Impedanz – Wie Verstärker und Lautsprecher zusammenarbeiten

Der Begriff Impedanz kommt vom lateinischen Wort „impedire“ und bedeutet so viel wie „hemmen“ oder „hindern“. Im Grunde beschreibt die Impedanz – im Zusammenhang mit Wechselstrom auch Scheinwiderstand genannt – den Widerstand innerhalb eines Stromkreislaufs. Wir erklären die physikalischen Grundlagen zur elektrischen Impedanz und erläutern, was sie mit HiFi-Lautsprechern zu tun hat.

Ohm und Impedanz

Wenn du dich mit Lautsprechern und Verstärkern beschäftigst, begegnest du früher oder später der Einheit Ohm. Ohm ist das internationale Einheitssystem für den elektrischen Widerstand. Während man beim Gleichstrom meist von Widerstand spricht, hat sich beim Wechselstrom der Begriff Impedanz etabliert. Da Lautsprecher mit Wechselstrom laufen, findest du diesen in technischen Daten wieder.

Das Einheitenzeichen für Ohm ist ein großes griechisches Omega. In mathematischen Formeln wird der Wert mit einem R für „Resistance“ (= Widerstand) angegeben. Benannt ist die Einheit nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm.

Was der physikalische Widerstand und Skifahren miteinander zu tun haben

Die wesentlichen Größen im Stromkreislauf sind die Stromstärke in Ampere (Anzahl der geleiteten Elektronen innerhalb einer gewissen Zeit) und die Stromspannung in Volt (Antrieb der Elektronen). Der elektrische Widerstand innerhalb eines Stromkreislaufs verringert die Stromstärke. Deshalb werden beispielsweise Materialien mit geringem elektrischem Widerstand als elektrische Leiter verwendet. Das Verhältnis zwischen diesen Größen wird durch das Ohm’sche Gesetz beschrieben.

Die URI-Formel sieht so aus:

U = R*I

➥ U steht für die Spannung, angegeben in Volt (V)

➥ R steht für den Widerstand, angegeben in Ohm

➥ I steht für die Stromstärke, angegeben in Ampere (A)

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Um diesen Zusammenhang nachvollziehbarer zu machen, kann man sich Skifahrer vorstellen, die eine Piste herunterfahren. Das Gefälle der Piste entspricht der Stromspannung, die Geschwindigkeit der Skifahrer der Stromstärke und die Schneebeschaffenheit dem Widerstand. Pulverschnee bedeutet einen höheren Widerstand als vereister, plattgefahrener Schnee. Entsprechend langsamer kommen Skifahrer voran.

In dieser Hinsicht ist die Sache leicht nachvollziehbar. Komplizierter wird es, wenn man es nicht allein mit dem Ohm’schen Widerstand zu tun hat. Genau das ist bei Lautsprechern der Fall.

Warum in Lautsprechern unterschiedliche Widerstände wirken

Bei Lautsprechern wird die Sache mit dem Widerstand bzw. der Impedanz wie gesagt komplizierter: Zum einen wird für ihren Betrieb Wechselstrom und kein Gleichstrom eingesetzt, zum anderen kommen Spulen und Kondensatoren als Bauteile zum Einsatz. Bei diesen Verbrauchern gibt es neben dem Ohm’schen Widerstand auch sogenannte Blindwiderstände. Blindwiderstand deswegen, weil die Bauteile Energie lediglich aufnehmen und dann phasenverschoben wieder abgeben. Beim Wirkwiderstand (Ohm’scher Widerstand) wird dagegen Leistung umgesetzt, es entsteht also Wärme oder auch Licht. Zum Widerstand von Kondensatoren und Spulen sollte man wissen, dass hier die Impedanz frequenzabhängig ist.

• Kondensatoren: Mit steigender Frequenz fällt der kapazitative Blindwiderstand.
• Spulen: Mit steigender Frequenz steigt auch der induktive Blindwiderstand.

Die Impedanz ist nun die Summe aus Wirkwiderstand und Blindwiderstand. Wenn du also bei einem Lautsprecher eine feste Ohm-Zahl findest, ist das immer nur ein Orientierungswert. Häufig wird dieser auch als „Nennimpedanz“ bezeichnet. In der Regel handelt es sich dabei um die niedrigste Ohm-Zahl.

Nun zur Praxis: Was hat das Thema Impedanz mit Lautsprechern und Verstärkern zu tun?

Impedanz und mehr bei HiFi-Anlagen

Für Audiosignale wird Wechselstrom mit unterschiedlichen Frequenzen vom Verstärker an die Lautsprecher geleitet. Bei einer klassischen Audioanlage wird – einfach ausgedrückt – über den Verstärker die Stromspannung bereitgestellt und Lautsprecher (mit den eben erwähnten Spulen und Kondensatoren) stellen Widerstände innerhalb des Stromkreislaufs dar.

Konkret bedeutet das, dass die vom Verstärker bereitgestellte Spannung zur Impedanz der Lautsprecher passen muss.

Was bedeutet die Ohm-Angabe bei Lautsprechern und Verstärkern?

Wenn Audiosignale in Form von Wechselstrom vom Verstärker zum Lautsprecher fließen, entsteht durch die Lautsprecher ein Widerstand im Stromkreis. Wie hoch dieser ist, unterscheidet sich je nach Modell. In Deutschland haben die meisten Lautsprecher eine Impedanz von 4 Ohm. Aber auch höhere (8 und 16) und niedrigere Werte (2) sind möglich. Die Impedanz bei Verstärkern gibt hingegen an, für welche Lautsprecher ein Verstärker ausgelegt ist.

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Was, wenn der Ohm-Wert der Lautsprecher niedriger ist als vom Verstärker vorgesehen? 

Laut Ohm’schem Gesetz gilt: Je niedriger die Impedanz eines Lautsprechers, desto mehr Strom wird vom Verstärker bereitgestellt. Wenn zu viel Strom fließt, kann dies aber zu Klangeinbußen führen und sogar dazu, dass eine Sicherheitsschaltung den Verstärker wegen Überhitzung abschaltet. Im schlimmsten Fall kann der Transistor der Endstufe Schaden nehmen. Aus diesem Grund müssen Verstärker und Lautsprecher hinsichtlich der Impedanz zusammenpassen: 

➥ Im Idealfall entspricht die Lautsprecher-Impedanz den Spezifikationen des Verstärkers. An einem Verstärker mit der Angabe 6 Ohm lässt sich also ein Lautsprecher mit einer Nennimpedanz von 4 bis 8 Ohm betreiben. 

➥ In der Praxis kommt es nur sehr selten zu Ausfällen, wenn Lautsprecher mit einer 4-Ohm-Nennimpedanz mit einem 6-Ohm-Verstärker verbunden werden. Allenfalls wenn der Verstärker über einen längeren Zeitraum voll aufgedreht wird, kann es zum Ausfall oder zu Leistungseinbußen kommen. 

Falls du noch einmal genau nachlesen willst: Unser Blog-Beitrag „Wie funktioniert ein Lautsprecher?“ erklärt, wie aus einem Audiosignal Schallwellen werden.  

Hinweis: Teufel Lautsprecher arbeiten mit einer Nennimpedanz von 4 bis 8 Ohm. Grundsätzlich schwankt die Impedanz bei Lautsprechern abhängig vom Schalldruckpegel und der wiedergegebenen Tonfrequenz.

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Fazit: Das wichtigste zum Thema Lautsprecher und Impedanz 

• Ohm ist die Einheit für den elektrischen Widerstand bzw. für die Impedanz in einem Wechselstromkreis. 
• Das Ohm’sche Gesetz besagt, dass bei niedriger Impedanz und gleichbleibender Spannung die Stromstärke steigt.  
• Der Impedanz-Wert ist die Summe aus Wirk- und Blindwiderstand. 
• Bei Lautsprechern wird die sogenannte Nennimpedanz angegeben, wobei es sich um einen Orientierungswert handelt. 
• Anlagen-Besitzer sollten sichergehen, dass die Impedanz der Lautsprecher zur bereitgestellten Leistung des Verstärkers passt. 
• Jeder Verstärker einer HiFi-Anlage ist für den Anschluss einer bestimmten Impedanz ausgelegt. Für die Wahl der Lautsprecher, aber auch der Kopfhörer gilt demnach, dass diese möglichst mit der Impedanz des Verstärkers kompatibel sein sollten. 
• Kombinierst du Geräte, die nicht optimal aufeinander abgestimmt sind, können Qualitätseinbußen auftreten, meistens im Hinblick auf die Lautstärke.