Klirrfaktor was soll das

Erstens solltest Du mal die Daten eines Röhrenverstärkers ansehen. Da sind Verzerrungen von 3% keine Seltenheit. Und zweitens kann man auch die Angaben bei "Auto-Hifi" (sofern es sowas überhaupt gibt) hernehmen. Da sind Klirrwerte von 10% als Bezugspunkt für die Verstärkerleistung üblich.
Aber das nur mal am Rand.

Die Frage ist, wie der Klirr entsteht und wie er sich dann anhört. Bei Röhren und auch einfachen Transistorschaltungen entsteht hauptsächlich K2. Dieser Ausdruck bedeutet, dass dem Originalton von beispielsweise 500Hz ein Signal hinzugefügt wird, das 1000Hz hat. In der Praxis muss dieses höherfrequente Signal schon recht stark sein, bis es störend in Erscheinung tritt. Dies, weil die 1000Hz musikalisch die nächst höhere Oktave des Grundtones von 5ooHz sind.

K3, der ebenfalls recht häufig vorkommt, wäre demnach 1500Hz im obigen Beispiel. Dies ist musikalisch die Oberquint, also auch etwas, was in der Musik recht häufig vorkommt. Da aber der Abstand zum Grundton grösser ist und es Differenzen zwischen der reinen Oberquint und der Oberquint eines Klaviers gibt (temperierte Stimmung), bilden sich Schwebungen, die dann deutlich hörbar sind.
Klirr mit noch höherer Zahl (K4, K5, K6 usw.)sind im Normalfall schwach, aber dafür umso deutlicher hörbar. Wenn es also bei K2 ruhig bis zu 3% sein dürfen, bis der Klirr auffällt, sind Klirranteile von K6 mit 0,5% deutlich hörbar, solange die Klirrprodukte in einem Bereich liegen (um 3000Hz) wo das Ohr auch empfindlich ist.

Ein Klirr, der bei einer PCM-Aufnahme störend werden kann, liegt bei unter 0,1%. Wenn beispielsweise ein tiefer Orgelton aufgenommen wird und das mit einem Pegel von ca. -10dB, kommt es vor, dass bei der Aufzeichnung an einem ganz bestimmten Ort jeweils (als Beispiel) 10 BIT auf Null und Bit 11 auf 1 gesetzt werden. Diese Bit-Umschalterei kann bisweilen hörbar sein. Es klingt dann, wie wenn in der Kirche, wo die Aufnahme gemacht wurde, die Fensterscheiben leise klirren. Da dieses Klirren zwar dem Grundton folgt, scheppert es z.B. mit 40Hz, aber eben ein Scheppern, das nicht musikalisch passt.

Und ähnlich ist es, wenn der Verstärker oder das Quellgerät an seine Grenze stösst. Aus der rundlichen Kurve wird schlagartig eine Kurve mit "Flachdach". Dies ist deutlich hörbar, auch wenn der Verzerrungsanteil noch weit unter 1% liegt. Dies, weil es ähnlich wie das "BIT-Scheppern" ein unmusikalischer Störklang ist.

Warum soll ich nicht einen Porsche kaufen, obwohl ich in der Schweiz höchstens Temp 120 fahren darf? Da würde doch ein kleiner Fiat auch reichen...
Aber ich will den Porsche, weil ich weiss, was er könnte, wenn er dürfte.
Und so ist es doch auch mit vielen Hifi-Geräten.

Und man darf eines nicht vergessen: Wenn beispielsweise der Klirr eines Vorverstärkers 0,7% ist und jener der Endstufe ebenfalls 0,7%, so ergibt dies geometrisch gerechnet einen Totalklirr von rund 1%. Wenn jetzt das Quellgerät auch noch mit 1% klirrt, bekommen wir schon rund 1,4% als Summe. Und so weiter. Nur wenn alle Klirranteile in der Kette unter den oben genannten Werten bleiben, bekommen wir einen unhörbaren Gesammt-Klirr.

Ich meine, solche Sachen wie Klirrfaktor oder Rauschabstand hören doch nur Fachleute, die es umbedingt hören wollen und sich deshalb nicht mehr auf die Musik oder den Film konzentrieren. Der Einsteiger hört doch so etwas gar nicht, oder er müsste ein total billigen AV haben. Ich höre Rauschen nur von ganz wenigen Videodvds und sonstige Fehler habe ich noch nie gehört, außer vielleicht Verzerrungen aus Lautsprechern meines kleinen Zweitfernsehers, wenn ich die Lautstärke zuhoch stelle.
Das einzigste was ich hören kann, ist der Unterschied zwischen kleinen PC-Lautsprechern oder billig Lautsprechern aus dem Supermarkt, vergleichbar zu guten teuren Lautsprechern, denn dieser Unterschied ist teilweise riesig. Billige Lautsprecher spielen keinen Bass oder klingen viel zu dumpf und blechernd. Das ganze hängt nur von seinen eigenen Erfahrungen ab, und für die meisten Leute spielt der Klirrfaktor keine Rolle. Mir kommt es so vor als seien viele Leute mit Meßgeräte verheiratet .

@AlphaCentauri
ich kann dir nicht zustimmen... NEIN, ich muss dir wiedersprechen

Es bedarf keines geschulten Ohres um Klirr zu hören, also Verzerrungen wahrnehmen zu können und dies auch zu tun.

Natürlich gibt es unterschiede zwischen dem Profi-Hör-Ohr, welches tagtäglich solche Sachen zu überprüfen weiß... und dem ungeschulten Nix-Hör-Holzohr...

Jedoch behaupte ich, dass jeder, der den Vergleich hört, auch einen unterschied bemerken wird.
Ob ein Signal im "Clipping-Bereich" verläuft oder nicht ist in den meisten Fällen schnell hörbar.
Das wohl beste Biespiel hierfür ist die Verzerrung einer E-Gitarre. Wenn du den unterschied zwischen einer unverzerrt verstärkten Gitarre und einer verzerten hören kannst, hörst du Klirr.

Vielleicht nimmt man es in den meistne Fällen im Unterbewusstsein auf und kann nicht erklären, warum etwas unnatürlich klingt - oft ist hierfür jedoch der Klirrfaktor verantwortlich!

Ich glaube mal das beste Beispiel für Verzerrungen sind die schrecklichen Töne von schlechten Fernsehlautsprechern, wenn man die Lautstärke zu hoch stellt, oder liege ich hier falsch ?

Das Chassis im innern kommt an seine Mechanische Belastungsgrenze - ein Sinuston bekommt quasi ein "Flachdach" wie oben schon treffend erwähnt

Ja, das Beispiel passt

Ah so, sehr interessant.
Diese Verzerrungen treten doch nur bei Lautsprechern auf, die überfordert sind, also hohe Lautstärken nicht verkraften, und diese Verzerrungen kann man durch den Klirrfaktor darstellen, oder nicht

Diese Verzerrungen, die du hörst sind die verzerrungen die durch die Mechanisch ÜBERLASTUNG auftreten...

Unterhalb der Mechanischen überalstung sind die verzerrungswerte recht gering - geht's an die Mechanische Überlastung steigen die Verzerrungen rapide an und werden hörbar.
Die sind jedoch keine K1 K2 oder sonstwelche verzerrungen, es wird der "normale" Schwingungsverlauf in seiner Amplitude "begrenzt" (die Membran kann nicht weiter ausschwingen)

Praktisches Beispiel (achtung, Phantasie!!!):

DU bist die Membran... und hälst dich in deiner Wohnung auf.
DU, in Funktion einer Membran, hüpfst auf und ab.
Wenn man deine Höhe in Abhängigkeit der Zeit in ein diagramm einzeichenn würde hätte man eine lustige Schwingung vor sich. Nach unten hin ist sie abgeschnitten, außer du hüpfst auf einem Trampolin auf und ab.
Wir schauen uns nun an, was im Bereich deines XmaX passiert (Maximaler Hub) - du verzögerst, wirst immer langsamer, bis du dich wieder nach unten bewegst - das macht ja auch eine Lautsprechermembran.
Jetzt erhöhen wir deine Sprungkraft, bis du mit dem Kopf bei jedem Sprung an die Decke ballerst.
Wenn wir nun dein Amplitudenmaximum anschauen ist bei der Zeichnung immer die obere Kappe wie abgeschnitten, bzw deine ganze Sprungenergie die übrig ist um eigentlich Dich in die Höhe zu fordern hängt nun zwischen deinem Kopf und der Decke. Dein sprung findet ein Jähes Ende, du fällst mit Kopfschmerzen wieder zu boden...
Ähnlich ist es beim Lautsprecher... die Schwingspule drückt die Membran über sein Xmech (Mechansicher maximalhub) hinaus, im Bereich wo die Membran weiter raus soll, als sie kann "verbeult" sich die Schwingung im vergleich zum original. Das Signal kann nicht mehr korrekt wiedergegeben werden.

Bis zu einer gewissen toleranz hört man das vielleicht nicht - das geht aber recht schnell

Hi,
auch wenn die Diskussion schon älter ist, möchte ich doch auch meinen Senf noch dazu geben:

Nach meinem Wissen klingen k2, k4 weit unangenehmer als k3 oder k5. Ein Signal mit k2 enthält alle Oberwellen. Ein Signal mit k3 ist symmetrisch und enthält nur ungeradzahlige Oberwellen. Natürliche Töne sind in der Regel auch symmetrisch, und der Mensch empfindet sie eben als natürlich.

In der Elektroakustik bevorzugt man Signalwege, die nur symmetrisch verzerren, also praktisch keinen k2 sondern nur k3 haben. Ganz typisch dafür sind Gegentaktverstärker und Tonbandgeräte. Sie haben im Vergleich zu den meisten anderen Geräten (z.B. Vorverstärker) nennenswerte Klirrfatoren aber eben praktisch nur k3.
Bei mechanischen Plattenspielern sind geradlinige Tonarme überwiegend k2-frei. Bei den abgewinkelten Amateur-Tonarmen ist das anders. Dort gibt es eine Skating-Kraft, die die Abtastnadel einseitig belastet und so k2 fördert. Deshalb gibt es die Anti-Skating Justierung, die k2 vermindern soll.

Es gibt auch Standards über akzeptable Grenzen des Klirrfaktors. Und zwar in der analogen Tonbandtechnik. DIN definiert für Studio-Geräte einen k3 von 3% als Vollaussteuerung. Anders ausgedrückt, der spezifizierte Rauschabstand wird auf einen Sinuston mit k3 = 3% bezogen. Bei Heimtonbandgeräten ist es k3 = 5%. Also auch das beste Kassetten-Deck liefert in den Spitzen seine 5% Klirrfaktor. Wenn man darunter bleibt, rauscht es eben mehr.
In der moderneren analogen Studiotechnik bleiben die Toningenieure in der Regel bewusst unter den 3%.

Unter diesem Gesichtspunkt habe ich mich zumindest früher immer gefragt, bei welcher Art von Musikwiedergabe 0.1% Klirrfaktor überhaupt relevant sein kann. Heute lässt sich 0.1% zwar unterschreiten, dafür sind meine Ohren aber schlechter geworden

@ robernd
Die Grundwelle (a = 440Hz) ist der Originalton oder auch die erste Harmonische oder auch K1.
Die Oktave dazu ist 880Hz oder 2. Harmonische oder erste Oberwelle oder K2.
Die reine Oberquint wäre 1320 Hz oder die 3. Harmonische oder die 2. Oberwelle oder K3.
Allerdings ist die temperiert gestimmte Quint (Klavier) 1318.5102Hz und damit entsteht eine Schwebung von rund 1,5Hz, sobald K3 auftritt. Musikalisch passt aber die Quint noch, sowohl bei Dur als auch bei Moll.
Die 4. Harmonische = K4 = 3. Oberwelle wäre 1760 Hz, also wieder eine Oktave, was musikalisch passt und keine Schwebung bedeutet.
Die 5. Harmonische = K5 = 4. Oberwelle wäre demnach 2200 Hz entsprechend ungefähr der Terz, welche aber temperiert gestimmt bei 2217,461 Hz liegt. Es kommt als zu deutlichen Schwebungen. Ausserdem ist die Terz nur bei Dur richtig, bei Moll absolut falsch.

Man könnte diese Reihe beliebig fortsetzen und käme zu immer "abstruseren" Tonintervallen und Frequenzverhältnissen.

Am saubersten klingen immer die Oktaven, also K2, K4 und K8. K3 klingt musikalisch richtig, erzeugt aber eine Schwebung, K5 ist nur bei Dur richtig und mit einer deutlichen Verstimmung gegenüber der temperierten Stimmung des Kalviers behaftet. Die Aussage, wonach die ungeradzahligen Klirranteile angenehmer seien, ist daher falsch.

Jede Transistor-Eintaktstufe erzeugt K2, nur Gegentaktstufen erzeugen K3.
Eintakt-Röhrenendstufen erzeugen ebenfalls K2, nicht nur aus der Röhre, sondern aus der Vormagnetisierung des Ausgangstrafos. Diese Vormagnetisierung lässt sich mit einem Luftspalt verringern aber nicht beseitigen. Daher kommt der Eisenkern mit steigendem Strom stärker in die Sättigung, was eine Signalabflachung bedeutet, während der sinkende Strom die Sättigung verringert und damit das Signal unverzerrt wiedergibt. Dies führt zum typischen asymmetrischen Signalverlauf von K2.

Die Nadel des Plattenspielers folgt der Rille, solange die Amplitude, die Auflagekraft und die Systemparameter das zulassen. Ist die Auslenkung zu gross, vermag die Nadel bei zu geringer Auflagekraft der Rille nicht mehr optimal zu folgen. Sie wird also in der Rille recht willkürlich "flattern", was unter anderem von der Nadelnachgibigkeit und der Massenträgheit der Nadelkonstruktion abhängt. Ob dabei ein K2 entsteht, ist meiner Ansicht nach Zufall. Jedenfalls hören sich die ungleichen Verzerrungsanteile der beiden Kanäle (durch die unterschiedliche Auflagekraft der beiden Rillenflanken) nicht nach K2 an.

Dass bei Tonbandgeräten K3 als Referenz genommen wird, hat den Grund, dass symmetrischer magnetischer Klirr (Hysteresis von Band und Kopf) immer nur zu K3 führt. K2 wäre keine Alternative, ebenso höhere K-Frequenzen. Und THD+N macht beim relativ kräftigen Rauschen eines Bandes keinen Sinn (ergäbe Messfehler von rund 0,15%)