Dämpfungsfaktor

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Der Dämpfungsfaktor D_F gibt bei einer analogen Schnittstelle zwischen zwei elektrischen Geräten das Verhältnis von Eingangswiderstand zu Ausgangswiderstand an. Mit Widerstand ist ein Wechselstromwiderstand gemeint, der als Impedanz bezeichnet wird.

Grundlagen[Bearbeiten]

Der Dämpfungsfaktor DF ist der Quotient aus Eingangswiderstand Ra und Ausgangswiderstand Ri.


D_{F} = \frac{R_{a}}{R_{i}} \,

Klärung der unterschiedlichen Benennung der Impedanzen:

Ausgangswiderstand = Ri = Innenwiderstand = Quellwiderstand
Eingangswiderstand = Ra = Außenwiderstand = Lastwiderstand = Abschlusswiderstand

Hierbei ist der Außenwiderstand oder Abschlusswiderstand Ra nicht mit dem Ausgangswiderstands Ri zu verwechseln, was leicht wegen des gleichen Anfangsbuchstabens A möglich ist.

Durch die Anpassung bildet bei jeder Schnittstelle der Ausgangswiderstand der Quelle mit dem Eingangswiderstand der Last eine Anpassungsdämpfung. Besonders zu beachten ist der wichtige Dämpfungsfaktor für die Anpassungsdämpfung bei der Schnittstelle vom Leistungsverstärker zum Lautsprecher.

Bedeutung von Ra und Ri bei Lautsprechern[Bearbeiten]

Da Wechselstrom durch den Lautsprecher fließt, muss die frequenzabhängige Impedanz berücksichtigt werden. Besitzt der Verstärker einen zu hohen Ausgangswiderstand, wird er auf der Resonanzfrequenz des Lautsprechers weniger belastet und gibt eine höhere Spannung ab. Dadurch kommt es an dieser Stelle zu einer Anhebung im Frequenzgang. Bei kleinem Ausgangswiderstand dämpft der Verstärker die Resonanz des Lautsprechers.

Der Verstärker treibt nicht nur den Lautsprecher an, indem dessen Strom die Membranbewegung (Hub) erzeugt, er muss auch dafür sorgen, dass die Ausschwingbewegung der Membran bei ausbleibender Spannung am Ende eines Impulses gebremst wird. Dieses ist insbesondere beim Bass notwendig. In diesem Moment wirkt die Schwingspule als elektrischer Generator und erzeugt Strom (Induktionswirkung).

Wenn der Innenwiderstand des Verstärkers ausreichend klein ist, (üblicherweise viel kleiner als 0,5 Ohm) wird der Lautsprecher während des Ausschwingens vom Verstärker kurzgeschlossen und die Schwingungsenergie wird in der Schwingspule in Wärme verwandelt. Wenn also Ri << Ra ist, bezeichnet man das als Spannungsanpassung, weil der Verstärker die Spannung an den Anschlüssen der Schwingspule diktiert.

Es genügt, wenn der Dämpfungsfaktor Ra/Ri größer als 20 ist. Da der gesamte Dämpfungswiderstand die Summe aus Innenwiderstand (Verstärker) und Außenwiderstand (Schwingspule mit typisch 6,5 Ω Gleichstromwiderstand) darstellt, kann er nicht kleiner werden als der Spulenwiderstand, egal wie klein der Innenwiderstand wird. Der elektrischen Dämpfung sind dadurch Grenzen gesetzt.

Das Schwingverhalten ist genau genommen vom optimalen Gütefaktor des Systems aus Lautsprecher und Gehäuse abhängig. Dabei ist immer die für die jeweilige Anwendung optimale Summe aus mechanischer und elektrischer Dämpfung entscheidend, auf die das Lautsprechergehäuse abgestimmt wird.

Durch Umstellung der obigen Formel kann der Innenwiderstand von Lautsprecherleistungsverstärkern ermittelt werden, der selten in Datenblättern angegeben wird.


R_{i} = \frac{R_{a}}{D_{F}} \,
Der Dämpfungsfaktor DF ist das Verhältnis aus Ra zu Ri und Ri = Ra / DF.

Der Dämpfungsfaktor stellt auch den Ersatz für die Angabe des Innenwiderstands beim Lautsprecher-Endverstärker bei den technischen Daten dar. Zum Beispiel ist bei DF = 100 und Ra = 8 Ohm der errechnete Innenwiderstand
Ri = 0,08 Ω.

Anmerkung: Der Dämpfungsfaktor stellt genauer betrachtet das Verhältnis der Nennimpedanz der Lautsprecherschwingspule zum übrigen gesamten Stromkreis dar. Dazu gehören der Innenwiderstand des Verstärkers, der Leitungswiderstand des Lautsprecherkabels, sowie der Widerstand der vorgeschalteten Frequenzweichenspule. Die unkontrollierte Schwingung des Lautsprechers induziert in der Schwingspule eine elektrische Spannung, die über die Endstufe kurzgeschlossen wird. Durch die erzeugte Gegenkraft verkürzt sich die Ausschwingzeit der Membran.

Die häufige Vorstellung von Amateuren, dass man passend zum 8 Ohm-Lautsprecher einen 8 Ohm-Verstärker brauche, ist falsch. Es gibt keinen 8-Ohm-Verstärker. Üblich ist ein Verstärkerausgangswiderstand, der viel kleiner 0,5 Ohm ist.

Literatur[Bearbeiten]

  • Heinz Sahm: HIFI-Lautsprecher. Grundlagen der elektrodynamischen Lautsprecher in unendlicher Schallwand und im Gehäuse. 2., verbesserte Auflage. Franzis-Verlag GmbH, München 1982, ISBN 3-7723-6522-1.
  • Thomas Görne: Tontechnik. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München u. a. 2006, ISBN 3-446-40198-9.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]