, selbst bei 100.000 Ohm Eingangswiderstand ist noch eine Dämpfung messbar. Man kann den Eingangwiderstand auch nicht beliebig anheben, da bekommt man dann andere Probleme. Faustregel: Die Eingangimpedanz muss mind. 10x höher sein als die Ausgangsimpedanz. Das ergibt zwar nach meinem Beispiel einen Verlsut von 0,82 dB – aber was soll´s. 200 Ohm sind typisch für dynamische Mikros. Kondensatormics haben eher zwischen 50 und 150 Ohm.

Warum haben denn viele Micpres neuerdings wählbare Eingangsimpedanzen ? Keine Ahnung. Na ja die Dämpfung über die ich eben berichtet habe ist nicht für alle Frequenzen gleich (das liegt daran das auch die Impedanz an sich frequenzabhängig ist), das heißt wenn man die Impedanz am Micpre runterschaltet ändert sich auch der Frequenzgang des Mikros. Es wird muffig. Wer das gut findet kann sich den Effekt natürlich zu nutze machen. Bei Line-Verbindungen ist das alles fast genauso, die typischen Ausgangsimpedanzen sind andere (50 – 75 Ohm, HIFI auch gerne 150 Ohm). Endstufen haben Ausgangwiderstände im Bereich von 0,1 Ohm – entsprechend niedrig sind die Impedanzen der Speaker : 4, 6, 8 oder 16 Ohm. An die Ausgänge der Verstärker schreiben die Hersteller gerne die optimale Impedanz der anzuschließenden Boxen dran. Also nicht verwirren lassen. Gitarren: kritisch, stark schwankend und noch viel extremer von Frequenzen abhängig, Pickups sind archaische Bauteile. Deswegen gibt es Hochimpedanzeingänge (Hi-Z) dafür, geht los bei mehreren zehntauend bis millionen Ohm (kOhm und MOhm), Nachteile : mehr Rauschen, HF-Einstreuungen (sprich: Radio). Geht aber nicht anders, ausser mit aktiven Pickups aber das will ja auch wieder keiner.

Glossar
Da das meiste Equipment aus dem englischsprachigen Raum kommt, oder zumindest so tut als käme es da her, hier noch ein paar Übersetzungen:

Low-Z = Low Impedance = kleiner als 600Ohm
Medium Impedance = 600Ohm – 10.000Ohm (10.000Ohm = 10kOhm)
Hi-Z = High Impedance = höher als 10.000 Ohm

Impedance Matching = Leistungsanpassung
Impedance Bridging = Spannungsanpassung

guten abend,
Arne

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12 Antworten auf “Pimp your Studio : Die Last mit der Impedanz”


  1. 1 Ted 16. Juni 2010 um 6:42 Uhr

    Wiedermal ein leicht verständlicher Artikel über technische Begebenheiten, wie schon oft hier in dem dollsten Blog des Universums.

    Aber die größte Last scheint immernoch zu sein, das Wort um das es hier geht richtig zu schreiben ;-) Es heißt seit Menschengedenken „Impedanz“, ohne das zweite, hinzugedichtete „n“.

    So, und jetzt geh ich mir Leute notieren, die 3 Minuten zu spät zur Arbeit kommen.

    Es grüßt
    der korrekte Klugscheißer ;-)

  2. 2 DasArne 16. Juni 2010 um 8:59 Uhr

    peinlich peinlich, da schmeisse ich mal die Edit-maschine an…

  3. 3 Audionerve 16. Juni 2010 um 11:36 Uhr

    Man kann ja nicht alles können können. Danke für den Artikel!

  4. 4 Ted 16. Juni 2010 um 17:47 Uhr

    Da schließ ich mich selbstverständlich an, soviel ist sicher!

  5. 5 stellan0r 16. Juni 2010 um 21:56 Uhr

    ich fühle mich immer noch doof, auch wenn der Artikel toll ist – liegt wohl an mir. :)

    kannst du mir vielleicht einen praktischen Rat geben, oder zwei?

    ich habe ein RME Fireface 400 und einen DSI Mopho (und weiteren Spielkram). Wo schließe ich den Mopho Signalketten-/Störungstechnisch am besten an? Hi-Z Eingänge, die anderen beiden Eingänge an der Front des FF400, oder an die Line-Eingänge auf der Rückseite?

    und was anderes, wenn ich die reale Lautstärke (nicht die Qualität, die muss nicht vergleichen werden ;) meiner Kopfhörer (DT880 Pro, danke an DAS fürs Verkaufen dieser Schätze ;) an verschiedenen Quellen vergleiche, warum sind die am RME ok-laut, und an meinen iTouch Geräten so leise? Ok, das iPhone hat nen schwächeren Ausgang, aber andere Kopfhörer, z.B. Ultimate Audio In-Ear Teile werden am iPhone tödlich laut und am RME even louder. Ist da die hohe Impedanz der DT880Pro dran schuld?

    Danke!

  6. 6 DasArne 17. Juni 2010 um 0:37 Uhr

    Hallo stellanOr,
    kein Problem:

    Den Mopho kannst du getrost an die Lineeingänge anschließen. Moderne Synthies sind da ganz pflegeleicht. Die Eingänge an der Rückseite reichen da auch völlig, da bei dem relativ hohen Output des Mophos kein Gain mehr nötig ist. Optimal ist die Einstellung -10dB, das passt am besten in dem Fall.

    Kopfhörer :
    Das Thema habe ich vermieden, da es noch weiter führt:

    Grundsätzlich gilt bei Kopfhörern dasselbe wie auch sonst, nämlich kleine Ausgangsimpedanz wird mit hoher Eingangsimpedanz verbunden. Dadurch geringe Verluste usw.
    Der Kopfhörereverstärker im Fireface hat eine Ausgangsimpedanz von 30 Ohm, der DT880 kommt mit 250 Ohm daher. Also tatsächlich knapp 1:10 das Verhältnis.

    Um eine vernünftige Leistung abzuliefern muss der Verstäker entsprechend viel Spannung und/oder Strom (Spannung x Strom = Leistung) liefern, sonst hört man nix. Das kann er angesichts der hohem Impedanz des Kopfhörers auch ganz easy, da kann man bequem mit hoher Spannung und wenig Strom arbeiten, was optimal ist. Mobile Hifi-Geräte können das nicht. Das liegt daran das die maximale Ausgangsspannnung eines Verstärkers nie größer sein kann als dessen eigene Betriebsspannung und die ist in dem Fall winzig. Der Trick der Hersteller : Man verkauft Kopfhörer mit ebenso winzigen Impedanzen dazu. Dann reicht auch eine kleine Signalspannung für viel Leistung, man benutzt halt mehr Strom. Den gibts nämlich solange der Akku hält im Überfluss.

    Wie ich bereits sagte führt eine zu geringe Lastimpedanz dazu, das in der Quelle irgendwann die Spannung zusammenbricht. Bevor es soweit kommt steigt der Strom extrem an. Das macht man sich zu nutze und fährt Verstärker und Kopfhörer in dem schmalen Grenzbereich zwischen Spannungsanpassung und Kurzschluss. Folge: Der Frequenzgang ist bescheiden und der Klirrfaktor (= Verzerrungen) ist hoch, aber das Ganze kann eben auch hohe Lautstärken ohne hohe Spannung produzieren. Technisch gesehen ist das ziemlich ungeil, aber bei mobilen Geräten geht es in erster Linie um die Baugröße und um die nackte Lautstärke. High-End ist anders und deswegen gibt es solche Teile wie den DT880. Die laufen gut mit guten Amps. Wenn der Verstärker des iPhones allerdings 250Ohm vorgesetzt bekommt, kann er nicht genug Spannung anbieten um venünftige Lautstärken zu produzieren. Und was er ersatzweise an Strom anbieten kann reicht auch nicht, sonst würden die mitgelieferten winz-impedanz-Ohrstöpsel sofort die Grätsche machen. Umgekehrt: Wenn Du dann Ultimates an das Fireface anschließt werden die mit Strom vollgepumpt und sind dadurch „even louder“. Nicht gut für alle beteiligten, denn mit dem Strom kommt immer die Hitze und die setzt den fisseligen Schwingspulen in den Ohrhörern arg zu.

    Ich hoffe das war einigermaßen verständlich, habs mal grob zusammengekloppt.

    11 is 1 lauter,
    Arne

  7. 7 doc25 17. Juni 2010 um 10:21 Uhr

    Vielen Dank für den verständlichen Artikel aus der Reihe „Gut zu wissen, aber niemals gefragt“.

    Gruß aus dem Süden

  8. 8 stellan0r 23. Juni 2010 um 2:32 Uhr

    Danke Arne, du hast meinen Geist geklärt (und nicht geleert :)

  9. 9 Jan 23. Juni 2010 um 23:47 Uhr

    Eigentlich ist niedrige Impedanz = hohe Belastung ja klar, denn der Strom steigt dann ja auch. Und ne 2 Ohm Endstufe ist ja auch noch recht selten, weil das ja nah am Kurzschluss ist.
    Gut, Arne!

  10. 10 DasArne 24. Juni 2010 um 11:04 Uhr

    „2 Ohm Endstufe“ oh oh oh, da geht´s schon wieder los :-D

  11. 11 Jan 25. Juni 2010 um 22:54 Uhr

    JAAAAAA… Eine Endstufe, die eine Impedanz/Last von 2 Ohm noch treiben kann…

    Besser?

  1. 1 SW-Funktion des Lehle Sunday Drivers zum Ausgleich unterschiedlicher Gitarren? Pingback am 22. Juli 2014 um 13:46 Uhr
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