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Technische Daten richtig verstehen

Technische Daten müssen nicht immer ein Geheimnis darstellen. Erfahren Sie hier, was sich dahinter verbirgt und was es damit auf sich hat.

Übertragungsbereich

Das durchschnittliche menschliche Hörvermögen bewegt sich in jungen Jahren mit abfallender Tendenz über etwa zehn Oktavbänder, innerhalb eines Bereichs von ca. 16 Hz bis 16 000 Hz. Dennoch übertragen moderne Kopfhörer-Modelle problemlos einen deutlich weiter gefassten Frequenzbereich der sich von 5 Hz bis für den Menschen unhörbare 40 000 Hz erstrecken kann.

Impedanz – Wirkungsgrad

Beim Kauf eines Kopfhörers begegnet man unausweichlich dem Begriff der Impedanz, der die Höhe des frequenzabhängigen Wechselspannungs-Widerstands in Ohm angibt. Allerdings variiert die Impedanz je nach Frequenz, sodass die angegebenen Werte sich immer auf eine 1 kHz Frequenz beziehen. Betrachten wir kurz den Aufbau eines mit elektrodynamischen Treibern versehenen Kopfhörers.

Eine essentielle Rolle spielt der Antrieb. Hier versetzen starke Magnetkräfte eine mit der Wechselspannung des Verstärkers belegte und an der Membran angebrachten Schwingspule in Bewegung.

Sind die Windungen an der Schwingspule sehr fein, zahlreich und somit mit großem Längenmaß versehen, fließt der Strom naturgemäß nicht so üppig. Die Impedanz, also der Widerstandswert, ist hoch. Das sieht bei dickeren und somit kürzeren Kupferdrähten mit weniger Windungen umgekehrt aus. Hier fließt mehr Strom durch. Der Widerstandswert, beziehungsweise die Impedanz, ist niedriger.

Es wird in der Regel unterschieden, zwischen hochohmigen von 100 bis 600 Ohm und niederohmigen Kopfhörer-Modellen, bis hinab zu 16 Ohm.

Was sagt diese elektrische Kenngröße eigentlich aus?

Auf den ersten Blick, ganz einfach, ob der Kopfhörer eher für die Verwendung an einem stationären Kopfhörerverstärker oder für den mobilen Gebrauch geeignet ist. Darüber hinaus, ob er an einem leistungsschwächeren, mobilen Verstärker laut genug oder eher leise spielt.

Hier die Erklärung: Am Stromnetz angeschlossene Kopfhörerverstärker kommen sowohl mit niederohmigen als auch mit hochohmigen Kopfhörern zurecht. Mobile, von einem Akku mit elektrischer Leistung versorgte Kopfhörerverstärker,  finden sich am Smartphone, Digital Audio Player oder Laptop wieder.  Aufgrund der geringeren Versorgungsspannung, ist auch die Ausgangsspannung eines mobilen Verstärkers geringer. Im Ergebnis führt dies an  einem hochohmigen Kopfhörer dazu, dass dieser sein volles Potential nicht ausschöpfen kann und gefühlt zu leise spielt.

Wie laut letztlich ein Kopfhörer wahrgenommen wird, hängt aber nicht nur von der Höhe der Impedanz ab, die wiederum nur ein Teil der Gleichung ist. Es hängt hier auch vom Wirkungsgrad des Kopfhörers ab der letztlich zum wahrgenommen Schalldruckpegel führt.

Beispiel anhand unseres
Studiokopfhörers DT 770 PRO

16/32 Ohm

für mobile Endgeräte z.B. Smartphone/Laptops

80 Ohm

für den universellen Studioeinsatz

250 Ohm

für professionelle Endgeräte z.B. Mischpult, Interface

Schalldruckpegel

Der Schalldruckpegel ist das Resultat der Empfindlichkeit im Zusammenspiel mit der Impedanz des Kopfhörers. Ist die Empfindlichkeit hoch, wird er bei exakt einem zugeführten Milliwatt (mW) einen höheren Schalldruckpegel erzielen als ein weniger empfindliches Model. Bei einer Empfindlichkeit von beispielsweise 100 db SPL/mW wird bei 1 mW anliegender Verstärkerleistung, ein am Ohr anliegender Schalldruckpegel von 100 db erreicht. Nun muss man wissen, das eine Verdopplung der Lautstärke nicht weitere 100 db bedeuten, sondern lediglich 10 db. Ein Kopfhörer, mit der Einfachheit halber zu  rechnenden 90 db SPL/mW, würde lediglich 90 db erreichen und müsste um doppelt so laut wahrgenommen zu werden um 10 db verstärkt werden. Die dafür benötigte Stromstärke ist jedoch wiederum von der Impedanz abhängig. Je größer der Wert der Impedanz, desto geringer der fließende Strom und somit niedriger auch der Schalldruckpegel.

Bei Kopfhörern gleicher Empfindlichkeit und unterschiedlicher Impedanz wird an niederohmigen Verstärkern derjenige mit geringerer Impedanz lauter wahrgenommen.

Wandlerprinzip

Der klassische dynamische Treiber findet sich bei den meisten Kopfhörer-Modellen wieder. Eine im Luftspalt eines Permanent-Magneten befindliche, mit der Membran verbundene Schwingspule treibt diese an und bringt sie zum Schwingen. Sie sind im Laufe der Jahre nahezu perfektioniert und bieten im Falle der Tesla-Technologie einen leistungsstarken Magnetantrieb, der nicht im Zentrum residiert, sondern die Schwingspule ringförmig umgibt. Eine höhere magnetische Flussdichte, sowie die ohne Streuverluste im Luftspalt konzentrierte magnetische Kraft, führen zu einem akkurateren Ansprechverhalten der Membran.

Wandlerprinzip-dynamischer-Treiber

Wandlerprinzip

Der klassische dynamische Treiber findet sich bei den meisten Kopfhörer-Modellen wieder. Eine im Luftspalt eines Permanent-Magneten befindliche, mit der Membran verbundene Schwingspule treibt diese an und bringt sie zum Schwingen. Sie sind im Laufe der Jahre nahezu perfektioniert und bieten im Falle der Tesla-Technologie einen leistungsstarken Magnetantrieb, der nicht im Zentrum residiert, sondern die Schwingspule ringförmig umgibt. Eine höhere magnetische Flussdichte, sowie die ohne Streuverluste im Luftspalt konzentrierte magnetische Kraft, führen zu einem akkurateren Ansprechverhalten der Membran.

Wandlerprinzip-dynamischer-Treiber

Elektrostatische und Magnetostatische Wandler sind zwar Exoten, sollten dennoch der Vollständigkeit halber auch betrachtet werden. Bei Elektrostaten befindet sich eine hauchdünne Membran zwischen zwei gegenüberliegenden und gegensätzlich je nach Audiosignal geladenen Elektroden. Diese ziehen die, einmalig mit hoher Gleichspannung geladene, Membran an oder stoßen sie ab. Der vollflächige Antrieb der Membran und ihre geringe Masse lassen sie ohne Trägheit äußerst Impulstreu und höchst linear aufspielen.

Wandlerprinzip-Elektrostat
Wandlerprinzip-Elektrostat

Elektrostatische und Magnetostatische Wandler sind zwar Exoten, sollten dennoch der Vollständigkeit halber auch betrachtet werden. Bei Elektrostaten befindet sich eine hauchdünne Membran zwischen zwei gegenüberliegenden und gegensätzlich je nach Audiosignal geladenen Elektroden. Diese ziehen die, einmalig mit hoher Gleichspannung geladene, Membran an oder stoßen sie ab. Der vollflächige Antrieb der Membran und ihre geringe Masse lassen sie ohne Trägheit äußerst Impulstreu und höchst linear aufspielen.

Magnetostaten bemühen starke in Stabform ausgeführte Dauermagnete, meist ultrakräftige Neodym-Magnete, zwischen denen eine hauchfeine Folie zum Schwingen angeregt wird. Das geschieht mittels auf der Folie (Membran) aufgebrachten elektrischen Leiterbahnen auf die das Audiosignal angelegt wird. Mit den gleichen Vorteilen wie Elektrostaten, verzichten sie auf deren Nachteile wie hohe Kosten, einer hohen erforderlichen Versorgungsspannung und damit geringer Praktikabilität in Sachen mobiler Zuspielung. Während ein Magnetostat mit geringer Impedanz und hoher Empfindlichkeit am Kopfhörerverstärker eines mobilen Zuspielers auch unterwegs gut funktioniert, ist dies mit einem Elektrostaten kaum möglich.

Wandlerprinzip-Magnetostat-2

Magnetostaten bemühen starke in Stabform ausgeführte Dauermagnete, meist ultrakräftige Neodym-Magnete, zwischen denen eine hauchfeine Folie zum Schwingen angeregt wird. Das geschieht mittels auf der Folie (Membran) aufgebrachten elektrischen Leiterbahnen auf die das Audiosignal angelegt wird. Mit den gleichen Vorteilen wie Elektrostaten, verzichten sie auf deren Nachteile wie hohe Kosten, einer hohen erforderlichen Versorgungsspannung und damit geringer Praktikabilität in Sachen mobiler Zuspielung. Während ein Magnetostat mit geringer Impedanz und hoher Empfindlichkeit am Kopfhörerverstärker eines mobilen Zuspielers auch unterwegs gut funktioniert, ist dies mit einem Elektrostaten kaum möglich.

Wandlerprinzip-Magnetostat-2
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