Worin besteht der Unterschied zwischen Sinus- und Musikleistung?

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Worin besteht der Unterschied zwischen Sinus- und Musikleistung?

Jedes Audio-Gerät wird mit einer oder mehreren Angaben zur möglichen Leistungsfähigkeit beworben. Die Hersteller der Endgeräte verwenden dafür unterschiedliche Einheiten, die mehr oder weniger Aussagekraft besitzen. Dabei ist es egal, ob es sich um einen Audio-Verstärker, Lautsprecher, Auto-Radio oder tragbare mobile Docking-Station handelt. Je nach Gerätetyp und Hersteller wird mit unterschiedlichen Einheiten gearbeitet, sodass häufig nicht klar ist, wie leistungsfähig das jeweilige Gerät nun tatsächlich ist. Um Geräte bzgl. ihrer Leistungsfähigkeit miteinander zu vergleichen, sind verlässliche Informationen nötig. Was ist die Sinusleistung, was ist die Musikleistung? Was ist mit PMPO und RMS gemeint? Was sind die Unterschiede und mit welchen weiteren Einheiten wird in der Audio-Branche noch gearbeitet?

Der folgende Ratgeber informiert Sie über die unterschiedlichen Einheiten, sodass Sie Ihre Audio-Geräte in Zukunft besser nach Ihren individuellen Ansprüchen auswählen können, und damit Sie die Tricks, mit denen die Werbefachleute arbeiten, durchschauen.

Musikleistung – eine veraltete und sehr ungenaue Einheit

Die Angabe der Musikleistung ist eine Erfindung der Werbeindustrie und irreführend. Diese wird häufig bei Audio-Verstärkern und Lautsprechern verwendet. Für die Berechnung der Musikleistung existiert jedoch keine genormte Messmethode. Je nach Hersteller wird eine andere Methode zur Ermittlung der Musikleistung angewandt. Mit der Musikleistung kann auf dem Datenblatt des Geräts eine möglichst hohe Leistungszahl angegeben werden. Gegenüber der Sinus-Leistung ist die Musikleistung meist ungefähr doppelt so hoch. Ein maximaler kurzzeitig erreichbarer Spitzenwert wird pro Kanal angegeben. Dieser Wert dient als Maß für die maximal mögliche Aussteuerung eines Musiksignals, ohne das dieses durch Clipping (übersteuern des Signals) verarbeitet wird.

Die Angabe 100 Watt Musikleistung (an 4 Ohm) bedeutet, dass der Verstärker für sehr kurze Impulse (z. B. einen Paukenschlag) pro Kanal an einen 4-Ohm-Lautsprecher eine Leistung von 100 Watt abgeben kann. Das entspricht in etwa einer Sinusleistung von 50 Watt. Teilweise werden die beiden Stereokanäle von den Herstellern fälschlicherweise einfach zusammenaddiert, um höhere Werte angeben zu können.

Was ist PMPO (Peak Music Power Output) – Impuls-Spitzenleistung?

Der PMPO ist eine mit der Musikleistung vergleichbare Angabe mit wenig Aussagekraft und ohne definierte Messmethode. Verwendet wird die Einheit z. B. bei Lautsprechern und Audio-Verstärkern (Endstufe). Diese wird ungefähr seit dem Jahr 2000 für Marketing-Zwecke verwendet (zuerst nur Computer-Lautsprecher) und ist nicht klar definiert. Für die Beurteilung der Qualität von Signalverarbeitung und Leistung ist der PMPO nicht geeignet. In der Regel gibt der PMPO-Wert nur die theoretische maximale Leistung an, die für einen kurzen Augenblick erreicht werden könnte, ohne dass die Bauteile damit zerstört werden würden. Der PMPO-Wert ist somit eine marketingtechnische Erfindung, bei der verschiedene Werte unter optimalen Bedingungen miteinander verrechnet werden. Meist wird die PMPO-Leistung bei Verstärkern oder Lautsprechern mit wenig Leistung angegeben, um diese besser aussehen zu lassen. Ein Bezug zur tatsächlichen Leistung besteht nicht. Wird ein Produkt nur mit der PMPO-Leistung beworben, ohne weitere Angaben zur RMS oder Sinus, sollten Sie besser die Finger davon lassen.

Was bedeutet die Angabe der Peak-Leistung?

Wird die Peak-Leistung angegeben, ist damit eine extrem kurze Signalspitze (im Millisekundenbereich) gemeint. Die Angabe ist für Marketingzwecke gut geeignet, da der Wert sehr hoch sein kann. Brauchbar ist der Wert nur in Verbindung mit einer Angabe der RMS-Leistung, wenn das Verhältnis der beiden Werte verglichen wird. Höhere Werte können eine bessere Impulsverarbeitung bedeuten. Mit der Peak-Leistung ist meist PMPO gemeint.

Verbreitete Angabe der Leistung mithilfe der Sinusleistung

Anstelle der Nennleistung wurde in Deutschland und vielen anderen angelsächsischen Staaten bis zum Jahr 2000 die Sinusleistung angegeben. Die Sinusleistung ist mit einer elektrisch exakt definierten Messmethode ermittelbar. Diese beschreibt die charakteristischen Eigenschaften eines Lautsprechers oder Audio-Verstärkers jedoch nur unzureichend. Der Wert der Sinusleistung ist für die Beschreibung der Wiedergabe von Musik nur wenig relevant, es wird nämlich ein Dauerton (Sinussignal) beschrieben. Musik zeichnet sich jedoch durch eine hohe Dynamik aus, welche mehrere Größenordnungen umfasst. In vielen Fällen geben die Hersteller daher sowohl die Musikleistung als auch die Sinusleistung an. Anwendbar ist die Methode eigentlich nur mit Endstufen. Bei einer Messung der maximalen Belastbarkeit wird ein Lautsprecher mit Sinustönen leicht zerstört.

Die Angabe 50 Watt Sinusleistung (an 4 Ohm) bedeutet, dass ein Audio-Verstärker 10 Minuten lang einen 1000-Hz-Sinuston verzerrungsfrei wiedergibt, ohne Schaden zu nehmen. Die Watt-Angabe nach Sinusleistung ist zwar seriös, jedoch aufgrund des musikfremden Testsignals nicht die optimale und aussagekräftigste Messmethode.

Bereits in den 1970er Jahren war für Audio-Verstärker und Lautsprecher die seriöse Angabe der Leistung die Nennleistung. Die Nennleistung beschreibt die maximal zulässige Abgabeleistung (Audio-Verstärker) bzw. Daueraufnahmeleistung (Lautsprecher) bei der Speisung mit dem sogenannten Rosa Rauschen. Eine bereits verabschiedete DIN-Norm (45324) wurde inzwischen wieder zurückgenommen.

Die beste und strengste Methode: Die RMS-Leistung (Root Mean Square)

Inzwischen wird zur Spezifizierung der maximal zulässigen Abgabeleistung (Audio-Verstärker) bzw. der Daueraufnahmeleistung (Lautsprecher) die RMS-Leistung angegeben. Diese hat die Sinusleistung zur Beschreibung der Leistung abgelöst. Anstelle eines Sinussignals (das dem Musik-Signal kaum ähnelt) wird das Rosa Rauschen (Erklärung folgt weiter unten) als Signal verwendet. Das breite Signal-Spektrum eines Musik-Signals wird so realistischer nachgebildet. Die RMS-Leistung wird aus dem quadratischen Mittelwert der Leistung über ein vorgegebenes Frequenzband (Rosa Rauschen) berechnet.

Was ist das Rosa Rauschen?

Das Rosa Rauschen (1/f-Rauschen) ist ein Rauschen, welches mit ansteigender Frequenz abnimmt. Der Frequenzgang des Rauschens verläuft zur Frequenz umgekehrt proportional. Bei der Verdoppelung der Frequenz halbiert sich die Rauschleistungsdichte. Die Amplitude des Signals kann als normal verteilt angesehen werden. Es handelt sich bei dem Rosa Rauschen um ein Rauschen, das in vielen biologischen und physikalischen Prozessen auftritt (z. B. ist das Rauschen eines Wasserfalls zumindest näherungsweise ein Rosa Rauschen). Das Rosa Rauschen klingt, als ob bei allen Frequenzen die gleiche Lautstärke vorhanden wäre. Da es Musikinstrumenten von der spektralen Verteilung recht ähnlich ist, ist es gut als Testsignal für die Messung von Lautsprechern einsetzbar.

Einflussfaktoren auf die Leistung eines Audio-Verstärkers

Bei der Konstruktion eines Audio-Verstärkers ist das verbaute Netzteil (besonders Netzteilkondensatoren) mitentscheidend für die mögliche Leistung. Bass-Rhythmen sorgen für kurze Stromspitzen, die bereitgestellt werden müssen. Ist die Differenz zwischen der angegebenen Sinus-und Musikleistung gering, ist das ein Anzeichen für die hohe Qualität des verbauten Netzteils.

Die Abhängigkeit von der Impedanz

Weiter ist die Leistungsabgabe abhängig von der Impedanz (Ohmzahl) der verbundenen Lautsprecher. In der Regel gibt der Audio-Verstärker mehr Leistung an niedrige Impedanzen als an höhere. Dabei erwärmt sich ein Verstärker bei niedrigen Impedanzen stärker, für entsprechende Lüftung ist zu sorgen. Für niedrige Impedanzen sind kürzere und dickere Kabel zu verwenden, ist die Impedanz zu niedrig, schaltet die Sicherheitsschaltung der Endstufe diese ab. Meist ergeben höhere Impedanzen einen besseren Klang.

Die Leistungsaufnahme

Brauchbare Aussagekraft über die Leistungsfähigkeit eines Audio-Verstärkers gibt die im Datenblatt angegebene Leistungsaufnahme. Es ist der einfachste Weg, um einen Überblick über die Leistungsfähigkeit eines Verstärkers zu erhalten. Dieser kann nämlich nicht mehr Leistung abgeben, als er aufnimmt. Meist liegt der Gesamtwirkungsgrad eines Audio-Verstärkers nicht über 70 Prozent.

Einflussfaktoren auf die Belastbarkeit eines Lautsprechers

In der Werbung für Lautsprecher und Audio-Verstärker wird die maximal mögliche Leistung häufig in Watt angegeben. Die tatsächliche Schallleistung eines Lautsprechers wird durch den Wirkungsgrad des Lautsprechers und die zugeführte elektrische Leistung bestimmt.

Übliche Leistungskennwerte für Lautsprecher

Interessant ist die Angabe der maximalen Kurzzeit-Eingangsleistung und der maximalen Langzeit-Eingangsleistung. Bei der Verwendung eines Hochtonlautsprechers bezieht sich die Angabe der Nennleistung häufig auf das gesamte Frequenzspektrum des Rosa Rauschens. Dabei wird der Hochtonlautsprecher nur mit dem Frequenzband gespeist, für das dieser spezifiziert ist. Die Angaben eignen sich für den Vergleich in Mehrwege-Boxen. Bei Tieftonlautsprechern verhält es sich sehr ähnlich, wobei der Unterschied durch das eingeschränkte Frequenzband weniger groß ausfällt.

Nennleistung und Sinusleistung bei Lautsprechern

Besonders bei hohen Frequenzen sind Lautsprecher nicht in der Lage, die angegebene Nennleistung als Sinuston wiederzugeben, ohne dabei Gefahr zu laufen zerstört zu werden. Mit diesen Werten wird das elektrische Leistungsaufnahmevermögen eines Lautsprechers beschrieben. Damit ist noch keine Aussage über die Schallleistung gegeben. Diese ist an den Wirkungsgrad eines Lautsprechers geknüpft. Die Verzerrungen eines Lautsprechers werden als Klirrfaktor beschrieben. Die Angabe der Effizienz eines Lautsprechers ist als Kennschalldruckpegel angegeben.

Belastbarkeit von Lautsprechern

Zwei Effekte limitieren die Belastbarkeit eines Lautsprechers. Aufgrund des geringen Wirkungsgrads wird die meiste zugeführte Energie in Wärme umgewandelt, wodurch eine thermische Zerstörung des Lautsprechers möglich ist. Durch zu große Auslenkungen der Membran ist außerdem eine mechanische Zerstörung möglich, besonders sehr tiefe Frequenzen sind dazu in der Lage.

Leistungsschwache Verstärker schützen Lautsprecher nicht vor Überlastung. Wird solch ein Verstärker zu weit aufgedreht, kommt es zur Übersteuerung (Clipping) des Signals, die zur Überlastung des Lautsprechers führen können. Bei der Auswahl des Audio-Verstärkers sollte darauf geachtet werden, dass die Leistung des Verstärkers (RMS) höher ist als die Belastbarkeit der Lautsprecher (RMS). Die Wahrscheinlichkeit einer Überlastung ist so geringer.

Fazit

Die Angabe der Musikleistung bei einem Audio-Gerät hat keine zuverlässige Aussagekraft, da für die Bestimmung der Leistung keine einheitliche Messmethode existiert und die Hersteller der Geräte eigene Methoden anwenden. Geräte sind anhand der angegebenen Musikleistung somit nicht gut vergleichbar. Die Angabe der Sinus-Leistung ist hingegen exakt, die Messmethode ist klar definiert. Geräte sind somit anhand der Sinus-Leistung vergleichbar. Da der Sinus-Ton ein künstliches Geräusch ist, das mit einem Musik-Signal nur wenig gemein hat, ist die Angabe zur Beschreibung ungenau. Die exakteste und brauchbarste Angabe zur Beschreibung der Leistungsfähigkeit ist die RMS-Leistung. Das Test-Signal ist ein Rosa Rauschen, das dem Musik-Signal sehr ähnlich ist. Die Messmethode ist klar definiert. Audio-Geräte sind mithilfe dieser Angabe am besten vergleichbar.

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