Ausgangsimpedanz und die 1/8-Regel

Die Ausgangsimpedanz einer Quelle bildet mit der Impedanz des Kopfhörers einen Spannungsteiler, und sie ist der zweite Wert neben der Spannung, der über den Antrieb mitentscheidet. Die Faustregel dazu lautet, dass die Ausgangsimpedanz höchstens ein Achtel der Kopfhörerimpedanz betragen soll. Dieser Ratgeber erklärt, woher die Regel kommt, was sie leistet und was sie nicht sagt. Die zugehörige Formel steht als F5 und F6 unter Methodik, der Rechenweg im Antrieb: Kopfhörer und Quelle.

Der Spannungsteiler

Der Verstärker hat einen inneren Widerstand am Ausgang, die Ausgangsimpedanz Z_A. Der Kopfhörer hängt in Reihe dahinter mit seiner Impedanz Z_K. Von der Leerlaufspannung der Quelle kommt am Kopfhörer der Anteil Z_K ÷ (Z_A + Z_K) an (Formel F5). Der Rest fällt am Ausgang der Quelle ab.

Das kostet Pegel. Bei einer Ausgangsimpedanz gleich der Kopfhörerimpedanz sind es rund 6 dB. Bei einem Viertel rund 1,9 dB, bei einem Achtel rund 1 dB und bei einem Sechzehntel rund 0,5 dB. Ein Pegelverlust von einem Dezibel ist kein Problem, solange die Quelle Reserve hat. Er wird zum Problem, wenn er sich mit anderen Verlusten summiert oder wenn die Quelle ohnehin am Limit ist. Der Antrieb-Rechner rechnet den Verlust mit, sobald Ausgangsimpedanz und Kopfhörerimpedanz bekannt sind.

Warum überhaupt eine Regel

Die Impedanz eines Kopfhörers ist nicht konstant. Sie schwankt mit der Frequenz, bei dynamischen Kopfhörern moderat, bei In-Ears mit mehreren Treibern oft stark. Der Spannungsteiler wirkt deshalb bei jeder Frequenz anders: Wo die Impedanz hoch ist, bleibt mehr Spannung am Kopfhörer, wo sie niedrig ist, weniger. Die Folge ist eine Änderung des Frequenzgangs, nicht nur der Lautstärke. Je kleiner die Ausgangsimpedanz gegenüber dem Kopfhörer ist, desto kleiner fällt die Änderung aus.

Die Achtelregel ist eine Konvention. NwAvGuy beschreibt sie und den Spannungsteiler dahinter in einem englischen Beitrag, den Methodik bei Formel F6 verlinkt. Eine Norm ist sie nicht. Bei einem Achtel beträgt der Pegelverlust rund 1 dB, und die Regel soll die Änderung im Frequenzgang klein halten. Ob das für ein bestimmtes Modell reicht, hängt vom Verlauf seiner Impedanz ab. Diesen Verlauf führt der Katalog nicht.

So wendet leerraum die Regel an

Wir vergleichen die Ausgangsimpedanz der Quelle mit einem Achtel der kleinsten Impedanz des Kopfhörers, wenn der Hersteller sie nennt, sonst mit einem Achtel der nominellen (Formel F6). Ist die Regel verfehlt, erscheint der Hinweis «Pegel und Klangfarbe können sich ändern», mehr nicht. Die Regel hebt einen Antrieb nicht auf und verbessert ihn nicht.

Nennt der Hersteller die Ausgangsimpedanz als Obergrenze («unter 0,1 Ω»), rechnet der Katalog mit der Obergrenze als Wert. Liegt sie schon über dem Achtel, meldet die Rechnung die Regel als verfehlt, auch wenn der wirkliche Wert tiefer liegen kann. Fehlt die Angabe ganz, steht «nicht bewertbar» und der Name der Lücke.

Beispiele aus dem Katalog

Ein In-Ear mit niedriger Impedanz stellt die Regel auf die Probe. Der Campfire Audio Andromeda 10 hat 8,5 Ω, ein Achtel davon sind rund 1,06 Ω. Der Chord Mojo 2 nennt eine Ausgangsimpedanz von 0,06 Ω und liegt damit klar darunter. Der FiiO KA1 nennt eine Obergrenze von unter 1,5 Ω. Das ist mehr als das Achtel, deshalb meldet die Rechnung für diesen In-Ear die Regel als verfehlt. Ob der wirkliche Wert tiefer liegt, sagt das Datenblatt nicht.

Beim Shure SE846 Gen 2 mit 9 Ω liegt ein Achtel bei rund 1,1 Ω. Ein Kopfhörer wie der Sennheiser HD 600 mit 300 Ω verträgt eine Ausgangsimpedanz bis rund 37,5 Ω. Die Regel ist dort mit vielen Quellen erfüllt.

Die Antrieb-Seite jedes Modells nennt den Höchstwert, den die Quelle haben darf, und im Rechenweg jeder Quelle, ob die Regel erfüllt ist. Die Ausgangsimpedanz steht bei Verstärkern in der Zeile «Ausgangsimpedanz (laut Hersteller)». Bei den Referenzquellen wie Handys und Adaptern steht sie auf den Seiten unter Zuspieler, soweit jemand sie veröffentlicht hat.

Die Lücke bei Handys und Adaptern

Viele Hersteller nennen die Ausgangsimpedanz gar nicht. Für Smartphones und die meisten USB-C-Adapter gibt es nur vereinzelt eine Messung. Wo kein Wert vorliegt, ist die Regel nicht prüfbar, und wir raten nicht. Beispiele für die Lage siehst du auf den Seiten Apple Lightning-auf-3,5-mm-Adapter (A1749), Apple USB-C-auf-3,5-mm-Adapter (EU-Version, A2155) und Google USB-C-Kopfhöreradapter (zweite Ausführung). Für eine ausführliche Einordnung siehe Dongle-DAC am Smartphone: was die Zahlen sagen.

Dämpfungsfaktor

Aus der Ausgangsimpedanz folgt der Dämpfungsfaktor, das Verhältnis von Lastimpedanz zu Ausgangsimpedanz (Formel F7). Wir zeigen ihn nur an und beurteilen ihn nicht. Er sagt, wie fest der Verstärker die Membran führt, und ob sich ein Unterschied zwischen zwei Werten überhaupt wahrnehmen lässt, können Datenblätter nicht beantworten.

Was du daraus mitnimmst

Sind Kopfhörer und Quelle bekannt, prüfst du zuerst die Reserve und dann die Achtelregel: Impedanz und Empfindlichkeit: dB/mW, dB/V und was daraus folgt erklärt die Spannungsrechnung. Suchst du einen Verstärker für In-Ears mit niedriger Impedanz, sortiert die Ausgangsimpedanz das Feld: Kopfhörerverstärker und DAC/Verstärker nennen sie je Ausgang.