Der Klirrfaktor: Was passiert eigentlich, wenn’s klirrt?

Wer sich mit dem Thema Hi-Fi befasst, wird schon einmal etwas vom Klirrfaktor gehört haben. Ein niedriger Klirrfaktor wird beispielsweise häufig als Beleg für die Güte von Verstärkern angeführt. Wenn man verstehen will, was es damit auf sich hat, muss man 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. Diese 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 war.

In diesem Video wird die Bedeutung der Obertöne akustisch nachvollziehbar gemacht:

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 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.

Der harmonische und nicht-harmonische Klirrfaktorherz

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“, welche 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 Hz – 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 Hörer nicht mehr wahrnehmbar. Allgemein gilt, dass ein Klirrfaktor von mindestens 1 Prozent für geschulte Hörer wahrnehmbar ist, für normale Ohren stellen 5 Prozent Klirrfaktor eine kritische Grenze dar. Die Qualität der Bauteile von Verstärkern ist heute so hoch, dass Klirren in der Regel kein Problem darstellt – es sei denn, Sie muten Ihrem Verstärker zu viel zu.

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 Lautsprecher für hohe Frequenzen (Hochtöner) noch vor dem Subwoofer oder Mitteltöner Schallwellen abstrahlt. Auf den Klirrfaktor hat die lineare Verzerrung also keinen Einfluss.

Fazit: Klirrfaktor nur ein Randthema

  • Der Klirrfaktor ist ein Maß für nicht-lineare Verzerrungen von Audiosignalen
  • Dabei treten zum Originalton sogenannte Obertöne hinzu
  • Je niedriger der Klirrfaktor einer Anlage, desto besser
  • Es wird zwischen harmonischen und nicht-harmonischen Verzerrungen unterschieden
  • Ein hoher Klirrfaktor lässt den Klang schrill werden
  • Moderne Verstärker weisen in der Regel nur bei Überlastung einen hohen Klirrfaktor auf

Titelbild: ©bigdrumthump.com, stagg cymbals 4 bestimmte Rechte vorbehalten. Quelle: Flickr
Bild1: ©Lukas Schmid, Verzerrung Obertöne bestimmte Rechte vorbehalten. Quelle: Wikimedia

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Teufel Blog Redaktion

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