Wer sich mit dem Thema HiFi befasst, wird schon einmal etwas vom Klirrfaktor gehört haben. Ein niedriger Klirrfaktor wird häufig als Beleg für die Güte von Verstärkern angeführt. Wenn du verstehen willst, was es damit auf sich hat, müssen wir in die Welt der Signalverzerrung eintauchen. Ursache, Art und Ausmaß von Verzerrungen können sich im Akustik-Bereich grundlegend voneinander unterscheiden.
Beim Klirrfaktor schwingt mehr als das ursprüngliche Signal
Der Klirrfaktor gibt den Anteil nicht-linearer Verzerrungen an einem Grundton an. Von nicht-linearen Verzerrungen ist in der Akustik immer dann die Rede, wenn das Ausgangssignal vom Eingangssignal abweicht bzw. wenn das Signal am Ausgang Frequenzen enthält, die am Eingang noch nicht vorhanden waren. Durch die nicht-linearen Verzerrungen wird die Wellenform und damit der Charakter des Klangs verändert. Die zusätzlichen Signalanteile nimmt unser Gehör als sogenannte Obertöne war. Der Klang unserer Stimme oder eines Musikinstruments ist immer ein Tongemisch aus Grund- und Obertönen. Die Obertöne sind maßgeblich für die Klangfarbe von Stimmen und Instrumenten verantwortlich. Durch die Grundtöne nehmen wir dagegen die Höhe des Klangs wahr.
In diesem Video wird die Bedeutung der Obertöne akustisch nachvollziehbar gemacht:
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Die im Vergleich zum Eingangssignal hinzugekommenen Obertöne werden anhand des Klirrfaktors gemessen. Deswegen wird er auch in Prozent angegeben. Die Verzerrungen entstehen bei der Übertragung von Signalen in Komponenten und Baugruppen des Verstärkers. Verantwortlich für die nicht-linearen Verzerrungen im Lautsprecher sind Dioden, Transistoren oder Kondensatoren. Ist der Anteil der Obertöne am Ausgangssignal sehr hoch, kann es sein, dass wir einen schrillen oder eben klirrenden Klang wahrnehmen. Wie unangenehm ein hoher Klirrfaktor auf unser Gehör wirkt, hängt maßgeblich davon ab, ob harmonische oder nicht-harmonische Verzerrungen erzeugt werden.
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Der harmonische und nicht-harmonische Klirrfaktor
Um eine harmonische Verzerrung handelt es sich, wenn die hinzugekommenen Obertöne in einem ganzzahligen Verhältnis zum Grundton stehen. Bei einem Grundton mit einer Frequenz von 200 Hertz wären das beispielsweise Obertöne mit Frequenzen von 300, 400 und 500 Hertz. Solche Verzerrungen klingen harmonisch, weil die Töne in einem ähnlichen Frequenzverhältnis zueinander stehen wie bei einer Oktave.
Eine nicht-harmonische Verzerrung nimmt unser Gehör dagegen als unangenehm wahr. Hier wirken die Frequenzveränderungen wie Fremdkörper, die die Harmonie des Gesamtklangs beeinträchtigen.
Die Wirkung nicht-linearen Klirrens ist außerdem vom Frequenzbereich abhängig. Bei mittleren Frequenzen – besonders solchen zwischen 500 und 2.000 Hertz – ist unsere akustische Wahrnehmung am empfindlichsten. Deswegen kann sich hier ein niedriger Klirrfaktor bereits negativ auf den Klang auswirken. Im Bassbereich nimmt es unser Gehör dagegen nicht ganz so genau – und hochfrequente Töne werden unter Umständen ohnehin nicht von uns wahrgenommen. Wenn der Grundton bereits bei 12.000 Hertz liegt, sind die Obertöne auch bei einem großen Klirrfaktor für die meisten Hörenden nicht mehr wahrnehmbar.
Allgemein gilt, dass ein Klirrfaktor ab 1 Prozent für geschulte Ohren wahrnehmbar ist. Für normale Ohren stellen 5 Prozent Klirrfaktor eine kritische Grenze dar. Die Qualität der Bauteile von Verstärkern ist heute jedoch so hoch, dass Klirren in der Regel kein Problem darstellt – es sei denn, du mutest deinem Verstärker zu viel zu und schaltest beispielsweise viele Audiogeräte in Reihe.
Gut zu wissen: Nicht immer ist der Klirrfaktor in den Datenblättern von neuen Lautsprechern und HiFi-Anlagen angegeben. Wenn doch, findest du ihn häufig unter der Angabe „THD“ (engl. für Total Harmonic Distortion).
Lineare Verzerrungen und ihre Wirkung
Bisher war nur von nicht-linearen Verzerrungen die Rede. Bei linearen Verzerrungen entstehen im Gegensatz dazu keine neuen Frequenzen bei der Signalübertragung. Was sich dagegen verändern kann, ist die Amplitude (Lautstärke) der Sinuswelle. Auch Laufzeit- bzw. Phasenverschiebungen sind Arten von linearen Verzerrungen. Sie entstehen zum Beispiel, wenn ein Hochtöner noch vor dem Subwoofer oder Mitteltöner Schallwellen abstrahlt. Auf den Klirrfaktor hat die lineare Verzerrung entsprechend keinen Einfluss.
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Fazit: Klirrfaktor nur ein Randthema
- Der Klirrfaktor ist ein Maß für nicht-lineare Verzerrungen von Audiosignalen.
- Dabei treten zum Originalton Obertöne hinzu.
- Je niedriger der Klirrfaktor einer Anlage, desto besser ist sie, denn ein hoher Klirrfaktor lässt den Klang schrill wirken.
- Es wird zwischen harmonischen und nicht-harmonischen Verzerrungen unterschieden.
- Bei modernen Verstärkern tritt in der Regel nur bei Überlastung ein störendes Klirren auf.
Bild 1: ©Lukas Schmid, Verzerrung Obertöne bestimmte Rechte vorbehalten. Quelle: Wikimedia
