Kopfhörerverstärker

Was ist ein Kopfhörerverstärker — und woran erkennst Du, ob Du einen brauchst?

Ein Kopfhörerverstärker ist die Endstufe des Kopfhörerwegs: Er nimmt ein Signal auf Line-Pegel entgegen und liefert die Spannung und den Strom, die ein Kopfhörer braucht. Die Aufgabe ist dieselbe wie bei einer Lautsprecherendstufe, die Größenordnung eine andere — statt Watt an vier bis acht Ohm geht es um Milliwatt an einer Last, die je nach Kopfhörer zwischen rund 16 und 600 Ohm liegt. Als eigenes Gerät begegnet Dir die Stufe nur dann, wenn jemand die Kette in einzelne Kästchen zerlegt hat; in einem Vollverstärker, einem AV-Receiver oder einer DAC/Amp-Kombination steckt dieselbe Funktion hinter der Buchse.

Ein Kopfhörer braucht jemanden, der ihn antreibt — genauso wie ein Lautsprecher. Bei der Anlage im Wohnzimmer siehst Du dieses Gerät als großen Kasten, beim Kopfhörer steckt es meistens unsichtbar hinter der Buchse am Verstärker oder im Handy. Ein eigener Kopfhörerverstärker ist nichts anderes als genau dieser Teil, aus dem Gerät herausgelöst und in ein eigenes Gehäuse gesetzt. Sinnvoll wird er dann, wenn Kopfhörer und Buchse elektrisch nicht zusammenpassen: Der eine bleibt zu leise, der andere rauscht schon im Leerlauf. Klang aus dem Nichts erzeugt er nicht.

Ausführliche Erklärung

Eine Endstufe im Milliwattbereich

Ein Kopfhörertreiber sitzt wenige Zentimeter vor dem Trommelfell und bewegt eine kleine Membran in einem kleinen Volumen. Für einen Hörpegel, der im Wohnraum mehrere Watt kostet, genügen hier Bruchteile eines Watts. Die Aufgaben bleiben dieselben: Spannung liefern, Strom liefern, dabei über den ganzen Frequenzbereich stabil bleiben. Wo diese Stufe in der Kette steht und was sich am Kopfhörerweg sonst noch ändert, führt Kopfhörer als eigener Wiedergabeweg aus.

Der Unterschied zur Lautsprecherendstufe liegt weniger in der Leistung als in der Last. Lautsprecher liegen fast alle zwischen vier und acht Ohm, also innerhalb eines Faktors zwei; bei Kopfhörern trennt den niedrigsten vom höchsten verbreiteten Wert fast das Vierzigfache. Ein Ausgang, der beide Enden bedienen soll, arbeitet deshalb an zwei verschiedenen Problemen — und genau daran wird die Gattung ausgelegt.

Warum eine Leistungsangabe ohne Impedanz nichts sagt

Wie viel Leistung an einem Kopfhörer ankommt, hängt an der Spannung, die der Ausgang aufbauen kann, und am Widerstand, den er dabei antreibt. Das Verhältnis der drei Größen hat der Physiker Georg Simon Ohm 1827 in seiner Schrift zur galvanischen Kette formuliert; für die Leistung folgt daraus, dass sie mit dem Quadrat der Spannung steigt und mit steigendem Widerstand fällt.

Daraus ergeben sich zwei entgegengesetzte Anforderungen an ein und denselben Ausgang:

Am unteren Ende, bei 16 oder 32 Ohm, wird der Strom zur Grenze. Die nötige Spannung ist klein, aber sie muss in eine niedrige Last fließen — die Ausgangsstufe muss also viel Strom liefern, ohne dass ihre Spannung dabei einbricht.
Am oberen Ende, bei 250 oder 600 Ohm, dreht sich das um. Der Strom bleibt gering, dafür braucht derselbe Pegel deutlich mehr Spannung, und die begrenzt die Betriebsspannung der Schaltung.

Deshalb geben Datenblätter die Ausgangsleistung eines Kopfhörerausgangs je Lastimpedanz an, etwa als Zahlenpaar für 32 und für 300 Ohm. Eine einzelne Milliwattzahl ohne diese Angabe ist unbrauchbar: Sie kann am günstigsten Punkt gemessen sein, während derselbe Ausgang an 300 Ohm einbricht. Dass die Wattzahl auch danach noch wenig über die empfundene Lautstärke sagt, gilt hier genauso wie an Lautsprechern und steht unter Verstärkerleistung.

Die zweite Auslegungsgröße ist die Ausgangsimpedanz — der Innenwiderstand des Ausgangs. Über den Pegel entscheidet sie kaum; sie entscheidet darüber, ob der Frequenzgang des Kopfhörers unverändert bleibt. Kritisch wird sie bei Mehrtreiber-In-Ears, deren Impedanz über die Frequenz schwankt.

Die Gattung gegen ihre Nachbarn

Dieselbe Funktion kommt in vier Bauformen vor, und der Name auf dem Gehäuse sagt wenig darüber, welche davon vorliegt.

Als Stufe im Vollverstärker oder AV-Receiver. Der Regelfall in Wohnraumanlagen. Dahinter steckt entweder eine eigene kleine Verstärkerstufe oder ein Widerstandsnetzwerk, das das Signal der großen Endstufe herunterteilt. Die zweite Bauweise ist die einfachste und die Ursache der meisten Passungsprobleme, weil ihre Ausgangsimpedanz hoch ausfällt.

Als eigenes Gerät. Nur die Verstärkerstufe, mit eigenem Netzteil und eigener Auslegung. Sie braucht ein Line-Signal als Zuspielung und einen Platz in der Kette, an dem sie es bekommt — mit Lautstärkeregelung, wenn sie den Vorverstärker ersetzen soll, ohne, wenn sie hinter einem läuft.

Als DAC/Amp-Kombination. Wandler und Verstärker in einem Gehäuse, vom Stick am Notebook bis zum Standgerät. Zwei Glieder der Kette in einem Produkt, wie es die Gerätegattungen der Audiowelt ohnehin dauernd tun (AV-Geräteklassen); was der Wandlerteil davon macht, steht unter DAC. Für die Passung zählt nur der Verstärkerteil.

Als Stufe im Kopfhörer selbst. Bei Bluetooth-Modellen sitzen Wandlung und Verstärkung im Ohrhörer, abgestimmt auf genau diesen einen Treiber. Die Passungsfrage entfällt damit — und mit ihr jede Möglichkeit, an dieser Stelle etwas zu ändern.

Häufiges Missverständnis

„Hochohmige Kopfhörer brauchen einen Verstärker, niederohmige nicht." Die Faustregel ist verbreitet und führt regelmäßig in die Irre, weil sie die halbe Rechnung weglässt. Wie laut ein Kopfhörer wird, entscheidet neben der Impedanz seine Empfindlichkeit: Der eine gibt aus einer gegebenen Spannung viel Pegel, der andere wenig. Ein empfindlicher 600-Ohm-Kopfhörer kann an einem schwachen Ausgang laut genug werden, während ein unempfindlicher 32-Ohm-Magnetostat mit derselben Buchse nicht auskommt — sein Treiber braucht Strom, und den liefert ein knapp ausgelegter Ausgang gerade an niedriger Last nicht. Erst beide Angaben zusammen sagen etwas.

Der zweite Irrtum liegt in der Erwartung an das Gerät. Ein Kopfhörerverstärker stellt eine elektrische Passung her; er fügt der Aufnahme nichts hinzu. Wo Kopfhörer und Ausgang bereits zusammenpassen, ändert ein zusätzliches Gerät hörbar wenig — und wo sie es nicht tun, ändert es viel, weil vorher etwas fehlte und nun vorhanden ist. Besser geworden ist der Kopfhörer dadurch nicht. Der ehrliche Weg zur Antwort läuft deshalb über die Daten des vorhandenen Ausgangs und des vorhandenen Kopfhörers.

Nicht zu verwechseln mit

Kopfhörerausgang am Vollverstärker: dieselbe Funktion, anderer Ort. Ob dahinter eine eigene Stufe oder ein Widerstandsnetzwerk sitzt, sagt die Buchse nicht — und genau das ist die Frage, die vor jedem Zukauf steht.
DAC/Amp-Kombination: enthält einen Kopfhörerverstärker, ist aber zusätzlich der Wandler. Wer eine solche Kombination anschafft, um ein Pegelproblem zu lösen, wechselt zugleich die Wandlung — beim Vergleichen zweier Geräte lassen sich die beiden Wirkungen dann nicht mehr trennen.
Vorverstärker: wählt Quellen aus und stellt die Lautstärke ein, arbeitet dabei auf Line-Pegel und liefert keinen nennenswerten Strom. Manche Kopfhörerverstärker übernehmen die Lautstärkeregelung mit, das macht sie aber nicht zur Vorstufe für die übrige Anlage.
Kopfhörer-Adapter aus Widerständen: ein passives Kabelstück, das einen Kopfhörer an einem Lautsprecherausgang oder an einem zu kräftigen Ausgang dämpft. Es verstärkt nichts und erhöht die wirksame Ausgangsimpedanz.
Sender für Funkkopfhörer: überträgt das Signal, die Verstärkung passiert im Kopfhörer. Was auf der Funkstrecke mit dem Signal geschieht, ist eine eigene Frage.

In der Planung

Ein Kunde hat einen Kopfhörer geschenkt bekommen und findet ihn an seiner Anlage enttäuschend leise. Die Frage kommt als Gerätefrage an: Welchen Kopfhörerverstärker soll er kaufen?

Zu klären ist zuerst etwas anderes: ob der Kopfhörer ein gelegentlicher Griff bleibt oder abends regelmäßig den Hauptweg ersetzt. Im zweiten Fall gehört er als eigener Wiedergabeweg in die Planung, mit eigener Quellenwahl und der Möglichkeit, die Lautsprecher stumm zu lassen — und dann lohnt auch ein eigenes Gerät. Im ersten Fall ist die Buchse am Verstärker der richtige Ort, und die Aufgabe verschiebt sich darauf, ob der Kopfhörer zu ihr passt.

Steht das fest, wird gerechnet, bevor gekauft wird. Gebraucht werden drei Angaben — Impedanz und Empfindlichkeit des Kopfhörers, Ausgangsleistung der Buchse bei genau dieser Impedanz. Fehlt die dritte, weil das Handbuch dazu schweigt, ist das selbst schon ein Befund: Ausgänge, deren Daten niemand nennt, sind selten die aufwendigen. Ein Pegelproblem lässt sich außerdem gegenprüfen, indem derselbe Kopfhörer an einem bekannten zweiten Ausgang läuft.

Auf das Gerät läuft es zuletzt hinaus, und dort gibt es drei mögliche Antworten: ein eigener Verstärker, ein anderer Kopfhörer oder gar nichts. Die dritte ist häufiger richtig, als die Fragestellung vermuten lässt — wenn die Buchse den Kopfhörer sauber betreibt, ist das Enttäuschende an der Wiedergabe woanders zu suchen.

Verknüpfte Inhalte

Was sich am ganzen System ändert, wenn Kopfhörer ein eigener Wiedergabeweg sein sollen, behandelt Kopfhörer als eigener Wiedergabeweg; welche fünf Aufgaben in jeder Anlage anfallen, zeigt Die Audiokette. Die elektrischen Größen führen Impedanz, Ausgangsimpedanz und Verstärkerleistung aus. Warum ein sehr empfindlicher Kopfhörer an einem kräftigen Ausgang hörbar rauscht, erklärt Grundgeräuschpegel. Für die Wandlung in einer Kombination ist DAC der nächste Schritt, für den Steckverbinder der Klinkenstecker.

Quellen

Die Größenordnungen für Leistungsbedarf und Impedanzen am Kopfhöreranschluss folgen der tontechnischen Standardliteratur; der Zusammenhang von Leistung, Spannung und Widerstand ist gerechnet. IEC 61938 ist als Norm für Anpassungswerte angeführt, ohne dass ein Zahlenwert daraus übernommen wurde.