Wirkungsgrad bei Lautsprechern: was die dB-Angabe wirklich verrät

Es gibt im Datenblatt eine Zahl, die ich jahrelang überblättert habe. Sie steht meistens weit unten, irgendwo zwischen Gewicht und Anschlussart, und sie sieht harmlos aus: 88 dB.

Heute halte ich sie für die aufschlussreichste Angabe auf dem ganzen Blatt. Über Klangqualität sagt sie nichts. Sie beantwortet aber zwei andere Fragen auf einmal: welchen Verstärker du brauchst, und was der Konstrukteur bei dieser Box weggegeben hat, um etwas anderes zu bekommen.

Rechnet man sie einmal in Prozent um, kommt noch eine dritte Sache heraus, die kein Hersteller freiwillig hinschreibt.

Was der Kennschalldruck misst, und was nicht

Die Angabe heißt je nach Prospekt Wirkungsgrad, Empfindlichkeit oder Kennschalldruck, und sie meint immer dasselbe Messverfahren: Man schickt eine definierte Leistung in den Lautsprecher, stellt in einem Meter Abstand auf der Hauptachse ein Mikrofon auf und misst, wie laut es wird. Steht dort „88 dB (1 W / 1 m)“, dann kommen bei einem Watt Eingangsleistung 88 Dezibel in einem Meter an.

Der Rest ist Rechnen. Verdoppelte Leistung bringt 3 dB, das gilt für jeden Lautsprecher gleichermaßen. Zwei Boxen, die sich um 3 dB im Kennschalldruck unterscheiden, brauchen also für denselben Pegel Verstärker, die sich um den Faktor zwei unterscheiden. Bei 6 dB ist es der Faktor vier, bei 10 dB der Faktor zehn. Wie viel Watt am Ende für welche Lautstärke nötig sind, habe ich im Beitrag über Watt und Lautstärke durchgerechnet.

Der eine Meter im Messaufbau ist dabei eine reine Konvention, keine Hörempfehlung. Er macht die Messung reproduzierbar, mehr nicht. Du sitzt vermutlich zwei bis drei Meter entfernt, und im Freifeld kostet jede Abstandsverdopplung 6 dB. Aus 88 dB in einem Meter werden rechnerisch 78 dB in drei Metern. Im realen Zimmer fällt der Verlust geringer aus, weil Wände Schall zurückwerfen; wie stark, hängt vor allem davon ab, wie nah du sitzt, und darum geht es im Beitrag über Nahfeld und Fernfeld.

Was die Zahl nicht sagt, ist mindestens genauso wichtig. Über Klangfarbe, Verzerrungen oder die Qualität der Weiche verrät sie gar nichts. Ein Lautsprecher mit 92 dB ist deshalb auch nicht besser als einer mit 84 dB, er ist bei gleicher Leistung lauter. Bezahlt hat er dafür an anderer Stelle.

Rechne die Dezibel einmal in Prozent um

Dezibel sind eine relative Skala, und relative Skalen sind gnädig. Sie verstecken Größenordnungen. Deshalb lohnt es sich, die Angabe in etwas zu übersetzen, das jeder sofort einordnen kann: in einen Wirkungsgrad in Prozent, so wie man ihn von einem Motor oder einem Netzteil kennt.

Die Umrechnung ist keine Erfindung von mir. Eberhard Sengpiel von der Universität der Künste Berlin gibt sie in seiner Formelsammlung so an: Kennschalldruckpegel in dB = 112 + 10 log (Wirkungsgrad). Nach dem Wirkungsgrad aufgelöst und mit einem Watt Eingangsleistung durchgerechnet, sieht das so aus:

Was ein Lautsprecher aus einem Watt macht (eigene Rechnung nach der Sengpiel-Formel)

Kennschalldruck	Wirkungsgrad	davon Schall	davon Wärme
82 dB/W/m	0,100 %	1,00 mW	999,0 mW
84 dB/W/m	0,158 %	1,58 mW	998,4 mW
86 dB/W/m	0,251 %	2,51 mW	997,5 mW
88 dB/W/m	0,398 %	3,98 mW	996,0 mW
90 dB/W/m	0,631 %	6,31 mW	993,7 mW
92 dB/W/m	1,000 %	10,00 mW	990,0 mW
96 dB/W/m	2,512 %	25,12 mW	974,9 mW
99 dB/W/m	5,012 %	50,12 mW	949,9 mW

Gerechnet nach η = 10^((L − 112)/10), aufgelöst aus der bei Sengpiel (UdK Berlin) angegebenen Beziehung, bezogen auf 1 Watt Eingangsleistung. Gegenprobe der Methode: Sengpiel nennt für HiFi-Lautsprecher und Studiomonitore übliche Werte von „0,2 % bis maximal etwa 2 %“. Dieselbe Formel gibt für 0,2 % genau 85 dB und für 2 % genau 95 dB, reproduziert die genannte Spanne also exakt. Die Umrechnung gilt für Angaben in dB/W/m; zu Angaben in dB/2,83 V siehe den Hinweis weiter unten.

Ein handelsüblicher Lautsprecher setzt also weit unter einem Prozent der zugeführten Energie in Schall um. Der ganze Rest heizt die Schwingspule und das Zimmer. Wenn dein Verstärker im Hochbetrieb 200 Watt liefert, dann sind davon vielleicht ein bis zwei Watt Musik.

Ich fand das beim ersten Durchrechnen schwer zu glauben. Ein Konstruktionsfehler oder gar ein Skandal ist es trotzdem nicht. Ein Lautsprecher muss eine Membran mit Masse gegen Luft bewegen, die praktisch keinen Widerstand bietet. Diese Fehlanpassung ist der Kern der Sache, und niemand hat sie bisher gelöst.

Zehn Boxen aus meinen eigenen Kaufberatungen

Mich hat interessiert, wie eng die Spanne in der Praxis wirklich ist. Weit suchen musste ich dafür nicht, denn für die Kaufberatungen zu Regallautsprechern bis 500 Euro und Standlautsprechern bis 1.000 Euro hatte ich die Datenblätter ohnehin schon zusammengetragen.

Zehn Modelle mit Kennschalldruck-Angabe, quer durch die Preisklassen: DALI Kupid 82 dB, Teufel Ultima 40 Mk4 83 dB, KEF Q1 Meta 86 dB, ELAC Debut 3.0 B6.3 87 dB, DALI Oberon 5 87 dB, Wharfedale Diamond 12.1i 88 dB, Polk ES20 88 dB, Triangle Borea BR03 90 dB, Canton GLE 90 90 dB, Q Acoustics 5040 91,5 dB.

Die gesamte Spanne beträgt 9,5 dB, der Median liegt bei 88 dB. In Wirkungsgrad übersetzt: von 0,100 Prozent bis 0,891 Prozent. Zwischen dem sparsamsten und dem verschwenderischsten Modell liegt also ein Faktor von knapp neun. Und trotzdem bleibt keines von zehn über einem Prozent.

Interessant daran ist die Richtung. Sengpiel nennt 0,2 bis 2 Prozent als übliche Werte, das entspricht 85 bis 95 dB. Meine zehn aktuellen Boxen liegen am unteren Rand dieser Spanne, zwei sogar darunter. Seine Angabe umfasst allerdings auch Studiomonitore und ältere Konstruktionen; kompakte Wohnzimmerlautsprecher von heute sind messbar sparsamer geworden.

Ein Rechen-Vorbehalt gehört noch dazu, sonst wird die Tabelle oben falsch angewendet. Sie setzt eine Angabe in dB pro Watt voraus. Die meisten Hersteller schreiben aber dB pro 2,83 Volt, und das ist nur bei echten 8 Ohm dasselbe. Bei einer Box, die tatsächlich bei 4 Ohm liegt, sind 2,83 Volt zwei Watt, und die Angabe steht dann rechnerisch 3 dB zu gut da. Diese Falle habe ich im Beitrag über Impedanz und Verstärker ausführlich auseinandergenommen.

Warum baut das niemand besser?

Wenn 99 Prozent der Energie verpuffen: Warum konstruiert dann nicht einfach jeder Hersteller effizientere Lautsprecher?

Die Antwort ist über sechzig Jahre alt und trägt einen Namen, den man sich merken kann: Hofmanns eisernes Gesetz. Josef Anton Hofmann war laut audioXpress ein Konstrukteur, dessen Arbeit „den klassischen New-England-Klang von Acoustic Research, KLH und Advent zwischen den 1950ern und 1970ern“ prägt. Sein Befund lautet, wieder wörtlich:

„a woofer system’s efficiency is directly proportional to its cabinet volume and its cutoff frequency’s cube“

Der Wirkungsgrad eines Basssystems ist also proportional zum Gehäusevolumen und zur dritten Potenz der unteren Grenzfrequenz. Drei Größen hängen zusammen, und du bekommst zwei davon: tiefen Bass, kleines Gehäuse, hoher Wirkungsgrad. Nie alle drei.

Die dritte Potenz ist dabei der Hammer. Sie sorgt dafür, dass der Preis für Tiefgang nicht linear steigt, sondern explodiert. Ich habe das für eine konkrete Box durchgerechnet: die KEF LS50 Meta, 16,9 Liter Außenvolumen, laut Hersteller 79 Hz bei ±3 dB, 85 dB Kennschalldruck.

Was eine Oktave Tiefgang kostet (eigene Rechnung nach Hofmanns Gesetz, ausgehend von 16,9 Litern bei 79 Hz)

Ziel-Grenzfrequenz	bei gleichem Wirkungsgrad	oder bei gleichem Volumen
79 Hz	16,9 L	± 0 dB
60 Hz	38,6 L	− 3,6 dB
50 Hz	66,7 L	− 6,0 dB
40 Hz	130,2 L	− 8,9 dB

Gerechnet nach η ∝ V · f₃³ aus der bei audioXpress zitierten Formulierung von Hofmanns Gesetz. Ausgangswerte sind die Herstellerangaben zur KEF LS50 Meta (302 × 200 × 280,5 mm, 79 Hz bei ±3 dB, 85 dB). Volumen als Außenmaß, weil KEF kein Nettovolumen angibt. Für das Verhältnis der Spalten ist das ohne Belang, für einen Absolutvergleich mit anderen Boxen nicht. Das Gesetz beschreibt das direkt strahlende Basssystem; Hörner und aktive Entzerrung verschieben die Rechnung.

Vom Kompaktlautsprecher auf 40 Hz zu kommen, ohne Wirkungsgrad zu opfern, bräuchte also ein Gehäuse von 130 Litern. Das ist keine Box mehr, das ist ein Möbelstück. Allgemein gilt: eine Oktave tiefer bedeutet achtfaches Volumen oder 9 dB weniger Kennschalldruck.

Damit ist auch erklärt, warum meine zehn Boxen so sparsam sind. Der Markt will kompakte Gehäuse und trotzdem Bass. Von den drei Größen sind zwei durch den Wohnzimmer-Geschmack festgelegt, also muss der Wirkungsgrad daran glauben. Verstärkerleistung ist heute billig; Stellfläche im Wohnzimmer ist es nicht. Wer das umdrehen will, landet zwangsläufig bei großen Gehäusen, oder er gibt den Tiefbass an einen Subwoofer ab. Das funktioniert so gut, weil der Subwoofer sein eigenes Volumen und seine eigene Endstufe bekommt.

Nebenbei erklärt der Zusammenhang, warum Standlautsprecher bei gleichem Preis fast immer einen höheren Kennschalldruck angeben als Kompakte. Das liegt am Volumen, nicht an der besseren Technik. Mehr dazu im Vergleich von Stand- und Kompaktlautsprechern.

Wo hoher Wirkungsgrad wirklich zählt

Für die meisten Anlagen ist der Kennschalldruck eine Komfortfrage. Ein paar Dezibel mehr, und der Verstärker darf kleiner ausfallen. Kritisch wird es erst, wenn die Leistung von vornherein knapp ist. Bei einer ganzen Geräteklasse ist sie das: Röhrenverstärker, Class-A-Konstruktionen und die kleinen Vollverstärker, die mit fünf bis fünfzehn Watt auskommen müssen.

Ein Rechenbeispiel für drei Meter Hörabstand, ein Lautsprecher, Freifeld. Ein 85-dB-Lautsprecher kommt an acht Watt auf 84,5 dB. Das reicht für Hintergrundmusik und ist bei einem Orchestertutti am Ende. Ein 99-dB-Lautsprecher kommt an denselben acht Watt auf 98,5 dB. Das ist eine völlig andere Anlage, mit demselben Verstärker.

Genau deshalb gehören Hörner und Röhren so oft zusammen. Nimm die Klipsch Heresy IV: laut Datenblatt 99 dB bei 2,83 V, 8 Ohm, 63 Zentimeter hoch. Ein Achtwatt-Verstärker treibt so etwas mühelos. An einer 85-dB-Box wäre derselbe Verstärker eine Fehlkonstruktion.

Hier zeigt sich Hofmanns Gesetz noch einmal von der anderen Seite, ganz ohne Rechnung. Die 99 dB der Heresy IV kommen aus einem 83-Liter-Gehäuse mit einem 30-Zentimeter-Tieftöner, und tiefer als 48 Hz bei ±4 dB geht sie damit nicht. Für diese Größe ist das kein besonders tiefer Wert. Das ist der Handel: Volumen und Wirkungsgrad ja, Tiefgang nein. Die 16,9-Liter-KEF geht mit 79 Hz zwar höher, schafft das aber aus einem Fünftel des Volumens.

Umgekehrt gilt das genauso, und es wird seltener gesagt. Wer einen normalen Vollverstärker mit 60 oder 100 Watt hat, gewinnt durch einen hocheffizienten Lautsprecher praktisch nichts an nutzbarer Lautstärke. Die Reserven waren vorher schon da. Gekauft hat er dann den Charakter der Konstruktion, keinen zusätzlichen Pegel.

Das Kleingedruckte: Klipsch misst im Wohnzimmer

Ich hatte das Datenblatt der Heresy IV offen, um die 99 dB nachzulesen, und bin über eine hochgestellte Eins gestolpert. Ganz unten auf der Seite steht die dazugehörige Fußnote:

„Sensitivity in average listening room.“

Empfindlichkeit im durchschnittlichen Hörraum. Klipsch misst diesen Wert also nicht reflexionsarm, sondern in einem Zimmer mit Wänden, die Schall zurückwerfen und den Pegel am Mikrofon anheben. Versteckt ist daran nichts, es steht offen da. Nur direkt vergleichbar mit einer anechoisch gemessenen Angabe ist die Zahl damit nicht, und diesen Halbsatz liest kaum jemand.

Wie groß der Unterschied ausfällt, sagt Klipsch nicht, und ich will es auch nicht schätzen. Das hinge vom Zimmer ab, und ein „durchschnittlicher Hörraum“ ist keine definierte Messbedingung. Fest steht nur die Richtung. Ein Raum kann den Pegel am Mikrofon anheben, aber nicht senken. Die 99 dB sind damit die obere Kante dessen, was diese Box angeben könnte.

Deshalb wird der Vergleich zwischen zwei Prospekten unschärfer, als er aussieht. Die Messbedingung steht selten dabei; sie kann anechoisch sein, im Halbraum, oder eben im Wohnraum. Zwei Boxen mit derselben Zahl können unterschiedlich laut sein, und schuld ist dann der Messraum, nicht der Lautsprecher. Wie stark der Raum überhaupt mitspielt, ist im Beitrag über Raumakustik ohne Umbau nachzulesen.

Unseriös finde ich Klipschs Vorgehen deswegen übrigens nicht, im Gegenteil, sie schreiben es hin. Unangenehmer sind die Datenblätter, auf denen gar keine Bedingung steht.

Worauf du beim Kauf achten kannst

• Lies zuerst die Einheit, dann die Zahl. „dB/W/m“ und „dB/2,83 V/m“ sind nur bei 8 Ohm dasselbe. Steht daneben eine Impedanz von 4 Ohm, zieh gedanklich 3 dB ab, bevor du vergleichst.
• Halte den Wert gegen die Verstärkerleistung, die du schon hast. Unter 40 Watt lohnt die gezielte Suche nach 88 dB und mehr. Darüber ist die Zahl selten der Engpass.
• Einen niedrigen Wert würde ich nicht als Mangel lesen. Bei 82 oder 84 dB hat der Konstrukteur ziemlich sicher Tiefgang gekauft, und in einem kleinen Gehäuse ist das der einzige verfügbare Handel.
• Misstraue der Kombination aus kleinem Gehäuse, tiefer Grenzfrequenz und hohem Kennschalldruck. Sehen alle drei Angaben gut aus, ist mindestens eine großzügig gerundet. Hofmanns Gesetz lässt das nicht zu.
• Und schau nach der Messbedingung. Steht sie da, sagt das etwas über den Hersteller. Steht sie nicht da, vergleiche solche Zahlen nur innerhalb einer Marke.

Zwei Fragen, die dabei regelmäßig aufkommen

Klingen Lautsprecher mit hohem Wirkungsgrad dynamischer?

Das liest man ständig, und es steckt ein wahrer Kern darin, nur nicht der behauptete. Ein hocheffizienter Lautsprecher braucht für laute Passagen weniger Leistung, kommt also seltener in die Nähe der Verstärkergrenze und wird dort seltener komprimiert oder verzerrt. Was du als „mehr Dynamik“ hörst, ist häufig einfach ein Verstärker, der nicht mehr am Anschlag arbeitet. Bei einem kräftigen Verstärker, der ohnehin genug Reserven hat, verschwindet dieser Vorteil weitgehend. Die These, ein hoher Wirkungsgrad sei für sich genommen ein Klangvorteil, gibt die Datenlage nicht her.

Warum geben manche Hersteller den Wirkungsgrad gar nicht an?

Meistens, weil die Zahl im Vergleich schlecht aussieht. Gelegentlich auch, weil sie sich seriös kaum angeben lässt. Bei aktiven Lautsprechern ist die Frage schlicht gegenstandslos, dort steckt die Endstufe im Gehäuse und die Eingangsgröße ist eine Spannung, kein Watt an einer Schwingspule. Wie sich das auf die Auswahl auswirkt, steht im Vergleich von Aktiv- und Passivlautsprechern. Bei passiven Boxen ohne Angabe hilft nur eine unabhängige Messung. Oder die Annahme, dass es ungefähr 86 dB sein werden, weil dort der Großteil des Marktes liegt.

Was bei mir am Ende hängen geblieben ist, ist gar nicht die Prozentzahl, so drastisch sie ist. Es ist der Gedanke, dass in dieser einen unscheinbaren Zeile eine Konstruktionsentscheidung steht. 84 dB heißt: Hier war jemandem Tiefgang wichtiger als Effizienz. 92 dB heißt das Gegenteil. Ob das zu deinem Zimmer und deinem Verstärker passt, kannst ohnehin nur du beantworten. Ich schaue seitdem jedenfalls zuerst ganz nach unten aufs Blatt.