Die Wahrheit über Kopfhörerimpedanzen

Kopfhörer Impedanz Shure Headphones

Ein Kopfhörer mit niedriger Impedanz ist lauter als einer mit hoher Impedanz!

So hört man das oft – was aber “nur” ein gesundes Halbwissen widerspiegelt. Wie laut ein Kopfhörer oder Ohrhörer tatsächlich ist wird mit der Empfindlichkeit in dB SPL/mW angegeben. Das bedeutet wieviel dB Schalldruck der Kopfhörer bzw. Ohrhörer bei 1 mW produziert. Mit dieser Angabe können nun wirklich die Lautstärken verschiedener Kopf- und Ohrhörer verglichen werden.

Schauen wir uns mal ein praktisches Beispiel an: Ein Shure SE425  hat eine Empfindlichkeit von 109 dB SPL/mW – das heißt, dass bei einem Milliwatt ein Schalldruck von 109 dB erzeugt wird. Ein SE535 dagegen hat eine Empfindlichkeit von  119 dB SPL/mW – und ist damit bei 1 mW doppelt so laut. Eine Steigerung um 10 dB wird immer als doppelt so laut empfunden.

Schauen wir uns nun die Impedanzen an. Diese liegt beim SE425 bei 22 Ω und beim SE535 bei 36 Ω. In diesem Beispiel ist also der Ohrhörer mit der höheren Impedanz auch der lautere. Also allein die Aussage: Je höher die Impedanz desto leiser ist der Hörer ist also generell nicht richtig.

Um dieser “halbwahren” Aussage etwas näher zu kommen müssen wir einen (Kopfhörer-)Verstärker genauer betrachten. Abhängig von der Lautstärke-Einstellung liegt am Ausgang eine bestimmte Spannung an. Wird nun eine Last (ein Hörer) angeschlossen fließt ein Strom. Die Stromstärke variiert mit der Impedanz der Last. Hier gilt das ohmsche Gesetz: U = R \cdot I

Der Strom durch den Hörer berechnet sich also zu I = \dfrac {U} {R}

Daraus folgt: je höher die Impedanz, desto geringer ist der Strom.

Nun berechnen wir die Leistung. Setzen wir in die allgemeine Formel P=U \cdot I das ohmsche Gesetz gelangen wir zu:

P = \dfrac {U^2} {R}

Und hier liegt nun der Funke Wahrheit. Denn hier ist nun ersichtlich, dass je höher die angeschlossene Impedanz ist, desto geringer ist die Leistung – und desto geringer damit natürlich auch die erzielte Lautstärke.

Zurück zu den Beispiel Ohrhörern. Gehen wir davon aus, dass der Zuspieler (mp3-Player, iPad, …) einen (maximalen) Pegel von 1 V liefern kann. Wird an diesen Zuspieler der SE425 mit einer Impedanz von 22 Ω bzw. der SE535 mit einer Impedanz von 36 Ω angeschlossen, so berechnen sich die Leistungen zu

P_{\mbox {SE425}} = \dfrac {(1 \mbox V)^2} {22 \Omega} = 45 \mbox { mW}

P_{\mbox {SE535}} = \dfrac {(1 \mbox V)^2} {36 \Omega} = 28 \mbox { mW}

Man sieht also, dass der SE425 eine höhere Leistung aufnimmt als der SE535. Um mit diesen berechneten Leistungen nun den tatsächlichen Schalldruck zu berechnen müssen wir uns vorerst die generelle Berechnung des Schalldrucks ansehen:

L_P = 10 \log{\dfrac {P} {P_0}}

Aus dieser Formel ist zu erkennen, dass eine Berechnung von Dezibel (dB) immer zu einem Bezugswert berechnet wird. In der obigen Formal ist der Bezugswert P_0 .

Kleine Info am Rande: aus dieser Formel ist auch zu erkennen, dass zur Verdoppelung der Lautstärke (+10 dB) die 10fache Leistung benötigt wird. Denn 10 \log{\frac {10 \mbox { mW}} {1 \mbox { mW}}} ergibt +10 dB.

Somit können wir nun die Pegeländerung im Bezug auf die Empfindlichkeit (Schalldruck bei 1 mW) berechnen. Beim SE425 ergibt sich also:

L_{\mbox {SE425}} = 10 \log{\dfrac {45 \mbox{ mW}} {1 \mbox{ mW}}} = +16 \mbox {dB}

das heißt, dass der SE425 bei 45 mW um 16 dB lauter ist als bei 1 mW. Er erzeugt also bei 45 mW einen Schalldruck von 125 dB.

Selbiges mit dem SE535:

L_{\mbox {SE535}} = 10 \log{\dfrac {28 \mbox{ mW}} {1 \mbox{ mW}}} = +14 \mbox {dB}

Damit erzielt der SE535 bei 28 mW einen Schalldruck von 133 dB und ist damit immernoch fast doppelt so laut als der SE425.

Dieses ausführliche Beispiel zeigt, dass die generelle Aussage, dass ein Kopfhörer mit niedriger Impedanz lauter ist als einer mit hoher Impedanz nicht gültig ist. Bedeutender ist die Empfindlichkeit. Werden zwei Kopfhörer mit gleicher Empfindlichkeit verglichen stimmt allerdings die Aussage, dass der niederohmige auch lauter ist.

Fakt ist allerdings, dass Kopfhörer mit niedriger Impedanz (< 100 Ω) für batteriebetriebene Zuspieler geeignet sind und hochohmige (150 – 600 Ω) generell für Home-Hifi und Studio-Anwendungen entwickelt wurden. Auch wenn alle Shure Ohr- und Kopfhörer für Studio- bzw. Bühnenanwendung entwickelt wurden weisen sie eine niedrige Impedanz auf. Somit eignen sie sich auch hervorragend für den mobilen Musikgenuss.

Physikalische Begriffe:

U … Spannung in Volt
R … Widerstand bzw. Impedanz in Ω. Die Impedanz ist der frequenzabhängige Widerstand.
I … Strom in Ampere
P … elektrische Leistung in Watt
L … Lautstärke in dB

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17 Kommentare zu “Die Wahrheit über Kopfhörerimpedanzen

  1. Danke für die Erklärung! Jetzt brauche ich bei 30 Grad im Schatten nur mit meinen Werten nachrechnen und nicht selber drüber nachdenken.

  2. Pingback: Rauschende Ohrhörer? « Shure Blog

  3. Pingback: Anonym

  4. Wenn 1 mW schon 120 db Lärm macht, warum betreibt man ihn z.B. mit 30 mW.
    Da expldiert ja das Trommelfell.
    Ich muss was missverstanden haben?

    • Hallo rulixa,

      bei mW macht der SE535 119 dB. das ist schon richtig laut. mache Musiker wünschen es aber noch lauter. Bei 30 mW wären das dann 14 dB mehr – also ca. 133 dB. das ist so ne Lautstärke mit der die Jungs von ACDC gerade mal zurecht kommen. (Empirisch ermittelter Wert bei einer Beta-Test Aktion vor 10 Jahren :)

      By the way: 30 mW ist schon richtig ordentlich viel. Das macht kaum ein Zuspieler.

      Hoffe das hilft weiter.
      Besten Gruß
      Jürgen

  5. Hallo Jürgen,
    schau bitte mal bei wikipedeia mal nach, um wieviel dB gesteigert wird bei einer doppelten Leistung.
    Grüße

    • Hallo Wasabi,

      kann man ganz einfach ausrechnen. Doppelte Leistung bedeutet: 10 * log 2 = 3 dB

      besten Gruß

  6. Ein Punkt fehlt noch und das sind die Vorgaben der EU-Richtlinie. Bei Geräten, die ohne Kopfhörer verkauft werden, liegt die maximale Ausgangsspannung bei 150 mV. Mit dem Beispiel liegst du also knapp eine Zehnerpotenz zu hoch. Für Geräte mit mitgelieferten Kopfhörern gilt 100 dB Schalldruckpegel als Obergrenze.

    Apples iPods sind jetzt in Europa jahrelang mit max. 100 mV ausgeliefert worden (erst seit dem iPhone 5 kann der Benutzer diese Begrenzung wieder aufheben). Wenn man mit diesen 100 mV rechnet, liegt der Maximalpegel (großzügig gerundet) nur noch bei 106 dB für den SE425 und 113 dB für den SE535.

    Dabei habe ich in den Berechnungen – wie du – noch außer Acht gelassen, dass die Impedanz eben doch frequenzabhängig ist (wie du schon richtig angemerkt hast). Auch die Klangcharakteristik kann anders sein, so dass der subjektive Lautstärkeeindruck nicht mit diesen Zahlen übereinstimmen muss.

    Zum guten Schluss misstraue ich den Wirkungsgradangaben der Hersteller durchaus. Bei den geringen Abständen machen schon Milimeterabweichungen in der Messmikrofonposition einen großen Unterschied. Und auch die Gehörgänge unterscheiden sich von Mensch zu Mensch erheblich.

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