Der optimale Ausgangswiderstand von NF Verstärkern

Allgemein ist die Auffassung verbreitet das der Ausgangswiderstand von NF-Verstärkern möglichst klein sein soll um die Eigenresonanz von Basslautsprechern bzw. -boxen möglichst gut zu dämpfen. Das ist jedoch nur die halbe Wahrheit wie ein Experiment verdeutlichen soll:

Sie benötigen:
Eine Bassreflexbox, vorzugsweise 8 Ohm
Ein Basslautsprecherchassis, ohne Gehäuse
Einen kleinen Widerstand, 4 Ohm
Etwas Draht.

Legen Sie das Lautsprecherchassis mit offenen Anschlüssen mit der Membran nach oben auf eine resonanzfreie Unterlage, z.B. eine Couch.
Klopfen Sie mit dem Zeige- oder Mittelfinger mehrmals vorsichtig auf die Membran während sie ein Ohr so weit wie möglich an der Membran platzieren so das Sie beim Klopfen einen Basston hören können.
Sie hören deutlich die Eigenresonanz des Chassis. Schließen Sie nun die Anschlüsse des Chassis mit dem Draht kurz und wiederholen Sie das klopfen auf die Membran. Nun können Sie die Eigenresonanz kaum oder überhaupt nicht mehr hören. Wiederholen Sie das Experimennt mit dem 4-Ohm widerstand an den Anschlussklemen des Chassis. Sie können die Eigenresonanz ebenfalls kaum oder nicht wahrnehmen.
Wiederholen Sie die gleiche Versuchsreihe mit der Bassrefelxbox mit offenen, mit kurz geschlossenen Anschlüssen und mit dem 4 Ohm Widerstand.
Das Ergebnis sieht anders aus als man es erwarten könnte: Sie können sowohl mit kurz geschlossenen als auch mit offenen Anschlüssen jeweils einen Basston beim klopfen auf die Membran wahrnehmen. Mit dem 4 Ohm Widerstand ist hingegen kaum ein Basston beim klopfen zu vernehmen.

Woher kommt dieses ungewöhnliche Verhalten bei der Bassreflexbox ? Einen Hinweis liefert die Impedanzkurve der Bassreflexbox mit zwei Impedanzmaxima. Bei einer Kompaktbox, offenen Schallwand oder einem frei Schwingenden Chassis hat man nur ein Impedanzmaximum. Durch das abstimmen der Länge der Reflexöffnung bei der Bassreflexbox kann man die beiden Impedanzmaxima in Höhe und Frequenz abstimmen.
Das kommt daher, das die Resonanzfrequenz des in die BR-Box eingebauten LS-Chassis und die Resonanzfrequenz des Bassreflexgehäuses gegeneinander wirken. Die Eigenresonanz des LS-Chassis ist eine parallele Resonanz, so wie sich äquivalent zur HF Technik eine Parallelschaltung von Spule und Kondensator verhalten. Die Resonanz des Bassreflexgehäuses wirkt jedoch wie eine serielle Resonanz, wie sie sich aus einer Reihenschaltung von Kondensator und Spule ergibt.
Ein Kurzschluss an den Anschlussklemmen der Bassreflexbox wird zwar die parallele Resonanz des LS-Chassis maximal bedämpfen jedoch wird die serielle Resonanz des BR-Gehäuses entdämpft, also verstärkt umso mehr der Lautsprecher gedämpft ist. Der 4 Ohm Widerstand an den Anschlussklemmen bedämpft nun sowohl die parallele als auch die serielle Resonanz.

Ein ähnliches Verhalten kann mehr oder weniger bei allen LS-Gehäusen beobachtet werden welche mit Resonanzen von Luftvolumen im Inneren der Box den Bassschalldruck verstärken wie z.B. Bandpassgehäuse, Transmissionline und ähnliche Konstruktionen. Vollständig geschlossene Boxen "Kompaktboxen" oder nach hinten offene Schalllwände weisen diesen Effekt nicht auf. Kompaktboxen haben auch deswegen ein exzellentes Impulsverhalten. Die elektrische Dämpfung durch einen niederohmigen Ausgangswiderstand des Endverstärkers wirkt auch als Dämpfung der Lautsprechereigenresonanz. Durch die hohe Dämpfung und durch die Vernichtung des nach hinten abgestrahlten Schalls hat die Kompaktbox einen zu tiefen Frequenzen hin zunehmend schlechten Wirkungsgrad. Daher sollten Kompaktboxen elektrisch entzerrt werden so das zu tiefen Frequenzen hin die Ausgangsleistung mehr und mehr erhöht wird, so wie es im einfachsten Fall eine Kuhschwanz Klangreglung bietet. Weiterhin sollte eine möglichst große Membranfläche bei Kompaktboxen zur Verfügung stehen, damit tiefe Frequenzen überhaupt abgestrahlt werden können.

Mittel- und vor Allem Hochtonlautsprecher haben einerseits eine hohe innere akustische Dämpfung andererseits ist der auf die Membran wirkende akustische Strahlungswiderstand bei hohen Frequenzen hoch, so das der Einfluss der Verstärkerausgangsimpedanz klanglich nur wenig ins Gewicht fällt.

Nun sind jedoch die meisten Lautsprecher im Wohnbereich aus Platzgründen als Bassreflex-, Transmissionline oder Bandpassboxen ausgeführt. Dazu kommt oft der ungünstige Fall das der Aufstellort der Boxen nicht frei gewählt werden kann und es kommt deswegen meistens zu einer Anhebung bestimmter Bassbereiche oder sogar zum dröhnen. Das Impulsverhalten dieser Anordnung ist dann miserabel. Subwoofer, welche meist als Bandpassbox ausgeführt sind neigen zum dröhnen, klingen auf Grund ihrer schlechten Impulswidergabe "wie Gummi" und schwingen lange nach. Was kann man dagegen tun ?

-Im einfachsten Falle kann man sich damit behelfen, in Reihe zur Bassbox einen mit einigen Watt belastbaren Widerstand im Bereich von einigen Ohm einzufügen, damit wird zwar ein Teil der Ausgangsleistung vom Verstärker vernichtet aber man bedenke das eine Leistungsghalbierung (-3dB) das Ohr gerade wahrnehmen kann. Der optimale Wert des Widerstandes kann durch probieren heraus gefunden werden.

-Die meisten Röhrenverstärker haben einen wesentlich höheren Ausgangswiderstand (1...4 Ohm) als Halbleiterverstärker (unter 0,5 Ohm). Das liegt jedoch meist an der unterschiedlichen Schaltungstechnik beider Typen und nicht am Endstufenbauteil selbst. Bei Halbleiterverstärkern sind die Endstufenbauteile i.d.R. als "Folger" geschaltet, was per se einen sehr geringen Ausgangswiderstand zur Folge hat. Weiterhin wird meistens eine sehr starke Gegenkopplung eingesetzt welche den Ausgangswiderstand ebenfalls noch einmal drastisch verringert. Röhrenverstärker werden i.d.R. nicht als "Folger" aufgebaut, die Ausgangsleistung wird an der Anode hochohmig abgenommen und erst durch eine Gegenkopplung des Endverstärkers wird der Ausgangswiderstand so weit verringert, das er mehr oder weniger weit unter der Impedanz des Lautsprechers liegen kann.
Eine Ausnahme bilden hier Röhrenverstärker in Ultralinearschaltung und Trioden Endstufen: Beide haben von sich aus einen relativ geringen Innenwiderstand den der Lautsprecher als Dämpfung "sieht". Der Ausgangswiderstand beträgt bei Trioden Endstufen etwa ein Drittel der Nenn Abschlussimpedanz also ca. 3 Ohm bei 8 Ohm LS. 

-Optimal währe ein Endverstärker mit einstellbarem Dämpfungsfaktor, jedoch gibt es solche Geräte nicht zu kaufen. Wer eine solche Schaltung sucht dem kann ich den "Amperella" Hybridverstärker zum Eigenbau empfehlen. Bei diesem lassen sich mittels dreier Potis der Dämpfungsfaktor und die globale Gegenkopplung einstellen. Das dritte Poti dient zum stufenlosen Überblenden zwischen Pseudotrioden- zur Ultralinear- bis hin zur reinen Pentodenschaltung. Eine Spice Simulation und Beschreibung der Schaltung findet sich hier: Amperella