Impedanz und Wirkungsgrad: Schafft dein Smartphone das?

Auf fast jeder Verpackung stehen zwei: die Impedanz und der Wirkungsgrad (oft auch Empfindlichkeit genannt). Zusammen sagen sie dir, wie leicht deine In-Ears oder Kopfhörer laut werden. Einzeln sagen sie überraschend wenig.

• Impedanz, in Ohm (Ω): der Widerstand, den dein In-Ear dem Signal entgegensetzt. Die Zahl auf der Verpackung ist ein Nennwert, meist bei 1 kHz gemessen. Bei anderen Frequenzen kann er ganz anders sein, dazu gleich mehr.
• Wirkungsgrad in dB/mW: wie laut es mit 1 Milliwatt Leistung wird.
• Wirkungsgrad in dB/V: wie laut es mit 1 Volt Spannung wird.

Achte auf die Einheit. 105 dB/mW und 105 dB/V sind nicht dasselbe, und steht nur '105 dB' da, weißt du nicht, welcher Wert gemeint ist. Umrechnen kannst du aber:

Warum die Impedanz allein wenig sagt: Der JT3 von FiiO hat 80 Ω, der JT7 nur 18 Ω. Trotzdem braucht der JT3 für dieselbe Lautstärke weniger Leistung, weil er einen höheren Wirkungsgrad hat. In unserem Kopfhörer-Ratgeber stehen beide nebeneinander.

Mit zwei Formeln weißt du, wie viel Leistung und Spannung eine bestimmte Lautstärke braucht. Wähl zuerst ein Ziel. Wir rechnen mit 100 dB: Das ist schon sehr laut, passend als Spitze in der Musik, nicht für stundenlanges Hören. Die WHO setzt 80 dB für 40 Stunden pro Woche an. Mehr dazu in unserem Ratgeber zum sicheren Hören.

• Leistung in Milliwatt = 10 ^ ((Ziellautstärke − Wirkungsgrad in dB/mW) ÷ 10)
• Spannung in Volt = √(Leistung in Watt × Impedanz)

Ein Beispiel mit dem FiiO JT7, dem Kopfhörer mit dem niedrigsten Wirkungsgrad in unserem Sortiment: 18 Ω und 92 dB/mW.

1. 100 − 92 = 8 dB mehr, als 1 Milliwatt liefert.
2. 10 ^ (8 ÷ 10) = 6,3 Milliwatt.
3. √(0,0063 × 18) = 0,34 Volt.
4. Probe über die andere Angabe: FiiO nennt auch 109 dB/V. 10 ^ ((100 − 109) ÷ 20) = 0,35 Volt. Bis auf Rundung dasselbe.

Jede 10 dB mehr kosten die zehnfache Leistung und gut die dreifache Spannung. Für Spitzen von 110 dB mit dem JT7 brauchst du 63 Milliwatt und 1,1 Volt. Auch das ist kein Problem für die Dongles weiter unten in diesem Ratgeber.

Zwei Dinge fallen auf. Alle In-Ears hier brauchen weniger als ein halbes Milliwatt, Lautstärke ist bei In-Ears also fast nie das Problem. Und selbst die Planar-Kopfhörer, die als schwer anzutreiben gelten, kommen mit ein paar Milliwatt auf 100 dB.

Apple und die meisten anderen Smartphone-Hersteller veröffentlichen keine Ausgangsleistung für ihre Kopfhörerbuchse oder ihren Adapter. Dongle-Hersteller schon, meist in Milliwatt an 32 Ω. Ein paar Beispiele aus unserem Sortiment, am 3,5-mm-Ausgang:

Leg das neben die Tabelle oben, und du siehst, wie viel Reserve da ist: Hunderte Milliwatt gegen ein paar Zehntel für einen In-Ear. Zwei Einschränkungen. Die angegebene Leistung gilt an 32 Ω; bei einer niedrigeren Impedanz kann eine Quelle weniger liefern, weil mehr Strom nötig ist. Und ist an deinem Smartphone eine Lautstärkebegrenzung aktiv, liegt die Obergrenze niedriger. Wie du sie einstellst, steht in unserem Ratgeber zum sicheren Hören.

Jetzt wird es spannend, wenn deine In-Ears viele Treiber haben. Jeder Verstärker hat selbst auch eine Impedanz, die Ausgangsimpedanz. Sie liegt in Reihe mit deinem In-Ear und bildet mit ihm einen Spannungsteiler: Ein Teil der Spannung bleibt in der Quelle hängen.

Solange die Impedanz deines In-Ears bei jeder Frequenz gleich ist, kostet das nur etwas Lautstärke. Bei In-Ears mit mehreren Balanced Armatures und einer Frequenzweiche dazwischen ist das aber selten so. Der bekannte Audio-Blogger NwAvGuy nannte als Beispiel den Ultimate Ears SuperFi 5: angegeben mit 21 Ω, aber je nach Frequenz zwischen 10 und 90 Ω. An einer Quelle mit 10 Ω sah er dadurch 6 dB Unterschied im Frequenzgang, an einer mit 43 Ω sogar 12 dB.

Seine Faustregel: Halte die Ausgangsimpedanz unter einem Achtel der Impedanz deines Kopfhörers oder In-Ears. Deshalb steht diese Grenze in der letzten Spalte der Tabelle. Ein einzelner dynamischer Treiber oder ein Planar hat meist eine flachere Impedanz und ist weniger betroffen, aber die Regel schadet nie.

• In unserem Sortiment hat der FiiO FA19 (10 BAs) mit 10 Ω die niedrigste angegebene Impedanz. Grenze nach der Regel: 1,25 Ω.
• Der KZ ASF hat 5 BAs und 18 Ω. Grenze: 2,25 Ω.
• Der iFi hip-dac3 hat laut iFi eine Ausgangsimpedanz von höchstens 1 Ω. Mit eingeschaltetem iEMatch werden es höchstens 4,5 Ω. Mit dem FA19 lässt du iEMatch also besser aus.

Ein empfindlicher In-Ear macht nicht nur die Musik laut, sondern auch das Rauschen der Quelle. Du hörst es als leises Zischen in ruhigen Passagen. Auch das lässt sich ausrechnen: Pegel des Rauschens = Wirkungsgrad in dB/V + 20 × log10(Rauschspannung in Volt).

Angenommen, eine Quelle hat 10 Mikrovolt Rauschen. Am KZ EDX Pro (24 Ω, 112 dB/mW, also 128 dB/V) werden daraus 128 − 100 = 28 dB. In einem stillen Raum kann das gerade hörbar sein. Am FiiO JT7 (109 dB/V) sind es 9 dB, und die hörst du nicht. Dieselbe Quelle kann also an deinen In-Ears rauschen und an deinem Kopfhörer still sein.

• Schau auf das Rauschen in Mikrovolt, wenn der Hersteller es angibt. Ein hoher Störabstand (SNR) wird relativ zur maximalen Ausgangsleistung gemessen. Ein kräftiger Verstärker mit tollem SNR kann deshalb absolut gesehen mehr rauschen als ein schwächerer.
• Nutze die niedrigste Gain-Stufe, die genug Lautstärke liefert.
• Ein Abschwächer wie der iFi iEMatch+ sitzt zwischen Quelle und In-Ears und senkt das Signal, sodass du die Quelle höher drehen kannst. iFi gibt 12,24 dB weniger Rauschen an.

• Dein Smartphone hat keine Kopfhörerbuchse. Dann brauchst du sowieso einen DAC, und ein guter Dongle kostet kaum mehr als ein einfacher Adapter.
• Du musst die Lautstärke fast ganz aufdrehen, und es bleibt zu leise. Prüf mit der Tabelle, was du brauchst, und nimm einen Dongle mit reichlich Reserve.
• Du hörst Rauschen in leisen Passagen. Dann hilft eine rauschärmere Quelle oder ein Abschwächer mehr als zusätzliche Leistung.
• Deine In-Ears haben viele BAs und eine niedrige Impedanz. Nimm eine Quelle mit angegebener Ausgangsimpedanz unter 1 Ω.
• Du willst ein symmetrisches 4,4-mm-Kabel nutzen.

Klingt bei normaler Lautstärke alles gut, ohne Rauschen? Dann brauchst du nichts extra. Welcher Dongle zu dir passt, steht in unserem Vergleich der USB-C-Dongles. Die Grundlagen zu DACs und Verstärkern findest du im Ratgeber 'Brauchst du einen DAC oder Verstärker?'.