Basiswissen: Verstärker

Basiswissen: Verstärker

Shure Europe GmbH | December 31, 2018

Grundsätzlich: Verstärker  (oft auch Endstufen genannt), verstärken ein Audiosignal so, dass aus  den Lautsprechern der gewünschte Pegel abgegeben wird. Das Audiosignal  stammt dabei in der Regel aus einem Mischpult, in dem es vorab  bearbeitet wurde oder einem Zuspieler wie z.B. einem CD-Player,  Computer.

Ein Verstärker wandelt Leistung in ein Audiosignal. Dabei soll das  zur Ansteuerung benutzte Audiosignal nur grösser aber sonst nicht  verändert werden.

Grund dafür ist die Komplexität des Lautsprechers. Ein Lautsprecher  besteht (ähnlich wie ein dynamisches Mikrofon) aus Magnet, Schwingspule  und Membran. Die Schwingspule ist im Magnetfeld montiert und wird, wenn  vom Strom des Verstärkers durchflossen, ausgelenkt. Die fest mit der  Schwingspule verbundene Membran bewegt dann die Luft und erzeugt so den  Schalldruck. Durch die Gewichte von Membran und Spule und durch den  elektrischen Widerstand der Schwingspule braucht man sehr viel Leistung  um hohe Schalldrücke zu erzeugen. Zudem sorgt die Massenträgheit und  Wechselwirkungen des Lautsprechers mit der Luft dafür, dass die Impedanz  (=Frequenzabhängiger Widerstand) des Lautsprechers über den  Frequenzbereich nicht konstant ist.

Die Nenn-Impedanz eines Lautsprechers beträgt typischerweise 4 oder 8  Ohm. Bei 8 Ohm Impedanz (R) muss ein Verstärker eine Spannung (U) von  8Volt erzeugen, damit ein Strom (I) von einem Amper fließt (U=R*I), was  einer Leistung (P) von 8 Watt entspricht (P=U*I).

Durch die oben genannten Effekte ist die Impedanz leider nicht  konstant, sie kann sich bei einem 8 Ohm Lautsprecher zwischen etwa 4 –  20 Ohm bewegen. Verstärker müssen daher mit reichlich Reserve  ausgestattet sein um mit diesen Schwankungen zurecht zu kommen.

Ausgangsleistung eines Verstärkers 

Die Ausgangsleistung des  Verstärkers bestimmt unter anderem die erzielbare Lautstärke. Die  Empfindlichkeit des verwendeten Lautsprechers, angegeben in dB/Watt in 1  Meter Abstand, spielt ebenfalls eine wichtige Rolle, dazu aber an  anderer Stelle mehr. Ein Verstärker mit 200 W an einem 8 Ohm  Lautsprecher, schickt 40 Volt Spannung an den Lautsprecher, was in einem  Ausgangsstrom von 5 Ampere resultiert (I = U/R). Umgekehrt ergeben 40  Volt mal 5 Ampere die Ausgangsleistung von 200 Watt (P = U*I).

Wenn wir jetzt die Auslenkung der Membran verdoppeln wollen, müssen  wir den Strom ebenfalls verdoppeln, also von 5 auf 10 Ampere. Da die  Impedanz des Lautsprechers immer noch 8 Ohm beträgt, müssen wir dazu die  doppelte Spannung, also 80 Volt anlegen. Berechnen wir jetzt die  Ausgangsleistung des Verstärkers kommen wir auf 80 V * 10 A = 800 W,  also eine Vervierfachung! Es ist also nicht verwunderlich, dass große  Beschallungsanlagen Verstärker mit zum Teil mehreren kW Leistung  benötigen.

Leistungsgrenzen eines Verstärkers 

Die Leistung, die ein  Verstärker abgeben kann ist begrenzt. So kann z.B. die Spannung, die ein  Verstärker abgeben kann, maximal so hoch sein wie die Spannung die das  Netzteil abgeben kann. Wenn versucht wird diese Leistung zu  überschreiten, wird das Signal abgeschnitten (wobei Verstärker  heutzutage Schutzschaltungen haben die ein überschreiten verhindern).  Dieses sogenannte „Clipping“ führt zu dem typisch verzerrten Klang einer  übersteuerten Endstufe. Netzteile mit höheren Spannungen und Leistungen  sind technisch kein Problem, erhöhen aber Kosten und Gewicht der  Endstufen. Irgendwann kommt auch die maximale Leistung, die z.B. eine  Steckdose abgeben kann (230V/16A) zum Tragen.

Die minimal zulässige Impedanz ist eine weitere, wichtige Kenngröße  des Verstärkers. Sie sollte kleiner oder gleich der Impedanz der  angeschlossenen Lautsprecher sein. Je niedriger die Impedanz der  angeschlossenen Lautsprecher ist desto höher ist der Strom und damit  auch die Leistung die vom Verstärker geliefert werden muss. Besonders  aufpassen sollte man daher, wenn man mehrere Lautsprecher an einen  Verstärkerkanal anschließt. Schaltet man die Lautsprecher parallel  verringert sich die Impedanz erheblich. Zwei 8 Ohm Lautsprecher parallel  entsprechen 4 Ohm Impedanz, 4x 8 Ohm parallel entsprechen 2 Ohm  Gesamtimpedanz, was oft die Grenze ist, die ein Verstärker leisten kann.  Wie wir ja bereits wissen, kann die Impedanz eines 8 Ohm Lautsprechers  je nach Frequenz zwischen 4 und 20 Ohm schwanken, 4x 4 Ohm parallel  entsprechen dann 1 Ohm Gesamtimpedanz! Wird die Gesamtimpedanz zu  gering, fließt zu viel Strom im Ausgang und der Verstärker überhitzt und  schaltet (hoffentlich) ab.