Dämpfungsfaktor

Der Dämpfungsfaktor entsteht aus einer Division: Der Widerstand des Lautsprechers wird geteilt durch den Widerstand, den der Lautsprecher in Richtung Verstärker vorfindet. Steht im Datenblatt eine 500, ist dieser zweite Widerstand 500-mal kleiner als der Lautsprecher selbst. Fachlich heißen die beiden Größen Lastimpedanz und Quellimpedanz. Es ist dieselbe Rechnung wie der Pegelverlust am Spannungsteiler Quelle-Last, nur in anderer Schreibweise; dort steht sie mit einer Tabelle, die jedem Wert seinen Pegelverlust zuordnet.

Er beschreibt, wie fest die Endstufe die Schwingspule elektrisch bremst — die Drahtwicklung im Magnetspalt, die die Membran bewegt und dabei zugleich als Generator wirkt. Je kleiner die Quellimpedanz gegenüber der Last, desto größer die Zahl — und desto weniger kann die Membran nach einem Impuls noch selbst nachschwingen.

Ausführliche Erklärung

Die Zahl im Datenblatt eines Verstärkers ist ein Klemmenwert. Sie entsteht aus der Ausgangsimpedanz des Geräts und einer angenommenen Last, fast immer acht Ohm: Ein angegebener Dämpfungsfaktor von 500 bedeutet 0,016 Ω Innenwiderstand, einer von 100 bedeutet 0,08 Ω. Welche Kenngrößen ein Verstärkerdatenblatt angeben soll und wie sie zu messen sind, regelt IEC 60268-3.

Am Lautsprecher gilt dieser Wert nicht mehr. In die Quellimpedanz zählt alles, was zwischen der Endstufe und der Schwingspule in Reihe liegt: das Kabel mit Hin- und Rückleiter, die Klemmen und Steckverbinder, die Spulen der Frequenzweiche mit ihrem Gleichstromwiderstand und die Schwingspule selbst. Rod Elliott von Elliott Sound Products führt diese Reihe vollständig auf und rechnet den Dämpfungsfaktor konsequent gegen die Summe, nicht gegen den Gerätewert.

Den größten Beitrag liefert dabei meist das Kabel, und der ist eine harte Obergrenze. Eine Endstufe mit angegebenem Dämpfungsfaktor 500 an acht Ohm hat 0,016 Ω Innenwiderstand; zehn Meter 1,5 mm² fügen 0,266 Ω Schleifenwiderstand hinzu, und aus 500 werden rund 28. Der zweite Summand ist mehr als sechzehnmal so groß wie der erste — eine bessere Endstufe verschiebt an diesem Ergebnis praktisch nichts, ein größerer Querschnitt sehr wohl. Wie sich das über die gängigen Querschnitte und Längen entwickelt, steht mit Zahlen bei Lautsprecherleitungen als Leistungsweg; den Schleifenwiderstand liefert Schleifenwiderstand einer Leitung, und was aus Quell- und Lastimpedanz zusammen wird, rechnet der Spannungsteiler Quelle-Last.

Eine feste Zahl ist der Dämpfungsfaktor ohnehin nicht. Die Lastimpedanz im Zähler schwankt über die Frequenz erheblich — bei der Bassresonanz steigt sie auf ein Vielfaches des Nennwerts, darüber fällt sie oft darunter, nachzulesen bei Impedanz. Derselbe Aufbau hat deshalb bei 40 Hz einen anderen Dämpfungsfaktor als bei 200 Hz. Wer einen einzelnen Wert nennt, nennt einen Wert für eine angenommene Nennlast.

Wirksam wird die Größe dort, wo der Antrieb des Lautsprechers sein eigenes Nachschwingen bremst. Diese elektrische Bremse folgt aus Kraftfaktor und Spulenwiderstand und steckt in der elektrischen Güte des Chassis, einem der Thiele-Small-Parameter — den Kenngrößen, die Neville Thiele ab 1961 und Richard Small in den frühen 1970er Jahren zu einem Rechenweg für die Gehäuseauslegung zusammengeführt haben. Jeder zusätzliche Widerstand in der Zuleitung schwächt diese Bremse.

Häufiges Missverständnis

„Je höher, desto besser" — so wird die Zahl beworben und so wird sie gelesen. Dagegen sprechen zwei Punkte: Die beworbene Zahl kommt am Lautsprecher gar nicht an, und ab welchem Wert man den Unterschied überhaupt hört, ist bis heute offen.

Erstens ist die beworbene Zahl an der Stelle, an der sie zählt, gar nicht mehr vorhanden. Ein Gerät mit Dämpfungsfaktor 1000 und eines mit Dämpfungsfaktor 300 unterscheiden sich an den Klemmen um 0,0187 Ω. Ein gewöhnliches Lautsprecherkabel bringt ein Vielfaches davon mit, und danach liegen beide Geräte praktisch gleichauf. Der Unterschied zwischen ihnen ist also real, aber er verschwindet auf den ersten Metern Kupfer.

Schwerer wiegt der zweite Punkt. Er beginnt bei dem, was die Zahl elektrisch bewirkt: Je kleiner der Dämpfungsfaktor, desto schwächer hält die Endstufe die Schwingspule fest, und desto länger klingt die Membran nach einem Impuls aus. Um dieses Abklingen geht es, wenn ein Bass als präzise oder als weich beschrieben wird. Ab welchem Wert ein Hörer den Unterschied bemerkt, lässt sich daraus aber nicht ableiten, und die veröffentlichten Einschätzungen liegen weit auseinander.

Am Pegel lässt sich der Effekt wenigstens beziffern. Der Verstärkerhersteller Benchmark Media rechnet aus dem Spannungsteiler Frequenzgangabweichungen aus und kommt darauf, dass bei Dämpfungsfaktor 10 rund 2,3 dB Bassverlust entstehen, während die Abweichung über den ganzen Frequenzgang bei 100 noch rund 0,2 dB und bei 200 etwa 0,1 dB beträgt. Daraus empfiehlt das Haus zwei Zahlen: einen Datenblattwert oberhalb von 300 und, für den fertigen Aufbau samt Leitung, einen Wert oberhalb von 150. Rod Elliott kommt am selben Spannungsteiler zu einer anderen Bewertung: Oberhalb von etwa 20, ebenfalls samt Leitung, sei die Sache praktisch erledigt, und Röhrenverstärker mit von Haus aus niedrigem Dämpfungsfaktor würden für ihren Bass gelobt. Zu vergleichen sind deshalb 150 und 20, beides Werte für den verkabelten Aufbau. Auch so bleibt zwischen zwei Häusern, die beide richtig rechnen, der Faktor acht: Beide rechnen dieselbe Abweichung aus, und verschieden ist allein, ab wann sie diese Abweichung im Bass für hörbar halten.

Unstrittig ist damit die elektrische Größe, strittig ist ihre Hörbarkeit ab moderaten Werten. Und wie groß die Abweichung überhaupt wird, hängt am Lautsprecher: An einem Chassis mit glattem Impedanzverlauf richtet ein begrenzter Dämpfungsfaktor wenig an, an einem mit hoher, schmaler Impedanzspitze im Bass deutlich mehr. Ein Kaufkriterium für sich ist die Zahl deshalb nicht — sie ist eine Konsequenz der Verkabelung, die man bei der Planung mitdenkt.

Nicht zu verwechseln mit

• Dämpfung und Verlustfaktor: die mechanische Dämpfung eines schwingenden Bauteils, beziffert durch den Verlustfaktor. Sie beschreibt einen Werkstoff oder eine Konstruktion, nicht das Zusammenspiel von Verstärker und Last.
• Dämpfung in Dezibel: die Absenkung eines Pegels auf einem Übertragungsweg, etwa in einem Abschwächer oder auf einer langen Leitung. Gleicher Wortstamm, andere Größe, andere Einheit.
• Bedämpfung eines Gehäuses: das Dämmmaterial im Lautsprecher, das stehende Wellen im Volumen abbaut.

In der Planung

Ein Technikraum soll die Endstufen aufnehmen, der Hörraum liegt zwölf Meter entfernt, und die Wege zu den Lautsprechern werden mit Zuschlag für die Führung rund zwanzig Meter lang. Vor der Gerätewahl steht deshalb die Frage, ob die Endstufen überhaupt in den Technikraum gehören. Bei Vier-Ohm-Lautsprechern und zwanzig Metern 2,5 mm² bleibt vom Dämpfungsfaktor unabhängig vom Gerät ein Wert um 12 übrig, und der Pegelverlust liegt bei rund 0,7 dB.

Erst danach steht die Verfahrensfrage: Querschnitt erhöhen, den Weg verkürzen oder die Endstufen näher an die Lautsprecher setzen. Vier Quadratmillimeter heben denselben Aufbau auf etwa 20, was die Leitungskosten spürbar erhöht und die Verlegung schwerer macht; Aktivlautsprecher oder wandnahe Endstufen lösen die Frage konstruktiv, verlagern sie aber in die Stromversorgung und die Steuerung. Welche Endstufe es wird, entscheidet sich erst am Ende dieser Kette — und ihr Datenblatt-Dämpfungsfaktor ist dann eine der uninteressanteren Zahlen. Die Werte für den Technikraum und die Abwägung dazu stehen bei Technikraum für AV-Technik.

Zwanzig Meter sind dabei der Wohnraumfall. In Multiroom-, Außen- und gewerblichen Anlagen liegen 40 bis 60 Meter an, und dort kippt die Rechnung: Bei 60 Metern in 2,5 mm² bleibt an vier Ohm ein Wert um 4 übrig — unter jeder Schwelle, die oben diskutiert wird. Welche Hebel dann noch wirken und ab wann die 100-Volt-Technik der bessere Weg ist, führt Dämpfungsfaktor auf langen Strecken aus.

Verknüpfte Inhalte

Warum die Lastimpedanz keine Konstante ist und was das für den Verstärker bedeutet, steht bei Impedanz. Die Rechnung selbst — das Verhältnis, sein Pegelverlust in Dezibel und die Summe, aus der die Quellimpedanz besteht — steht beim Spannungsteiler Quelle-Last, die Größe auf der Geräteseite bei der Ausgangsimpedanz. Die vollständige Deckelung durch das Kabel samt Querschnittstabelle steht bei Lautsprecherleitungen als Leistungsweg, der Schleifenwiderstand dahinter bei Schleifenwiderstand einer Leitung. Was lange Wege kosten, wenn die Endstufen zentral stehen, steht beim Technikraum für AV-Technik. Und warum der Antrieb des Chassis überhaupt bremsen kann, erklären die Thiele-Small-Parameter.

Quellen

Die Definition als Verhältnis von Last- zu Quellimpedanz und die vollständige Reihe der Widerstände zwischen Endstufe und Schwingspule folgen Elliott. Die Zuordnung von Dämpfungsfaktor und Ausgangsimpedanz an acht Ohm, die abgeleiteten Frequenzgangabweichungen und die Empfehlung zweier Werte — oberhalb von 300 am Datenblatt, oberhalb von 150 für den fertigen Aufbau — sind Angaben von Benchmark Media, einem Verstärkerhersteller; die gegenläufige Einordnung ab etwa 20 samt der Beobachtung zu Röhrenverstärkern stammt von Elliott. Dass der Kabelwiderstand sich zur Ausgangsimpedanz addiert und oberhalb eines gewissen Werts der Querschnitt mehr bringt als der Datenblattwert, gibt auch Yamaha in seiner Schulungsreihe so an. Die Zahlenbeispiele zu Querschnitt und Länge sind aus den IEC-60228-Höchstwerten gerechnet und mit Lautsprecherleitungen als Leistungsweg abgeglichen; die Tabelle im Technikraum-Beitrag rechnet mit dem Nennwiderstand von Kupfer und kommt deshalb auf etwas günstigere Werte. IEC 60268-3 ist als Bezugsnorm für die Datenblattangabe geführt, aber nur als Katalogeintrag geprüft.