HiFi Lexikon – Highend Audio Begriffe HiFi Stereo - HiFi Test - HiFi Magazin

Impedanz / Scheinwiderstand

(Blindwiderstand, kapazitiver Widerstand, induktiver Widerstand, Phasenverschiebung, Blindleistung)

Zur Erklärung der Grundbegriffe (Widerstand, ohmsches Gesetz, Spannung, Strom, Leistung, Energie) bitte unter Elektrotechnische Grundbegriffe nachschlagen.

Der Begriff Impedanz entstammt dem lateinischen Wort "impedire", was so viel wie "hemmen" bedeutet. Im Grundsatz verbirgt sich hinter diesem Phänomen nichts anderes als ein elektrischer Widerstand, wie er in den elektrischen Grundbegriffen erklärt wird. Dementsprechend ist die Einheit der Impedanz Ohm. Symbolisiert wird sie formeltechnisch durch ein "Z".

Was macht die Impedanz nun so besonders und was hat sie mit HiFi zu tun?

Die Impedanz ist, im Gegensatz zum reinen ohmschen Widerstand, abhängig von der Frequenz der anliegenden Spannung. Der Größe des sich dem Strom entgegensetzenden Widerstandes bzw. der Impedanz ist also in Bezug auf verschiedene Frequenzwerte nicht konstant, selbst wenn diese zeitgleich anliegen. Physikalisch dafür verantwortlich ist, dass sich die Impedanz neben dem reinen ohmschen Widerstand (dem Wirkwiderstand) auch aus einem Blindwiderstand zusammensetzt.

Hinsichtlich Letzterem unterscheidet man zwischen induktiven und kapazitiven Widerständen. Hohe induktive Werte sind dabei typisch für elektronische Bauelemente wie Spulen oder Drosseln, hohe kapazitive Werte für Kondensatoren. Diese Elemente zählen nun gerade zu den Grundbausteinen von HiFi-Equipment. Allerdings weisen auch einfachste Bauelemente wie Kabel nicht nur einem reinen ohmschen Wirkwiderstand, sondern auch Kapazität und Induktivität auf.

Induktivität bzw. der diesbezügliche Blindwiderstand wird hervorgerufen durch den Aufbau des Magnetfeldes, welches jeden stromdurchflossenen Leiter umgibt. Eine o.g. Spule/Drossel, die aus einem entsprechend langen, gewundenem Leiter besteht, verstärkt diesen Effekt (langer Leiter auf kurzem Raum). Induktivität verhält sich proportional zur anliegenden Frequenz, da jeder Polaritätswechsel das gerade entstandene Magnetfeld wieder "einreißt" und dann neu aufbauen lässt.

Typisch ist zudem eine durch Induktivität hervorgerufene Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung (Spannung eilt vor).

Kapazitive Blindwiderstände verhalten sich genau umgekehrt proportional zur anliegenden Frequenz. Warum? Ursache ist hier der Aufbau eines elektrischen Feldes. Etwas anschaulicher erklärt: Die Kapazität eines Körpers oder Bauelementes spiegelt die Fähigkeit wider, elektrische Ladung aufzunehmen. Je häufiger ein Strom die Richtung bzw. die Polarität ändert, desto weniger Ladung "schwemmt" er je Zeiteinheit auf diesen Körper. Anders ausgedrückt: Eine frequenzlose Gleichspannung würde einen reinen kapazitiven Widerstand bis zum Kapazitätsanschlag "volllaufen" lassen, wobei dieser dann für nachfolgende Ladung bzw. nachfolgenden Strom "keinen Platz" mehr hätte. Damit würde der rein kapazitive Widerstand komplett sperren, d.h. einen unendlich hohen Widerstand aufweisen. Typisch ist auch eine durch Kapazität hervorgerufene Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung (Strom eilt vor).

Komplexer wird das Ganze noch dadurch, dass solche Systeme aufgrund der Strom-Spannungs-Phasenverschiebungen Blindleistungen zurück in das Netz zur eigentlichen Quelle senden (Kondensator: entlädt sich; Spule: Abbau des Magnetfeldes) Hier kann es u.a. zu störenden Resonanzen kommen.

Zurück zur Praxis:

Nach dem eben Beschriebenen wird deutlich, dass Spulen oder Kondensatoren bestens geeignet sind, bestimmte Signale in Abhängigkeit ihrer Frequenz zu sperren oder "bevorzugt" durchzuleiten. Diese Wirkungsweisen werden nun gerade auch in der HiFi-Technik eingesetzt, am populärsten ist wohl die Verwendung in Lautsprecher-Frequenzweichen. Häufig wird Hochtönern beispielsweise lediglich ein einzelner Kondensator vorgeschaltet, der tiefere Frequenzen sperrt (Hochpass). Grundsätzlich sind Frequenzweichen aber deutlich komplexer verschaltet.

Unabhängig von der Komplexität ihrer Frequenzweichen weisen Lautsprecher in ihren Produktbeschreibungen häufig verschiedene Impedanzwerte auf: Üblich sind 4 Ohm bzw. 8 Ohm-Werte (siehe auch Wirkungsgrad). Signifikant in diesem Zusammenhang ist, dass, wie in den elektrischen Grundbegriffen beschrieben, Widerstand bzw. Impedanz einen maßgeblichen Einfluss auf die aufgenommene elektrische Leistung haben. Verändert sich nämlich frequenzabhängig die Impedanz eines Systems (in unserem Beispiel eines Lautsprechers) so sind auch die Leistungsaufnahme und damit der Stromfluss und Spannungsverlauf über den Frequenzbereich alles andere als konstant.

Dass dies für die Versorgungsquelle (hier: der Verstärker) eine besondere Herausforderung darstellt, zeigt sich umso mehr, je größer diese Impedanzschwankungen (hervorgerufen durch multifrequente Musiksignale) werden. Eigentlich sollten 4 Ohm bzw. 8 Ohm-Boxen innerhalb einer 20%-Toleranz-Grenze liegen, also über den gesamten Frequenzverlauf hinweg Werte von 3,2 Ohm bzw. 6,4 Ohm nicht unterschreiten. Dennoch gibt es eine Vielzahl von Lautsprechern am Markt, die bis in den Bereich von 2 Ohm vordringen (und dabei ist nicht nur an die hierfür legendäre "Infiniti Kappa" zu denken, selbst eine moderne Thiel 2.4. stellt sich derart dar). Hier kommt dann der Stromlieferfähigkeit eines Verstärkers besondere Bedeutung zu. Allein auf einen wattstarken Verstärker zu setzen, reicht dabei nicht unbedingt aus, es kommt auf Laststabilität an, will man z.B. tonale Verfärbungen etc. vermeiden.

Deutlich wird aber auch, welchen Einfluss Kabel nehmen können. Denn auch diese weisen - wie oben erwähnt - Kapazitäten, Induktivitäten und ohmsche Widerstandwerte auf. Aus der Perspektive der Versorgungsquelle ist diesbezüglich nicht zwischen Kabel und Box oder Vorverstärker zu unterscheiden. Beide Elemente verschmelzen aus Verstärkersicht vielmehr zu einer Einheit. Damit ist klar, welchen wichtigen Stellenwert passend ausgesuchten Hifi-Verbindern zukommt und dass es hierbei nicht ein pauschal "schlechtes Kabel" oder "gutes Kabel" geben kann. Erwähnt sei natürlich auch, dass freilich die Versorgungsquelle ebenfalls eine mit in das System spielende Impedanz aufweist.

Bedeutung gewinnt in diesen ganzen Zusammenhängen der vielzitierte Dämpfungsfaktor, der unter anderem darauf abstellt, wie gut von Kapazitäten/Induktivitäten ins Netz zurückgeworfene Blindleistungen von einer Versorgungsquelle "verdaut" werden können.

Generell gilt das Gesagte aber nicht nur für die Beziehung Lautsprecher-Verstärker. Auch wenn dieses als Beispiel besonders anschaulich ist, gelten die Zusammenhänge für jede Geräteverbindung (CD-Player-Vorverstärker, Vorstufe-Endstufe, usw.) und die entsprechenden Kabelverbindungen (siehe auch Ausgangsimpedanz / Eingangsimpedanz).

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