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

Jürgen Schwörer | August 15, 2012

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 Ohrhörer 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: 

   

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.

Jürgen Schwörer

Jürgen ist seit 2000 Applications-Engineer bei Shure und damit Ansprechpartner für alle technischen Fragen insbesondere über die Anwendung von Mikrofonen, Funkmikrofonen und In-Ear-Monitoring – aber auch Mischer, Konferenzanlagen und Phono-Nadeln. Durch sein Elektrotechnik Studium „Bild- und Tontechnik“ an der Universität Karlsruhe erlangte Jürgen die theoretischen Grundlagen. Jürgen ist aber selbst Musiker (Klavier/Keyboard, Gitarre, Cajon) und kennt die Branche auch von der aktiven Seite auf der Bühne.