Allgemeines zum Thema Verstärker

Was ist eigentlich die Aufgabe eines Verstärkers?

Nun, dazu sollte man erst einmal ein paar Dinge klären. Musikquellen wie CD-Spieler, DAT-Recorder, Tuner usw. geben in der Regel eine Ausgangsspannung von nur wenigen Volt (ca. 0,5 - 2V) bei einer geringen Belastbarkeit (ca. 10 - 50 mA) des Ausgangs ab. Diese Daten können demnach eine Ausgangsleistung von ca. 0,1 Watt bei einer Lastimpedanz von 40 Ohm erzeugen. Kann man an diese Geräte direkt einen Lautsprecher anschließen, wie an einen "richtigen" Verstärker?

Nein! Die Impedanz eines Lautsprechers ist mit 2-8 Ohm für den Ausgang eines CD-Spielers oder Vorverstärkers usw. viel zu niedrig. Die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom sind zu schwach, um eine Belastung wie einen Lautsprecher zu überstehen. Bei einer maximalen Ausgangsspannung von 2 Volt und einer Belastung von 8 Ohm würde das einen Ausgangstrom von 250 mA erfordern. Hier muss also auf jeden Fall mächtig verstärkt werden, und zwar mit einem Leistungsverstärker! Noch schlimmer ist es, wenn der Lautsprecher eine noch kleinere Impedanz hat, z.B. 2 - 4 Ohm. Das ist gar nicht so abwegig, weil die Impedanzen oft in diese Regionen vorstoßen, abhängig von der Frequenz (und die ist nun mal nie statisch, sondern ändert sich dauernd, muss wohl an der Musik liegen ;o)).

Die üblichen Lastimpedanzen für CD-Spieler, Recorder, Tuner oder Vorverstärker liegen bei ca. 20 - 47 kOhm. Mit diesen Werten gibt es meines Wissens keine passiven Lautsprecher. Wenn das so einfach wäre, brauchte man keine Leistungsverstärker mehr.

Also spätestens hier sollte jedem klar werden, das man sehr wohl Verstärker und insbesondere Leistungsverstärker benötigt.


Belastungsfrage

Ich werde immer wieder gefragt, ob man eine 8-Ohm-Box an einen Verstärker mit 4 Ohm anschließen kann. Die Antwort kann in Kurzform mit ja beantwortet werden. Die Begründung fällt dagegen etwas länger aus.

Grundsätzlich ist es so, das der Lautsprecher eine Belastung des Verstärkers darstellt. Das bedeutet nicht, das jeder Verstärker durch die Lautsprecher "überlastet" wird! Ich versuche mal, die Belastungsverhältnisse zu erklären.

Ein Verstärker gibt bei einer eingestellten Lautstärke eine elektrische Wechselspannung an den Lautsprecher ab. Diese Spannung wird über Kabel an die Lautsprecher geführt. Der Lautsprecher hat einen eigenen, inneren Widerstand bzw. eine Impedanz. Die üblichen Werte für den Widerstand liegen zwischen 2 und 8 Ohm. Es gibt aber auch Ausreißer mit weniger als 1 Ohm und mehr als 8 Ohm.

WICHTIG!

Zu den jeweiligen Werten ist zu sagen, das der niedrigste Wert auch der gefährlichste für den Verstärker ist! Das bedeutet, ein Lautsprecher mit 2 Ohm belastet den Verstärker mehr als ein 8-Ohm-Lautsprecher. Leider missverstehen viele Musikfreunde die Zahlenwerte. Sie denken, je kleiner die Ohmzahl ist, um so weniger Probleme gibt es damit. Das aber ist ein Irrglaube, der unter Umständen auch mal teuer werden kann! Teuer deshalb, weil ein "verheizter" Verstärker repariert oder sogar ausgetauscht werden muss. Das muss ja nicht sein.

Technisch betrachtet ist der Widerstand eines Lautsprechers, wie der Name schon sagt, ein Widerstand, der sich dem vom Verstärker erzeugten Strom entgegensetzt. Stellt er einen kleinen Widerstand dar, also z.B. 2 Ohm, kann also demnach ein größerer Strom fließen, da er sich dem Strom ja weniger entgegenstellt. Dieser größere Strom aber ist gerade für den Verstärker eine größere Belastung! Deshalb gehen auch immer wieder zu schwache Verstärker an genau dieser Belastung in die ewigen Jagdgründe ein. Diese Aussage deckt sich übrigens auch mit der Tatsache, das ein Kurzschluss am Lautsprecher den Verstärker schädigen kann, weshalb man hier auch immer darauf achten sollte, diese Kurzschlüsse zu vermeiden.

Bei einem größeren Widerstand, z.B. 8 Ohm, ist es dagegen völlig ungefährlich für den Verstärker. Hier stellt sich dem Verstärker ein viel größerer Widerstand entgegen, also fließt auch viel weniger Strom, was wiederum weniger Belastung darstellt.

Ich fasse noch einmal kurz zusammen. Lautsprecher mit kleinem Widerstand sind eine große Belastung und damit eine Gefahr für den Verstärker. Lautsprecher mit großem Widerstand sind eine kleine Belastung und damit keine Gefahr für den Verstärker.


Endverstärker

Endverstärker sind Leistungsverstärker, die ausschließlich zum Betrieb von Lautsprechern vorgesehen sind. Sie beinhalten keinen Vorverstärker! Das bedeutet, sie sind auf einen geeigneten Vorverstärker angewiesen, an dem die Lautstärkeregelung und die Signalquellenwahl vorgenommen wird. Sie haben in der Regel pro Kanal einen Eingang und einen Ausgang. Die Bauvarianten können als Stereo-, Mono- oder als Brückenverstärker gewählt werden. Es gibt noch die mehrkanalige Variante, die aber eher (noch) selten zu finden ist. Das wird sich in Zukunft aber wohl noch ändern, da immer mehr mehrkanalige Leistungsverstärker aufgrund von Dolby-Digital / Surround und anderen digitalen Quellen gefordert werden.

Brückenverstärker und deren Besonderheiten

Eine Besonderheit bei Brückenverstärkern ist die Tatsache, das zwei gleichartige Endstufen gegenphasig angesteuert werden. Das bedeutet, das ein Verstärker das Musiksignal in ganz normaler Form in den Eingang bekommt, der andere dagegen aber das gleiche Signal um genau 180° gedreht oder gespiegelt in den Eingang bekommt! Somit sind auch die jeweiligen Ausgänge gegenphasig. Die eine (positive) Endstufe führt am Ausgang eine positive Spannung, während die andere (negative) Endstufe zur gleichen Zeit am Ausgang eine negative Spannung (gleicher Höhe) führt.

Der anzuschließende Lautsprecher wird nun nicht wie sonst üblich an "+" und "-" angeschlossen, sondern das "+"-Ende des Kabels an "+" der einen (positiven) Endstufe und das andere "-"-Ende des Kabels an "+" der anderen (negativen) Endstufe! Hier wird also keiner der Minuspole der Verstärker benutzt! Dem Einen oder Anderen mag das vielleicht verwirrend vorkommen, das stimmt aber genau so, da die "+"-Ausgänge der beiden Endstufen in der Brückenschaltung mit entgegen gesetzter Phase arbeiten! Bei Gleichphasigkeit, also beide Endstufen mit identischem Signal, würde der Lautsprecher keinen Ton mehr abgeben! Stellen Sie sich vor, Sie würden eine 12 V Lampe mit ihren beiden Kabelenden an den +Pol einer Autobatterie anschließen, da leuchtet auch nichts. Der Lautsprecher liegt also nun an der doppelten Spannung, und seine Impedanz hat sich nicht geändert. Dadurch steigt der Strom durch den Lautsprecher und damit die Leistung.

Da jetzt der Lautsprecher zwischen zwei entgegen gesetzten Spannungen betrieben wird, erhöht sich die Gesamtausgangsleistung theoretisch auf das vierfache, weil der (lautsprecher)widerstand ja immer noch der Gleiche ist. Praktisch sieht das allerdings etwas anders aus. Die Verluste in den einzelnen Endstufen fordern ihren Tribut.

Ein kleines Rechenbeispiel: eine einzelne Endstufe erzeugt 140 Watt an 8 Ohm und 200 Watt an 4 Ohm. Bei Brückenendstufen sieht jede der Endstufen bei einem 8 Ohm Lautsprecher eine Last von 4 Ohm! Also leistet die Brückenendstufe an einem 8 Ohm Lautsprecher das doppelte von dem, was eine einzelne Endstufe an 4 Ohm abgibt, im Beispiel etwa 400 Watt. Das sind realistische Zahlen, die nachweisbar sind. Wenn die einzelnen Endstufen nur bis maximal 4 Ohm belastet werden dürfen, sind daran in Brücke nur 8 Ohm Lautsprecher erlaubt!

Achtung! Zwei Brückenendstufen können nicht mit anderen gleichartigen Brückenendstufen nochmals in Brücke geschaltet werden! Es ist auch darauf zu achten, das die nun zur Verfügung stehende Leistung erheblich schneller einen Lautsprecher in die ewigen Jagdgründe schicken kann! Also bitte darauf achten, das der angeschlossene Lautsprecher die höhere Leistung auch verkraften kann.

Grundsätzlich ist aber eine höhere Verstärkerleistung eine Lebensversicherung für Ihre Lautsprecher, solange der Verstärker dabei nicht übersteuert wird. Das ist auch einfach zu erklären. Ein Endverstärker mit höherer Leistung wird im Normalfall nicht so schnell an seine Leistungsgrenze gefahren als einer mit geringerer Leistung. Er wird immer im unkritischen Bereich betrieben. Sollte er aber doch über die Grenzen betrieben werden, ist das für den angeschlossenen Lautsprecher noch katastrophaler, als bei einer normal betriebenen "Nichtbrückenendstufe"!

Vorverstärker

Vorverstärker sind, wie der Name schon sagt, "Vor"verstärker. Sie sind nicht dafür geschaffen, Lautsprecher anzutreiben. Diese Verstärker haben die Aufgabe, sehr kleine Signalspannungen im Bereich von etwa 100µV bis 0,7V soweit zu verstärken, dass damit ein Endverstärker direkt betrieben werden kann. Diese kleinen Spannungen werden von Plattenspielern (0,1-0,8mV bei MC-Systemen) für die immer noch beliebten LP's abgegeben. Tuner, Tapedecks und ähnliche Quellgeräte geben ca. 0,3-0,7V ab. CD-, MD-Spieler und  DAT-Recorder geben ca. 2V ab. Letztere könnten direkt an Endstufen angeschlossen werden, wenn sie über eine Lautstärkeregelung verfügen. Da gibt es dann aber keine Signalquellenumschaltung mehr!

Vollverstärker

Beim Vollverstärker sind Vorverstärker und Endverstärker in einem gemeinsamen Gehäuse integriert. Diese Verstärkerform wird in den meisten Fällen eingesetzt, obwohl hier teilweise Qualitätseinbußen hinzunehmen sind. Es gibt aber zur Ehrenrettung auch recht gute Vollverstärker. Diese sind aber, wenn sie wirklich gut sein sollen, wiederum teurer. Dennoch haben sich diese Verstärker überwiegend durchgesetzt, was nicht zuletzt auch eine Geldfrage ist.

Aktivanlagen und Aktivverstärker

Es gibt anscheinend immer noch Musikfreunde, die noch nichts von aktiven Lautsprechern gehört haben. An dieser Stelle möchte ich für diejenigen unter den Audiofreunden, die davon noch nichts wissen, das Thema "aktiv" einmal kurz beleuchten.

Eine aktive Lautsprecheranlage heißt deshalb "aktiv", weil hier die Weiche zur Auftrennung der einzelnen Frequenzen in die jeweiligen Übertragungsbereiche der Lautsprecher nicht passiv, sondern aktiv, d. h. elektronisch ausgeführt werden.

Aktiv oder passiv? Das ist eine einfach zu beantwortende Frage!

Zuerst sollte man einmal den Unterschied zwischen passiv und aktiv erklären.

Passive Lautsprecher heißen deshalb "passiv", weil sie das Musiksignal als "breitbandiges Format" d. h. den gesamten Frequenzumfang aus einem einzigen Breitbandverstärker im Volksmund einfach nur "Verstärker" geliefert bekommen. Dieses Musiksignal wird nun innerhalb der Box über eine sogenannte "passive" Frequenzweiche in die für die jeweiligen Chassis Bass, Mitteltöner und Hochtöner passenden Frequenzbereiche aufgeteilt. Das geschieht über Spulen und Kondensatoren.

So bekommt der Bass nur die tieffrequenten, der Mittelton nur die mittleren, und der Hochton nur die hochfrequenten Anteile des gesamten Musiksignals. Da diese Trennung der Frequenzen nur mit großen Spulen und Kondensatoren vorgenommen wird, und diese zum Teil teuren Bauteile "passive Bauteile" sind, hat die Box ihren Namen "Passivbox" erhalten. Darüber hinaus haben die passiven Weichen den Nachteil, das Spulen und Kondensatoren in der Schaltung je nach Frequenz eine Phasenverschiebung des Musiksignals erzeugen, die nur durch geeignete Maßnahmen wieder auszugleichen ist. Der Schalldruckunterschied der einzelnen Chassis ist ebenfalls nur schwer in den Griff zu bekommen.

Ganz anders sieht das bei "aktiven" Boxen aus. Bei diesen Lautsprechern wird die Trennung der Frequenzen in die passenden Anteile in "aktiver" Form vorgenommen. Das wird mit Hilfe von "aktiven Frequenzweichen" auf rein elektronische Weise erledigt. Hierbei wird das "breitbandige" Musiksignal direkt aus dem Vorverstärker oder den entsprechenden Signalquellen wie CD-Spieler, DAT-Recorder, Satelitentuner, DVD-Playern oder anderen hervorragenden Geräten in die "aktive Frequenzweiche" geführt. Hier wird nun mit Hilfe von kleinen Widerständen, Kondensatoren und Transistoren bzw. Operationsverstärkern anstelle von großen Spulen und Kondensatoren die Aufteilung vorgenommen.

Der Vorteil bei dieser Methode ist: die sehr viel genauer arbeitenden "aktiven Bauelemente" sind sehr klein. Sie sind leichter und viel gezielter einsetzbar. Man kann z.B. die Filterflankensteilheit erheblich steiler und damit oft auch musikalischer gestalten. Die bei passiv entstehenden Phasenverschiebungen sind hier kein Problem mehr, da Widerstände keine Spulen sind und damit auch keine frequenzabhängige Eigenschaft besitzen. Bei den kleinen Kondensatoren kann man die Phasenverschiebungseigenschaften im Vergleich zu ihren großen Brüdern getrost vergessen. "Frequenzverbiegungen" aufgrund ungünstiger Chassis sind nun auch viel leichter durchzuführen. Die Schalldruckunterschiede der einzelnen Chassis sind mit kleinen Trimmpotentiometern genau anpassbar geworden. Das kann man als Qualitätsgewinn beschreiben.

Da nun die aktive Frequenzweiche die aufgeteilten Frequenzen in den verschiedenen Wegen 2, 3 oder 4 Wege an ihren Ausgängen zur Verfügung stellt, können die getrennten Musiksignale noch im Kleinsignalformat nun direkt an nach geschaltete Endverstärker, einer je Weg geliefert werden. Damit bekommt jeder einzelne Lautsprecher seinen eigenen Verstärker. Diese Endverstärker "verstärken" das Signal auf den notwendigen Pegel für die Lautsprecher. Durch die aktiven Bauelemente, hauptsächlich in der aktiven Weiche, hat die "Aktivbox" ihren Namen erhalten.

Einen Nachteil gegenüber der Passivbox kann man hier nicht verschweigen: Die technisch viel aufwendigere Art der Box hat natürlich ihren Preis. Es steckt schließlich eine Menge Elektronik drin.

Wenn man jedoch den Qualitätsgewinn gegenüber der passiven Box betrachtet, wird man schnell erkennen, dass der höhere Preis durchaus berechtigt ist. Insbesondere dann, wenn man bedenkt, das nun die Verstärkerleistungen fast beliebig einstellbar sind und die Wahl der Chassis nun ziemlich frei wird, weil man ja Korrekturen jetzt mit einfachen aber wirksamen Mitteln durchführen kann.

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