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Symmetrisch/Unsymmetrisch+A -A |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#1
erstellt: 17. Nov 2004, 02:38
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Professionelle Audioanlagen werden normalerweise mit symmetrischer Übertragungstechnik aufgebaut, während Heim-HiFi-Anlagen unsymmetrisch verkabelt sind. Was ist das eigentlich, was ist der Unterschied, warum gibt's überhaupt zwei verschiedene Systeme, und was passiert wenn man sie kombiniert? Zuerst mal ein wenig Basiselektrik: Strom fließt immer im Kreis, darum spricht man vom Stromkreis. Wenn man also ein elektrisches Signal von A nach B übertragen will, dann braucht man dafür zwei Leitungen: Eine Hin- und eine Rückleitung. Das gilt sogar für Wechselstrom. Bei dem ändert sich zwar dauernd die Stromflußrichtung, aber trotzdem muß zu jedem Zeitpunkt der Strom, der in einer der beiden Leitungen fließt, in der anderen wieder zurückfließen. Die Information kann auf verschiedene Weise im Strom enthalten sein. Im einfachsten Fall kann sie in der Stromstärke oder in der Spannung enthalten sein. Kompliziertere Fälle gibt's auch, z.B. kann die Information auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert sein. Das ist z.B. beim TV-Kabel der Fall. Das soll uns hier nicht interessieren. Der gängigste Fall bei Audiosignalen ist nämlich der, daß die Information in der Spannung steckt. Wenn man eine Spannung übertragen will, dann macht man die Quelle niederohmig und das Ziel hochohmig. Auf diese Weise kommt das Signal mit den geringsten Verlusten an. (Bei Stromübertragung ist es übrigens genau umgekehrt.) So ist z.B. der Ausgangswiderstand eines HiFi-Gerätes normalerweise deutlich unterhalb von 100Ohm, während der Eingangswiderstand 10kOhm oder mehr beträgt. Der Eingangswiderstand liegt dabei zwischen den Hinleiter und dem Rückleiter. Irgendwelche immer vorhandenen Kabel- und Steckerwiderstände liegen dazu in Reihe, und solange sie im Vergleich mit den 10kOhm sehr klein sind, spielen sie praktisch keine Rolle. So weit jedenfalls die Theorie. Bei der symmetrischen Übertragung gönnt man jetzt jedem Hinleiter seinen eigenen Rückleiter, die beiden Drähte treten also immer paarweise auf, und sind sogar oft noch miteinander verdrillt. Dadurch erreicht man, daß sich eventuelle Störungen durch Radiosignale oder Magnetfelder auf beide Drähte praktisch gleich auswirken. Das Nutzsignal gewinnt man im Empfänger dadurch, daß man den Spannungsunterschied zwischen den beiden Leitungen feststellt, und bei dieser Subtraktion fällt ein Störsignal, das auf beiden Leitungen gleich vorhanden ist, wieder heraus. Die symmetrische Übertragung ist deswegen ziemlich störsicher. Wir brauchen also für die symmetrische Übertragung pro Signal zwei Drähte und einen Subtrahierer im Empfänger zur Feststellung des Spannungsunterschieds zwischen diesen. Bei der unsymmetrischen Übertragung versucht man demgegenüber zu sparen. Wenn man mehrere Signale zugleich übertragen will, dann kann man eine gemeinsame Rückleitung für alle Signale verwenden, und so Drähte einsparen. Wenn man diese Rückleitung an das in jedem Gerät vorhandene interne Bezugspotenzial (die sogenannte Signalmasse) anschließt, dan kann man auch den Subtrahierer sparen, weil das Nutzsignal schon auf den richtigen Pegel bezogen ist. Dabei handelt man sich aber ein Problem ein. Dieses System verlangt nun, daß die internen Bezugspotenziale in jedem Gerät gleich sind. Jeder Unterschied würde im Empfänger so aussehen, als wäre er dem Nutzsignal überlagert, und von diesem nicht zu unterscheiden. Bei einem unsymmetrisch verbundenen System muß man also dafür sorgen, daß es keine nennenswerten Unterschiede im Pegel der Signalmassen aller beteiligten Geräte gibt. Die Masseverbindung muß so niederohmig wie möglich sein, während die einzelnen Hinleitungen diesbezüglich nicht so empfindlich sind. Das zu erreichen kann schwieriger sein als man denkt. Man könnte vielleicht denken, daß man die Gleichheit der Potenziale einfach dadurch herstellt, daß man die Signalmassen per Kabel miteinander verbindet. Aber jedes Kabel hat einen Widerstand, da es (noch) keine Raumtemperatur-Supraleiter gibt. Stecker haben Übergangswiderstände, besonders die billigen, und diese steigen mit der Zeit wegen Korrosion. Und selbst wenn das alles nicht so wäre gibt es immer noch die Leitungsinduktivität, die einen Scheinwiderstand verursacht. Mit einem Wort, je länger die Leitung ist, desto weniger Chancen hat man, die Gleichheit der Massepegel zu erreichen. Unsymmetrische Übertragung kommt also vor allem dann in Frage, wenn die Leitunglängen kurz sind und wenn man die billigstmögliche Lösung sucht. Das sind genau die Voraussetzungen, die man bei der Heim-HiFi-Technik vorfindet. Dort wird schon seit jeher der letzte zehntels-Cent gespart, und die beteiligten Geräte stehen normalerweise am selben Ort. In der professionellen Tontechnik gelten andere Regeln. Dort hat man es mit größeren und weitläufigeren Anlagen zu tun, bei denen von vornherein keine Hoffnung besteht, daß man für ausgeglichene Massepegel sorgen kann. Also bedient man sich der symmetrischen Übertragung, wo man darauf nicht angewiesen ist. Das Extrembeispiel dafür ist die analoge Telefontechnik, die schon seit Jahr und Tag symmetrisch arbeitet. Da geht es um Entfernungen von vielen Kilometern. Mit unsymmetrischer Technik hätte man da keine Chance. Die durch unterschiedliche Massepegel verursachten Störungen würden um ein Vielfaches höher als das Nutzsignal liegen. Eine Heim-HiFi-Anlage hat vor 50 Jahren aus einem Plattenspieler und einem Radio mit Verstärker bestanden, oft in die gleiche Truhe eingebaut und an der gleichen Steckdose angeschlossen. In so einem Fall hat man bei unsymmetrischer Verkabelung wenig zu befürchten. Heutzutage aber sind HiFi-Anlagen oft umfangreicher. Da werden TV-Geräte, DVD-Spieler, Computer und Set-Top-Boxen zusammengestöpselt und die Verkabelung geht unter Umständen durch die ganze Wohnung. Weil die Antennenleitung ebenfalls unsymmetrisch ist, erstreckt sich die Masseverkabelung in Wirklichkeit sogar bis über die Antennenanlage. Dazu kommt noch, daß z.B. in Computern die Signalmasse mit dem Schutzleiter verbunden ist. Das heißt daß die Schutzerde auch noch in den Bezugspegel hineinwirkt. In so einem weitverzweigten Massesystem fließen so gut wie immer irgendwelche vagabundierenden Ströme herum, z.B. solche die durch den Induktionseffekt erzeugt werden. In einem unsymmetrischen System ist es sehr schwierig, diese Störströme aus dem Nutzsignal herauszuhalten. Im idealen symmetrischen System ist die Masseverkabelung von der Signalverkabelung getrennt. Auf diese Weise sind Ströme, die in der Masseverkabelung fließen, ohne Belang. Die symmetrische Verbindung zwischen zwei Geräten besteht aus drei Drähten: Hinleiter, Rückleiter und Masse. Die Masseverbindung führt man dabei als Abschirmung aus, um die innen liegenden Signalleitungen vor eingestrahlten Radiosignalen zu schützen. Im Grunde kann man dabei die Schirmung des Kabels als Fortsetzung des metallischen Gehäuses der Geräte ansehen. Aus diesem Grund verbindet man den Masseleiter (Schirm) im Kabel auch mit der Gehäusemasse der angeschlossenen Geräte, und zwar auf dem kürzesten Weg, damit HF-Störungen gar nicht erst ins Innere kommen können. Ginge es nicht um die Abschirmung von HF-Signalen, dann wäre der Schirm und die Masseverbindung gänzlich unnötig. Zur Signalübertragung selbst spielt sie keine Rolle. Aus diesem Grund ist es auch falsch, bei symmetrischen Verbindungen die Masseleitung im Kabel mit der Signalmasse des Geräts zu verbinden. Die Signalmasse spielt nur innerhalb eines Geräts als Bezugspunkt eine Rolle, nach außen wird sie nicht benötigt. Jede Verbindung nach außen bietet nur ein Einfallstor für Störsignale. Innerhalb des Geräts wird die Signalmasse allerdings an einer einzigen Stelle mit der Gehäusemasse verbunden. Das hat seinen Grund in der (Un-)Empfindlichkeit gegenüber eingestreuten Radiosignalen. Besonders interessant wird es nun, wenn man symmetrische mit unsymmetrischen Geräten verbinden will, oder wenn man bei der Verbindung von unsymmetrischen Geräten zur Vermeidung von Masseproblemen (z.B. Brummschleifen) zwischendurch auf symmetrisch umsteigen will. Hier schlägt nämlich oft der Detailteufel zu, weil die verschiedenen Masse-Arten nicht sauber unterschieden werden. Durch eine unglückliche Masseverbindung kann man sich nämlich den kompletten Vorteil der symmetrischen Technik verscherzen. Hier muß man also Grips anwenden. Die symmetrische Technik hat sogar bei manchen einen schlechten Ruf, eben weil man schnell solche Fehler machen kann. Solche Fehler werden übrigens auch gern von Geräteherstellern gemacht, die's eigentlich besser wissen müßten. So findet man z.B. viele Geräte, bei denen die Masse an einem Stecker für symmetrische Signale nicht mit der Gehäusemasse sondern mit der Signalmasse verbunden ist, im Gegensatz zu dem was ich oben schrieb. Also wie verbindet man symmetrisch mit unsymmetrisch, falls man das mal muß oder will? Am problemlosesten geht's mit Übertragern. Alle vier Kombinationen Unsym-->Unsym, Unsym-->Sym, Sym-->Unsym, Sym-->Sym können mit einem Übertrager (sogar dem gleichen Übertrager) gelöst werden. Dazu braucht er auch keine eigene Stromversorgung, und er verträgt mehrere hundert Volt Spannungsdifferenz zwischen den beiden Seiten. Das wäre ideal, wenn es nicht auch ein paar Nachteile gäbe: Ein Übertrager hat bei niedrigen Frequenzen steigende Klirrfaktoren, und Maßnahmen dagegen sind unweigerlich teuer. Mit einem Wort: Gute Übertrager kosten eine Stange Geld. Dazu haben sie ein beträchtliches Gewicht und Volumen, wenigstens wenn man sie mit sonstigen elektronischen Bauteilen vergleicht (z.B. Transistoren). Wer allerdings 250€ für ein Cinch-Kabel für ein Schnäppchen hält, der braucht auch bei dem Preis eines guten Übertragers nicht zusammenzucken. Die Güte eines Übertragers kann man leider nicht immer an den veröffentlichten Daten erkennen. Interessant ist es vor allem, wie sich der Klirrfaktor bei niedrigen Frequenzen verhält. Eine Angabe des Klirrfaktors bei 1kHz sagt eher wenig aus. Der Übertrager sollte auch gut abgeschirmt sein, z.B. durch eine Mumetall-Kappe. Übertrager werden normalerweise als Bauteil zum Einbau in Geräte angeboten. Das ist natürlich für den Normalbenutzer eher uninteressant. Bauformen, die in eine Kabelverbindung eingeschleift werden können sind da eher geeignet. Beispiele dafür sind der Monacor FGA-40, oder der wesentlich bessere und teurere Lundahl LL6810-phmphm. Beide haben den bei HiFi üblichen Cinch-Stecker, so daß sie insbesondere für die Verbindung Unsym-->Unsym verwendet werden können, also zur Auftrennung von Masseschleifen. Das Monacor-Modell ist Stereo, Lundahl mono, man braucht also von letzterem zwei für Stereo. Will man aus dem einen oder anderen guten Grund keinen Übertrager einsetzen, fächern sich die Möglichkeiten leider in eine Reihe von Fällen auf, so daß man das Problem etwas genauer studieren muß. Die Schwierigkeiten haben damit zu tun, daß es verschiedene Möglichkeiten gibt, wie man einen symmetrischen Eingang oder Ausgang technisch realisieren kann. Je nachdem welche dieser Varianten im konkreten Fall vorliegt, muß die Verbindung zwischen symmetrischem und unsymmetrischem Gerät anders aussehen. Man muß folglich einige technische Details der beteiligten Geräte kennen, die Angabe symmetrisch/unsymmetrisch reicht allein nicht. Ich muß zur korrekten Beschreibung also ein wenig in die Tiefe gehen. Zunächst zu den verwendeten Steckverbindungen. Die im professionellen Bereich eingesetzte Steckverbindung für symmetrische Signale ist der XLR-Stecker (siehe http://www.hifi-foru...forum_id=42&thread=6. Die Standard-Steckerbelegung ist 1:Gehäusemasse/Schirm 2:Hot(Plus) 3:Cold(Minus). Ebenfalls eingesetzt wird der 6,35mm Stereo-Klinkenstecker, wobei der hier nur für ein Mono-Signal gebraucht wird. Hier ist die Steckerbelegung Spitze:Hot Ring:Cold Hülle:Masse.Insbesondere bei XLR gibt's leider eine Reihe von Geräten, die abweichende Belegungen verwenden. Das ist die erste Ursache von Problemen. Vielfach wird auf Pin 1 nicht die Gehäusemasse gelegt, sondern die Signalmasse, was ich schon weiter oben kritisiert habe. Dieses Problem trifft auch auf die Klinkenstecker zu. Darüberhinaus ist bei XLR auch manchmal Hot und Cold vertauscht. Die Begriffe Hot und Cold sind dabei wie folgt zu verstehen: Hot ist das "normale" Signal, also sozusagen die Hinleitung. Cold ist demnach die Rückleitung. Auch verwendet werden die Bezeichnungen + (Plus) und - (Minus), aber das ist etwas verwirrend, weil es sich ja um Wechselspannungen handelt, die gegenüber Masse oder gegeneinander einmal positiv und wenig später wieder negativ sein können. Ich bleibe daher bei den Begriffen Hot und Cold, obwohl das natürlich auch wieder etwas willkürlich ist, weil ja der eine Anschluß nicht heißer als der andere ist. Wir setzen wir zunächst voraus, daß die Anschlüsse der Geräte korrekt verdrahtet sind. Welche Probleme daraus entstehen wenn die Hersteller Fehler gemacht haben, wird später noch besprochen. Eine Verbindung Sym-->Sym ist sehr einfach. Man verbindet einfach Hot mit Hot, Cold mit Cold und den Kabelschirm an beiden Enden mit Pin 1 (bei XLR). Die Drähte für Hot und Cold sollten im Kabel miteinander verdrillt sein. Ein so konfiguriertes Kabel bietet die besten Ergebnisse. Die Gehäusemassen beider Geräte werden über den Kabelschirm miteinander verbunden, so daß Störströme über die Gehäuse abfließen und nicht ins Geräteinnere dringen. Diese Verbindung gilt für alle Varianten von symmetrischer Eingangs- und Ausgangsschaltung in den beteiligten Geräten. Wenn eines der Geräte (oder gar beide) den Fehler macht, die Signalmasse an Pin 1 zu legen anstelle der Gehäusemasse, dann können Störströme ins Innere des Geräts dringen und sich so im Nutzsignal bemerkbar machen. In diesem Fall kann es nötig sein, den Schirm an einem Ende des Kabels abzuklemmen, oder einen eventuell vorhandenen Groundlift-Schalter zu öffnen. Dadurch kann die Verbindung aber anfälliger gegen HF-Einstreuungen werden. Ein anderer Trick ist es, den Kabelschirm nur mit dem metallischen Steckergehäuse zu verbinden, nicht aber mit Pin 1. Mit etwas Glück steht das Metallgehäuse der Gerätebuchse mit dem Gerätegehäuse in Verbindung, wodurch man wieder die Verbindung zur Gehäusemasse erreicht hat. Vielleicht kann man aber sogar die falsche Verdrahtung im Gerät korrigieren, aber da muß man natürlich die Garantiebedingungen beachten. Noch komplizierter wird's bei Verbindungen zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Geräten. Dazu muß ich die einzelnen Schaltungsvarianten erklären. Zunächst die Eingänge: 1. Trafosymmetrischer Eingang Es wird intern ein Übertrager eingesetzt. Trafo und Übertrager sind eigentlich das Gleiche; im Englischen z.B. gibt's dafür nur ein Wort: Transformer. Hier sind Hot und Cold mit der Primärwicklung des Übertragers verbunden. Wenn man einen unsymmetrischen Ausgang mit diesem Eingang verbinden will, dann verbindet man einfach die unsymmetrische Masse mit dem Cold-Anschluß und das Signal mit dem Hot-Anschluß. Pin 1 bleibt unbenutzt. Eine elegantere Variante (bessere HF-Abschirmung) ist bei Verwendung eines etwas teureren Triaxial-Kabels möglich: Hier kann man die äußere Abschirmung mit Pin 1 am Eingang verbinden. Auf der Seite des unsymmetrischen Ausgangs bleibt sie unverbunden. Der innere Schirm verbindet unsymmetrische Masse mit Cold. Handelsübliche Adapterstecker zwischen Cinch und XLR sind für diesen Zweck falsch beschaltet, weil sie die unsymmetrische Masse mit der Gehäusemasse am symmetrischen Gerät und mit Cold verbinden. Dadurch entsteht eine Masseverbindung, die zu Masseschleifen führen kann. Besser wäre es, wenn die Hersteller solcher Adapter wenigstens einen Groundlift-Schalter einbauen würden, mit dem die Verbindung zur Gehäusemasse unterbrochen werden kann. 2. Eingang mit Differenzverstärker Diese billigere und darum weiter verbreitete Variante verwendet einen elektronischen Differenzverstärker. Da gibt es einige Schaltungsvarianten, die uns hier nicht zu interessieren brauchen, weil die Unterschiede keinen Einfluß auf die Verkabelung haben. Dieser Differenzverstärker "berechnet" den Spannungsunterschied zwischen Hot und Cold, wodurch ein Störsignal, welches auf Hot und Cold zugleich auftritt, herausgerechnet wird. Die maßgebliche Eigenschaft des Differenzverstärkers dafür ist die Gleichtaktunterdrückung. Eine hohe Gleichtaktunterdrückung bedeutet eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Störsignalen. Für die Verbindung eines unsymmetrischen Ausgangs mit diesem Eingang gilt weitgehend das gleiche wie für den trafosymmetrischen Eingang. Hier wird die Differenz zwischen den Massepegeln beider Geräte durch die Gleichtaktunterdrückung des Differenzverstärkers kompensiert. Die Verzerrungswerte eines Differenzverstärkers können außerdem gegenüber einem Übertrager besser sein, vor allem bei niedrigen Frequenzen. Der Unterschied zwischen den Massepotenzialen beider Geräte darf bei diesem Eingang nur wenige Volt betragen, während bei trafosymmetrischen Eingängen der Unterschied hunderte von Volt betragen darf, ohne daß das irgendwelche Probleme machen würde. In den allermeisten Fällen hat man es aber mit Unterschieden von weniger als einem Volt zu tun, so daß ein Differenzverstärker ohne weiteres in Frage kommt. Jetzt zu den Ausgangsschaltungen. 1. Trafosymmetrischer Ausgang Analog zum Eingang ist ein Übertrager eingebaut. In diesem Fall sind Hot und Cold mit der Sekundärwicklung des Übertragers verbunden. Wenn damit ein unsymmetrischer Eingang angesteuert werden soll, dann verbindet man wieder Cold mit der unsymmetrischen Masse und Hot mit dem Signaleingang. Der Schirmanschluß (Pin 1) bleibt unbeschaltet, es sei denn man verwendet Triaxialkabel, wie oben bei trafosymmetrischen Eingängen beschrieben. Alternativ kann man auch ein einfach geschirmtes Adernpaar nehmen, wobei Hot und Cold ans Adernpaar gelegt werden. Der Schirm wird nur auf der Ausgangsseite mit Pin 1 verbunden. Auch hier machen kommerzielle Adapter wieder Probleme. 2. Vollsymmetrischer Ausgang Das sind im Grunde zwei Ausgänge, von denen einer das umgekehrte Signal des anderen führt. Auf Hot liegt das normale Signal, und auf Cold das invertierte Signal. Die Differenz ist also das doppelte normale Signal. Für rein symmetrische Verbindung ist dieser Ausgangstyp eigentlich der beste. Leider kann man diesen Typ von Ausgang nicht völlig korrekt mit einem unsymmetrischen Eingang verbinden. Es bleibt nur, die Gehäusemasse des Ausgangs mit der Masse des unsymmetrischen Eingangs zu verbinden. Der Cold-Ausgang bleibt unverbunden. Das ist nicht völlig befriedigend, weil die Gehäusemasse keine gute Signalreferenz für ein unsymmetrisches Signal ist. Ironischerweise hat man hier einen Vorteil, wenn der Hersteller fälschlicherweise die Signalmasse auf Pin 1 gelegt hat. Käufliche Adapter, die den Cold-Anschluß mit dem Schirm verbinden sind hier sogar gefährlich, weil sie den Cold-Ausgang kurzschließen, wodurch dieser beschädigt werden kann, wenn er nicht kurzschlußfest ist. 3. Kreuzgekoppelter symmetrischer Ausgang Diese Schaltung versucht das Verhalten eines Übertragers etwas besser nachzubilden. Man kann nämlich hier einen Ausgang mit Masse verbinden, dann produziert der andere Ausgang einfach die doppelte Spannung. Das beim vollsymmetrischen Ausgang beschriebene Problem der Beschädigung wird dadurch vermieden. Die Verbindung zu einem unsymmetrischen Eingang geht hier von Cold nach Masse und von Hot zum Signaleingang. Pin 1 ist wiederum unverbunden, außer bei Verwendung von Triaxialkabel oder geschirmter Paarleitung. 4. Impedanzsymmetrischer Ausgang Hier ist lediglich der Cold-Ausgang mit der gleichen Impedanz terminiert wie der Ausgangswiderstand des Hot-Ausgangs. Am Cold-Anschluß liegt also eigentlich gar kein Signal an. Bei der Verbindung mit einem symmetrischen Eingang führt die übereinstimmende Impedanz dazu, daß sich Störungen gleichmäßig auf Hot und Cold auswirken und sich so am Empfänger korrekt aufheben. Eine Verbindung zu unsymmetrischen Eingängen ist hier wieder unbefriedigend. Man hat nur die Möglichkeit, die Gehäusemasse an Pin 1 mit der unsymmetrischen Masse zu verbinden, mit allen Nachteilen die das hat. Gegenüber einem vollsymmetrischen Ausgang kann hier wenigstens kein Schaden entstehen, wenn Cold und Schirm miteinander verbunden werden. 5. Massekompensierter Ausgang Hier wird der Cold-Anschluß wiederum terminiert wie beim impedanzsymmetrischen Ausgang. Auch hier liegt also kein Signal am Cold-Ausgang an. Allerdings wird die Spannung am Cold-Anschluß zur Korrektur der Ausgangsspannung am Hot-Anschluß eingesetzt. Anders gesagt: der Cold-Anschluß wirkt wie eine Fühlerleitung, mit Hilfe deren man den Bezugspegel am Empfänger feststellt, so daß dieser das für ihn richtige Signal erhält. Bei Anschluß an einen symmetrischen Eingang ist das Verhalten wie beim impedanzsymmetrischen Ausgang. Bei Anschluß an einen unsymmetrischen Eingang verbindet man Cold mit der unsymmetrischen Masse und Hot mit dem Signal, wie schon beim trafosymmetrischen Ausgang. Man sieht also, daß es keine Verkabelungsvariante gibt, die gleichermaßen für alle symmetrischen Ausgangsschaltungen verwendet werden kann, wenn man einen unsymmetrischen Eingang anschließen will. Dieser unglückliche Zustand hat vermutlich viel dazu beigetragen, daß sich die symmetrische Technik bisher im HiFi-Bereich nicht nennenswert verbreiten konnte. Einige Firmen, die den Schritt wagen, bezahlen das sicher mit einem höheren Aufwand für die Kundenbetreuung. Mir scheint, daß die letzte Ausgangsvariante, der massekompensierte Ausgang, noch am ehesten die Chance hätte, im HiFi-Bereich Verwendung zu finden. Er ist kaum teurer wie ein normaler Ausgang, und bei Verwendung handelsüblicher Adapter funktioniert's halbwegs, wenn man sich auch schnell eine Masseschleife einhandeln kann. Vielleicht würde das die Industrie dazu bewegen, einen Groundlift-Schalter in die Adapter einzubauen. Vor allem für Soundkarten wäre das eine gute Lösung, die helfen kann, die weitverbreiteten Brummprobleme beim Anschluß des PC an eine HiFi-Anlage auf einfache Weise zu lösen. Meine Empfehlung (auf die natürlich niemand hören wird) wäre, in jedes Gerät, das schutzgeerdet ist, symmetrische Eingänge und massekompensierte Ausgänge einzubauen. Doppelt isolierte Geräte, die keinen Schutzleiteranschluß brauchen, könnten unsymmetrisch bleiben. Wenn man dann korrekt wie oben beschrieben verkabelt, dann sollte man im Allgemeinen keine Brummprobleme kriegen. Aber ich träume... [Beitrag von pelmazo am 17. Nov 2004, 21:06 bearbeitet] |
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_axel_
Inventar |
#2
erstellt: 17. Nov 2004, 20:46
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Hallo pelmazo, habe mir Deinen Artikel jetzt (noch) nicht durchgelesen (mangels akutem persönlichem Interesse, sorry). Ich wollte aber meiner positiven Überraschung Ausdruck verleihen, dass Du hier dankenswerter Weise etwas für die Comunity beiträgst. Ich denke und hoffe, dass Joe sein bisheriges Monopol hier gerne teilt. Gruß |
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Joe_Brösel
Hat sich gelöscht |
#3
erstellt: 18. Nov 2004, 12:48
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Hi, nachdem ich das gelesen habe, habe ich es gleich hierherverschoben. Ein Super-Beitrag. |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#4
erstellt: 20. Nov 2004, 21:50
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Hier noch ein paar Bildchen. Die Schaltungen sind Prinzipbilder, tatsächliche Schaltungen sind komplizierter. Trafosymmetrischer Eingang (RE = Eingangswiderstand, ÜB = Übertrager):  Differenzeingang (RE = Eingangswiderstand, DA = Differenzverstärker):  Trafosymmetrischer Ausgang:  Vollsymmetrischer Ausgang:  Kreuzsymmetrischer Ausgang:  Impedanzsymmetrischer Ausgang:  Massekompensierter Ausgang:  [Beitrag von pelmazo am 20. Nov 2004, 22:43 bearbeitet] |
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zucker
Inventar |
#5
erstellt: 22. Nov 2004, 12:40
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Hallo pelmazo,
 Bisher hab ich es so eingebaut. Über die 47K und 470K hab ich dabei die Verstärkung berechnet. Wie tut sich das auf der + Seite. Wird dabei die Verstärkung über den 47K zu + und den 47K nach Masse berechnet, bzw, hättest Du eine Formel mit Zusammenhang dazu? Die Eingangsmasse liegt auf dem zentralen Massestern. viele Grüße |
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Uwe_Mettmann
Inventar |
#6
erstellt: 22. Nov 2004, 14:23
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Hallo zucker, das müsste doch über Goolge zu ermitteln sein, dachte ich mir, und habe folgende Links erhalten: Operationsverstärker nichtinvertierendOperationsverstärker DifferenzverstärkerAber das für mich Interessante hierbei ist, dass sich diese Infos auf einer offenen Enzyklopädie befinden, auf der jeder sein Wissen hinzufügen kann, also vergleichbar mit Linux bei den Betriebsystemen. Ich denke mal ich werde dort jetzt öfters reinschauen. Hier der Link zur Startseite: wikipediaGruß Uwe |
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zucker
Inventar |
#7
erstellt: 22. Nov 2004, 16:21
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Na vielen Dank Uwe, die Seite war mir doch glatt noch nicht bekannt. |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#8
erstellt: 23. Nov 2004, 12:56
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Wikipedia ist ganz gut, aber nicht garantiert fehlerfrei. Im Fall des Differenzverstärkers finde ich etwas eigenartig, daß die Eingangsspannung am Plus-Eingang mit Ue- bezeichnet wird und die am Minus-Eingang mit Ue+. Das ist nicht falsch, aber zumindest etwas überraschend  Nachdem man in unserem Fall eher an der Differenzverstärkung und der Gleichtaktunterdrückung interessiert ist, wäre auch erstmal eine Umformung der Formeln angesagt. In der Praxis ist man an einer möglichst hohen Gleichtaktunterdrückung interessiert, das heißt die Verstärkung des Gleichtaktsignals (Ue+ + Ue-)/2 sollte so klein wie möglich sein (idealerweise 0). Dazu wählt man R1=R3 und R2=R4. Dadurch ergibt sich für Zucker's Schaltung, daß der Widerstand nach Masse 470k haben muß. Die in der Schaltung gezeigten Werte führen dazu, daß keine Gleichtaktunterdrückung stattfindet. Die tatsächlich erreichte Unterdrückung hängt von der Genauigkeit der Widerstandsverhältnisse ab. Wenn man also nicht mit Trimmern arbeiten will dann empfiehlt sich die Verwendung von eng tolerierten Widerständen. Mit 1%-Widerständen ist die Gleichtaktunterdrückung besser als 40dB. Es gibt spezielle Differenzverstärker, die die Widerstände auf dem Chip haben, und wo der Hersteller die Widerstände so genau trimmt daß die Gleichtaktunterdrückung 100dB erreicht. Die Gleichtaktunterdrückung kann man leicht messen: Beide Eingänge zusammenklemmen und ein Eingangssignal gegen Masse draufgeben. Am Ausgang darf davon möglichst wenig ankommen. Warum verstärkst Du das Eingangssignal eigentlich um den Faktor 10, Zucker? Ist Dein Eingangssignal so schwach? Und der 741 ist sicher zu langsam für diesen Zweck, Du wirst Probleme bei Vollaussteuerung und höheren Frequenzen bekommen, weil die Slew-Rate des 741 nicht reicht. Ein TL071 bzw. TL072 sollte es schon sein. Und leg die Eingangsmasse am XLR-Stecker direkt ans Gehäuse. An den Sternpunkt ist zwar auch nicht ganz schlecht, weil Störströme dann nicht über die empfindlichen Schaltungsteile laufen, aber die Leitung vom Stecker zum Sternpunkt kann je nach Länge als Antenne wirken, über die HF-Störungen, die außen in den Kabelschirm eingekoppelt werden, im Inneren des Gehäuses wieder abgestrahlt werden. Außer die werden gleich am Stecker rausgefiltert. [Beitrag von pelmazo am 23. Nov 2004, 13:46 bearbeitet] |
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_axel_
Inventar |
#9
erstellt: 23. Nov 2004, 13:19
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Schon einen Änderungsvorschlag gemacht? Gruß |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#10
erstellt: 23. Nov 2004, 13:47
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Hab' ich das nicht gerade implizit gemacht Aber ich weiß schon was Du meinst: Eintrag bei Wikipedia korrigieren. Mach ich mal bei Gelegenheit, wenn mir keiner zuvorkommt |
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_axel_
Inventar |
#11
erstellt: 23. Nov 2004, 14:46
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na ich sicher nicht  |
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zucker
Inventar |
#12
erstellt: 23. Nov 2004, 16:35
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Hallo pelmazo,
Oky, dieser Zusammenhang hat mir gefehlt, weil meine Bücher diesen Fall nicht tiefgreifend behandeln. Nun ist es klarer geworden. In wie fern muß der Abschlußwiderstand des Potis mit einbezogen werden? Immerhin stellt er doch einen Teiler mit dem R2 (in meiner Schaltung 470K) dar. Eines ist aber immer noch unklar. Wenn R2 die Verstärkung gegen den invetierenden festlegt, warum hat dann der nichtinvertierende den R nur nach Masse und nicht auch vom Ausgang eine Gegenkopplung. Für mein Verständnis der Symmetrie müßte doch zu jedem Eingang ein R nach Masse und zum Ausgang gelangen.
Der Faktor ist für eine sichere Aussteuerung von 300mV nach 1,55V ausgelegt. In Zuge der "meiner Normierung" ist dieses Schaltung aber auf den Faktor 3 geändert, wobei 47K für beide Re und 150K für R2 eingetragen sind. Durch den Einsatz der Endstufen am Mixer hab ich sogar bei einer Vorstufe nur den Faktor 1 gesetzt. Das Schaltbild hier war noch auf dem Server. Ein neues soll folgen, wenn die Vorstufe richtig dimensioniert ist. Ich hoffe, daß ist jetzt kein Problem. Als OPV ist der NE 5532 eingebaut. Der 741 rauscht auch etwas mehr. Die TL hab ich noch nicht versucht. Wenn Du meinst, sie wären besser geeignet, werden sie verwendet. Sie haben doch JFET Eingänge, das hat der NE meines Wissens nicht.
Das werd ich versuchen. Im Moment bin ich grad an dieser Schaltung, weil sie für die Endstufe im "verstärkerselbstbauprojekt" gedacht ist. Wenn es also allgemeines Interesse hervorruft, können wir an dieser Stelle gern etwas experimentieren. Da ich nun für jeden Kanal ein Netzteil zur Verfügung habe, soll jede Vorstufe auch vom jeweiligen gespeist werden. Hat das Vor oder Nachteile gegenüber der Speisung aus einem Netzteil, außer dem Mehraufwand an Bauteilen. Als Ureg sind normale 78xx und 79xx vorgesehen.
Das ist äußerst interessant. Wie macht man das? Die Formel aus dem Wiki: Ua = ((R4 / (R3+R4)) x ((R1+R2)/R1) x (Ue- - (R2/R1)) x Ue+ stimmt die so? Dann könnte man ein Exceldata herstellen, wo nur die Werte eingetragen werden müssen. viele Grüße |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#13
erstellt: 23. Nov 2004, 21:02
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Es ist kein Spannungsteiler, denn der "Mittelpunkt" ist am sehr niederohmigen Ausgang des OpAmp angeschlossen. Das Eine hat also nichts mit dem Anderen zu tun.
Das wäre eine Mitkopplung.
Was symmetrisch aussieht ist deswegen noch nicht wirklich symmetrisch. Der OpAmp hat z.B. nur einen Ausgang, aber zwei Eingänge. Wenn Du eine auch optisch symmetrische Schaltung suchst, dann schau Dir mal die OpAmps mit symmetrischem Ausgang an, wie z.B. den OPA1632. Der normale Differenzverstärker ist tatsächlich nicht völlig symmetrisch, weil die Eingangswiderstände der beiden Eingänge nicht gleich sind. In der Praxis ist das aber von geringer Bedeutung.
Ich habe nichts gegen den NE5532. Der TL072 war eher als Mindestwert anzusehen. Der 5532 schlägt ihn in fast jeder Beziehung.
Vorteil ist bessere Kanaltrennung und galvanische Trennung, so daß man mehr Flexibilität in der Masseführung hat. Nachteil hast Du selber genannt: Mehr Materialaufwand. Als Regler geht der LM317 oft ein bißchen besser als der 78xx, weil er etwas weniger rauscht. Man braucht allerdings zusätzliche Widerstände zum Einstellen der Spannung. Mir gefällt dabei noch daß ich weniger verschiedene Bauteile in der Bastelkiste brauche.
Z.B. ein LC-Filter. Es gibt fertige Filter, z.B. von Murata. Die bestehen typischerweise aus Ferritperlen und einem Durchgangskondensator. Der Filter wird in Steckernähe angebracht und der dritte Anschluß geht ans Gehäuse. Die Wiki-Formel finde ich nicht so praktisch weil wie gesagt in der Praxis eher die Differenzverstärkung interessiert. Den allgemeinen Fall wie in der Formel braucht man so selten daß ich den auch nachgucken oder herleiten müßte. In der Praxis ist R1=R3 und R2=R4, und dann ist der Rest so einfach daß man dafür kein Excel braucht, sondern höchstens einen Bierdeckel. |
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zucker
Inventar |
#14
erstellt: 23. Nov 2004, 22:19
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Oky, wird so gebaut.  Hab auch mein schlaues Buch nochmals befragt, es hat sogar die Berechnung für die einzelnen Knotenpunkte dabei. Manchmal ist der Wald eben voller Bäume. 
Fertig ist nicht, wenn dann selber aber das können wir vielleicht später nochmals erörtern. Allerdings hab ich so ein Filterglied noch nirgends in einem Gerät gesehen. Von der Sache her müßte ein Tiefpass gesetzt werden. Eine Trennfreq. bei 100Khz dürfte doch reichen oder ist das schon zu hoch. |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#15
erstellt: 24. Nov 2004, 01:08
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Fertig hat den Vorteil daß das Ding sehr kompakt ist, was bei HF Vorteile hat. Aber Du kannst natürlich auch selber mit Ferritperlen experimentieren. Sowas sollte sowieso in der Bastelkiste rumliegen.
Ich schon, aber ich guck mehr in professionelle Geräte rein. Bei Consumergeräten muß in der Regel ein kleiner Kondensator reichen. Da geht's schließlich um den Zehntels-Cent. Außerdem: Würdest Du's erkennen?
Genau das ist es auch. Allerdings mit Grenzfrequenz irgendwo im MHz-Bereich. Wenn wir über Frequenzen reden bei denen 20cm Leitung als Antenne dienen können, dann sind wir eher bei dreistelligen MHz. Es geht darum, Frequenzen, bei denen irgendwelche nichtlinearen Effekte dazu führen, daß das Signal demoduliert wird, von der Verstärkerschaltung fernzuhalten. Solche Frequenzen sind weit jenseits des normalen Durchlaßbereichs des Verstärkers, was die Sache eigentlich ziemlich einfach macht. Man braucht einfach ein x-beliebiges, schrottiges Filter, was die Audiosignale bequem durchläßt und die HF-Frequenzen blockiert. Das Problem ist bloß, auch sehr hohe Frequenzen noch wegzufiltern, wie sie z.B. von Handies erzeugt werden. Deswegen ist der mechanische Aufbau wichtig. Die Wellenlänge von 1,8GHz ist 17cm. Wenn Du also 8,5cm Kabel vom Stecker zur Platine hast und der Filter auf der Platine sitzt, dann kann trotzdem die ganze Energie schon im Gehäuse sein. Darum sage ich: Schirm oder Filter direkt am Stecker zum Gehäuse führen. Wohlgemerkt: Das sind alles Dinge, die für 50Hz-Brummschleifen keine Rolle spielen. Ob Du direkt zum Gehäuse oder zum Massesternpunkt verkabelst ist da wurscht. Entscheidend ist da nur wo die Ströme fließen, und das hängt davon ab wo der kleinste Widerstand ist. Das ist das Problem bei der Masseverkabelung: Die meisten Tips oder Faustregeln beziehen sich auf die Situation bei 50Hz (z.B. Groundlift, Schirm nur auf einer Seite anschließen, ...). Aber diese Techniken machen oft die Situation bei HF schlechter. Wirklich gut sind nur Methoden, die für alle Störungen geeignet sind. Frage mal einen HF-Techniker was er davon hält den Schirm nur einseitig anzuschließen... |
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Uwe_Mettmann
Inventar |
#16
erstellt: 24. Nov 2004, 03:03
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Hallo, pelmazo hat das Ganze ja hervorragend erklärt. Ich würde aber die Grenzfrequenz deutlich unter einem MHz legen, damit auch keine Störungen entstehen, wenn das Gerät in der Nähe eines Mittelwellen- oder Langwellensenders betrieben wird. Aus diesem Grund würde ich eine Spule nehmen, durch die die Audioleitungen bifilar durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass nur die unsymmetrischen Signale (also die HF-Störungen) gedämpft werden, während das symmetrische Nutzsignal (Audio) fast ungehindert passieren kann. Aus diesem Grunde kann man die Induktivität auch größer wählen. Somit ergibt sich eine tiefere Grenzfrequenz, wodurch auch die Einstrahlung durch Mittelwelle- oder Langewelle-Sender ausreichend gedämpft wird. Die Audioleitung ist insbesondere im HF-Bereich nicht ganz symmetrisch. Dadurch entsteht ein symmetrisches HF-Störsignal auf der Audioleitung. Dies kann man durch zusätzliche Induktivitäten in den einzelnen Adern filtern. Für diese Induktivitäten sollte man kleine Werte wählen, damit die Grenzfrequenz im MHz-Bereich liegt und somit das Audiosignal nicht beeinflusst wird. Die optimale HF-Anbindung des Filters an das Gehäuse erhält man, wenn man den Filter in ein kleines Metallgehäuse einbaut, dass sich dann auf der Innenseite des Gerätegehäuse montiert wird. Die Audioleitungen werden mit Hilfe von Durchführungskondensatoren aus dem Filtergehäuse geführt.  Gruß Uwe |
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stefan01
Neuling |
#17
erstellt: 24. Nov 2004, 03:35
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Pelmazo hat völlig recht. HF-technisch macht es einen erheblichen Unterschied, ob eine Abschirmung einseitig oder beidseitig angeschlossen ist; mal ist die eine Maßnahme besser, mal die andere - oft nützt schlichtes Ausprobieren. Man sollte jedenfalls versuchen, die Verdrahtung nicht ausgerechnet auch noch als Empfangsantenne für die zu erwartende HF-Einstrahlung auszulegen. Trotz alledem: eine 100prozentige Einstrahlungsfestigkeit wird niemals zu erreichen sein, hier muss immer ein Kompromiss gefunden werden zwischen Aufwand und Nutzen. Werde die Debatte mit Interesse weiterverfolgen! Gruß Stefan01 |
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zucker
Inventar |
#18
erstellt: 24. Nov 2004, 14:57
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Hallo, jetzt habt ihr mich aber neugierig gemacht. pelmazo schrieb:
Was ist ein Profigerät. Ich hab eine KME SPF 500 und eine Alesis Matica 900 aufgeschraubt. Bei beiden ist kein Filter am Eingang, weder Ferritperlen, noch ein Filterbaustein. Davon abgesehen, ist die Platine der KME ganz ordentlich aufgebaut. Was ich nicht sehen konnte - ist eventl. in den XLR Buchsen ein Filter? Gibt es XLR Buchsen mit integriertem Filter? Das wär ja eigentlich der Bringer. Der Aufbau wird sicherlich so sein, wie bei Netzentstörfiltern, bei denen je eine L in Reihe und je ein C nach Erde, hier dann Masse, liegt. Nun hab ich allerdings nur Berechnungsgrundlagen für RLC TP, nicht für LC Glieder. Welche Flankensteilheit braucht man eigentlich. Wenn wir hier über 1MHz schreiben, dürfte doch ansich ein Filter 1. Ordnung reichen. Wenn es ab 500KHz einsetzt, ist bestimmt bei 1MHz schon eine ordentliche Dämpfung von 6db erreicht. Die Freq. sind so hoch, da fällt mir die Gliederung von db und Abfallbereich etwas schwer aber bis zur Tel-Freq müßte sich eine Dämpfung von 35db eingestellt haben. Wird eigentlich der log mit 10 oder 20 multipliziert. Bei 20 wäre es natürlich die doppelte Dämpfung. Könnte hierzu bitte noch jemand etwas schreiben und auch ein paar Eckdaten der Induktivität, sowie der Kapazität angeben? viele Grüße |
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Uwe_Mettmann
Inventar |
#19
erstellt: 24. Nov 2004, 17:07
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Hallo Henry, hier ein Beispiel, wie ich die Werte festlegen würde. Hierzu habe willkürlich die Grenzfrequenzen und die Ausgangimpedanz der Audioquelle festgelegt. Damit Du auch andere Werte nehmen kannst, habe ich die Berechnungen angegeben. 1. Festlegung der Kapazitäten: Bei einer ungünstigen Ausgangsimpedanz von z.B.10kOhm und einer Audio-Eckfrequenz von 100kHz ergibt sich: C = 2 / (2x PI x f x R) C = 2 / (2 x PI x 100E3 x 10E3) = 320pF also musst Du 330pF wählen. 2. Festlegung der Längsinduktivitäten: Hier nehme ich mal die 500kHz als Grenzfrequenz L = 1 / ((2 x PI x f)^2 x C) L = 1 / ((2 x PI x 500E3)^2 x 330E-12) = 0,31mH, also musst Du 0,33mH wählen. 3. Festlegung der bifilaren Induktivität: Wenn Du auch Störungen von Langwelle- und Mittelwellen-Sendern unterdrücken willst, brauchst Du zusätzlich eine Induktivität, durch die die Audioleitungen bifilar durchgeführt wird. Als Grenzfrequenz habe ich mal auf 50kHz festgelegt. L = 1 / ((2 x PI x f)^2 x 2C) L = 1 / ((2 x PP x 50E3)^2 x 660E-12) = 15mH Gruß Uwe [Beitrag von Uwe_Mettmann am 24. Nov 2004, 17:08 bearbeitet] |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#20
erstellt: 24. Nov 2004, 17:53
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Im Prinzip hast Du zwar recht, Uwe, aber die geforderten Induktivitäten sind mit einfachen Ferritperlen nicht zu erreichen. Da müssen richtige gewickelte Induktivitäten her, was enstprechend teurer ist. In den allermeisten Fällen ist das nicht nötig. Ein Stück Kabel ist kein besonders effizienter Langwellenempfänger, es sei denn es ist sehr lang. Im Übrigen nehmen wir ja an es sei geschirmt, so daß das empfangene Signal vor allem im Schirm zu finden ist, und den leiten wir ja ans Gehäuse ab. Außerdem hat ein vernünftig konstruierter Differenzverstärker auch bei Langwellenfrequenzen noch eine merkbare Gleichtaktunterdrückung. Dein vorgeschlagener Filter ist natürlich die ultimative Lösung, damit baut man das Gerät quasi zur Festung aus. Ein gutes Kabel vorausgesetzt würde ich damit erwarten daß man auch viele hundert Meter Distanz so recht störarm überwinden kann. Bloß ist das für die meisten Anwendungen übertrieben. Ein LCL-Filter aus zwei Ferritperlen und einem Durchführungskondensator, wie es sie fertig zu kaufen gibt, hält die Frequenzen draußen, die in der Schaltung nicht ohnehin unterdrückt werden. Ein Verstärker hat ja sowieso eine begrenzte Bandbreite. Bloß fangen bei höheren Frequenzen im Radiobereich irgendwann nichtlineare Effekte an sich bemerkbar zu machen, und das kann dazu führen das ein Radiosignal demoduliert wird und die resultierende NF mitverstärkt wird. Solche Frequenzen müssen draußenbleiben. Ein weit verbreitetes Beispiel ist das Handy. Dort wird der Träger gepulst, und dieses Pulsen hat bestimmt fast jeder schon mal in einem Audiosystem eingekoppelt gehört. Man hört nicht den Träger (klar: viel zu hohe Frequenz), sondern da das Pulsen eine Art Amplitudenmodulation darstellt, hört man das Pulsen als das demodulierte Signal. Letztendlich wird man zumindest bei Seriengeräten einfach ausprobieren, welche Frequenzen kritisch sind, und das Filter dementsprechend auslegen. Das kann auch heißen daß man's wegläßt, wenn sich herausstellt daß die Schaltung unempfindlich ist. Dazu braucht man natürlich einen HF-Generator, der den ganzen fraglichen Frequenzbereich überstreichen kann, oder man bedient sich eines EMV-Labors. Für den Hobbyelektroniker ist es billiger, einfach auf Verdacht ein Filter einzubauen, und generell sorgfältig aufzubauen, anstatt einen Haufen Geld für die Meßmittel zu spendieren. Es gibt übrigens XLR-Buchsen (Neutrik), die die Verbindung von Pin 1 zum Gehäuse schon eingebaut haben. Das ist eine gute Lösung, weil man so den kürzesten Weg bekommt. Eingebaute Filter habe ich bei XLR noch nicht gesehen. Das gibt's bei SubD-Steckern, wo man eingebaute Ferrit-Filterplatten bekommen kann. Ein Filter hat zudem noch den Effekt, daß das Gerät unempfindlicher gegen elektrische Entladungen wird (trockene Luft, knisternder Plastikpullover, ...). Bei der Dimensionierung muß man außerdem berücksichtigen, daß höhere Kapazitäten und Induktivitäten zwar besser bei niedrigeren Frequenzen wirken, aber wegen parasitärer Effekte oft schlechter bei höheren Frequenzen. Es ist also ein Irrtum zu glauben, man bräuchte nur die untere Grenzfrequenz passend legen, dann sei alles darüber im Griff. Deswegen halte ich auch nicht viel von Berechnungen auf diesem Gebiet. Ferritperlen und ähnliche Bauelemente haben ohnehin keine wohldefinierte Induktivität. Da muß man über den Daumen peilen und die Herstellerunterlagen studieren. |
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zucker
Inventar |
#21
erstellt: 24. Nov 2004, 19:08
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Oky, beide Dinge werden probiert. Danke erstmal für die Berechnungsformeln. Was im Endeffekt dann wirklich zum Einsatz kommt, ist erstmal egal. Es werden beide Varianten versucht. Uwe, wo holst Du die 10K Impedanz her. Im Regelfall liegt doch bei einem Quellgerät der Abschluß bei 600R oder meinst Du hierbei den Eingangswiderstand der nachfolgenden Stufe. Der dürfte ja hier höher sein, so um die 40K. Als Längsinduktivität kämen sicherlich die Spulen in Widerstandsbauform in Frage, als C keramische oder Vielschicht. Die Spulen sind scheinbar ein Problem. Es gibt Leerkörper bei Conrad, wickeln muß ich sie wohl selbst. Werden beide Spulen auf einen Körper gewickelt oder sollen es 2 Kammerkörper sein? Für die Ferritperlen kann man bestimmt auch diese 2 Kammerferrite verwenden und die Signalleitung winden. Ich hab auch noch etwas gefunden. In diesem Buch werden 5,6K als LängsR und 30pF gegen Masse als TP verwendet. Es ist eine Eingangsbeschaltung für einen TDA 1029, wobei noch ein 220n als direkter Eingangskondensator zwischen dem TP und dem Eingang des TDA liegt. |
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Uwe_Mettmann
Inventar |
#22
erstellt: 24. Nov 2004, 22:29
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Hallo pelmazo, also, wenn ich einen Verstärker für mich bauen würde, würde ich auch ein bisschen Herzblut reinstecken. Das heißt, dass ich den Verstärker so optimal wie möglich bauen würde, so dass er für alle mögliche Bedingungen ausgelegt ist, ohne dass es zu Problemen kommt. Endsprechend würde ich auch die Filterung auslegen.
Genau das ist in Praxis aber häufig der Fall. Das Verbindungskabel zu den anderen Geräten ist meist recht kurz. Nur sind diese an das Stromnetz angeschlossen und die Leitungen des Stromnetzes sind sehr lang. Dieses ganze Gebilde ist sehr wohl geeignet, Mittelwelle oder Langwelle zu empfangen.
Stimmt, wenn die Schirmung gut ist, ist kaum eine Filterung notwendig. Ein von mir selbst gebauter Verstärker sollte aber für möglichst viele Einsatzzwecke geeignet sein, also auch mal an einen fremden Ort. Da ist das mit der guten Schirmung nicht immer sichergestellt.
Dies ist korrekt, nur wird der Operationsverstärker mit zusätzlichen Signalen belastet, die er analog rausrechnen muss. Ich kann es nicht ausschließen, dass dies kein Einfluss auf den Klang hat.
Du hast recht, aber bei Eigenbauprojekten muss eben alles perfekt sein.
Leider koppeln Handys oft direkt in die Schaltung ein, weil die Gehäuse bei diesen Frequenzen nicht mehr HF-dicht sind. Ein Glück stören Handys aber meist nur, wenn man sie direkt an das Gerät hält.
Stimmt, mit der Berechnung der Grenzfrequenz kann man nur den Einsatzpunkt des Filters berechnen. Wie hoch die Dämpfung bei höheren Frequenzen aussieht, kann man nur schlecht berechnen. Wenn man aber Durchführungskondensatoren verwendet, hat man schon viel gewonnen, weil sich bei diesen Kondensatoren die parasitären Effekte in Grenzen halten. Auch wenn bei hohen Frequenzen im ungünstigsten Fall die vorgeschaltete Induktivität nicht mehr wirksam ist, hat man immer noch ein Dämpfung des Filters von ca. 20dB. Wenn man mehr möchte, kann man ja auf das eine Beinchen der Induktivität ein oder zwei Ferritperlen schieben.
Hallo Henry, natürlich, blöd von mir. Ich habe nicht soviel mit symmetrischer Technik zu tun und daher nicht an die 600Ohm gedacht. Also habe ich einfach einen ganz schlechten Ausgang mit 10kOhm angenommen. Aber Du kannst das Ganze ja mit 600Ohm durchrechnen. Nur würde ich die Audiogrenzfrequenz dann noch etwas höher legen z.B. 200kHz. Durch die geringere Ausgangsimpedanz ergeben sich dann auch vorteilhaftere Induktivitäten, weil diese kleinere Werte haben.
Wenn der Filter in ein Gehäuse eingebaut wird, nimm am besten Durchführungskondensatoren. Wenn Du kein Gehäuse spendieren willst, sollten es keramische Kondensatoren sein (diese sollten mit kurzen Beinchen eingebaut und nicht über Stichleitungen angeschlossen sein). In diesem Fall würde ich aber noch zusätzlich 100pF-Kondesatoren mit ganz kurzen Beinchen direkt an die Anschlüsse der Buchse löten. Meinst Du mit Spule diese bifilaren Teile? Die nennen sich stromkompensierte Drosseln (Begriff ist mir vorhin nicht eingefallen) und gibt es auch fertig (z.B. hier)
Anstelle der Längsinduktivitäten kannst Du auch Widerstände verwenden. Der Nachteil ist, dass nach der Grenzfrequenz die Dämpfung wesentlich geringer ist. Der Vorteil ist, dass bei sehr hohen Frequenzen der RC-Filters sogar besser ist als der LC-Filter, weil der Widerstand keine (oder nur geringe) parasitäre Kapazität aufweist. Gruß Uwe |
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zucker
Inventar |
#23
erstellt: 27. Nov 2004, 09:16
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Hallo Uwe,
Die gibt es bei Conrad nicht. Sie haben nur welche von Epcos - I-kompensierte RKT Zweifachdrosseln. Ob die auch gehen? Busi-Katalog, Seite 532. Ansonsten gibt es nur UKW Drosseln, einfach. viele Grüße |
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Uwe_Mettmann
Inventar |
#24
erstellt: 27. Nov 2004, 13:59
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Hallo Henry, die von Epcos sind schon o.k. Es gibt zwar nicht den von mir berechneten Wert von 15 mH, da Du aber ja alle Werte mit dem korrekten Audiowiderstand von 600 Ohm neu berechnen musst, wird sich ein niedriger Wert ergeben, den es wohl dann auch bei Conrad gibt. Allerdings sind die Drosseln für SMD-Bestückung gedacht. Aber wenn Du kleine Beinchen anlötest, dürfte das kein Problem sein. Genauere Daten über die Drosseln findest Du auch auf den Internetseiten von Epcos ( LINK).Die in dem Datenblatt angegebenen Dämpfungswerte beziehen sich übrigens auf ein Belastung mit einem 50 Ohm Widerstand. Somit werden die praktischen unsymmetrischen Dämpfungswerte anders aussehen (in unteren Frequenzbereich geringer im oberen eventuell etwas höher). Wie Du auch den Datenblätter entnehmen kannst, ist die Dämpfung des symmetrischen Nutzsignals minimal, in der Praxis sogar noch geringer als in den Datenblättern, weil ja die Impedanz 600 und nicht 50 Ohm beträgt. Gruß Uwe |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#25
erstellt: 27. Nov 2004, 18:00
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Verstehe ich das richtig? Du behauptest die Impedanz eines symmetrischen Audioanschlusses sei 600 Ohm? Das ist nirgends vorgeschrieben. Im Audiobereich arbeitet man normalerweise nicht mit angepaßter Impedanz. Ein Ausgang ist niederohmig, und zwar bei symmetrischen Anschlüssen typischerweise weit unter 600 Ohm (meist unter 100 Ohm), und ein Eingang ist hochohmig, meist über 5 kOhm. Auch die verwendeten Kabel haben keine charakteristische Impedanz von 600 Ohm (ein solches Kabel habe ich ohnehin nie gesehen). Die 600 Ohm tauchen eigentlich nur als Referenzwert für die Berechnung des Pegels in dBu auf. 0dBu ist definiert als die Spannung, die in einem Lastwiderstand von 600 Ohm eine Leistung von 1mW umsetzen würde. Daraus ergibt sich ein Spannungswert ( P*R = U² ) von ca. 775 mV. Dieser ist aber nicht abhängig von der tatsächlichen Impedanz in der Schaltung. Die 600 Ohm kommen aus der analogen Telefontechnik und sind heute ein Anachronismus. Es war schlicht so daß die in den USA vor Urzeiten als Telegrafenleitungen verwendeten Freileitungen etwa 600 Ohm als Wellenwiderstand hatten. Das waren blanke Drähte, im Abstand von etwa 30 cm auf Telegrafenmasten montiert. Audiomessungen verwenden oft einen Abschlußwiderstand von 600 Ohm, um eine definierte Last für einen zu testenden Ausgang zu haben, und um Meßwerte vergleichbar zu machen. Es kommen aber je nach Land und Standard auch andere Werte wie z.B. 150 Ohm vor. In keinem Fall heißt das daß ein normaler Eingang ebenfalls diesen Eingangswiderstand haben muß. |
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zucker
Inventar |
#26
erstellt: 27. Nov 2004, 18:18
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Hallo pelmazo, ? Irgendwie braucht es doch eine Impedanz für die Berechnung des Filters. Die 600R nahm ich an, weil der Abschlußwiderstand einer Vorstufe doch so ausgelegt ist. Der Eingangswiderstand der nachfolgenden Endstufenschaltung liegt ja weit höher. Man müßte es berechnen, dürfte aber bei etwa 40K liegen. Wo ist nun hier der Denkfehler. |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#27
erstellt: 27. Nov 2004, 19:46
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Der Abschlußwiderstand einer Vorstufe (also die Ausgangsimpedanz) kann sehr verschiedene Werte haben. Pro-Audio Geräte mit symmetrischem Ausgang haben oft 100 Ohm oder darunter. 600 Ohm wäre für einen Ausgang im Pro-Audio-Bereich ungewöhnlich hoch. Unsymmetrische Ausgänge im HiFi-Bereich haben schon eher Ausgangswiderstände in diesem Bereich, manche deutlich höher. Wenn Du den Filter Am Eingang eines Geräts unterbringst, kannst Du den Eingangswiderstand Deines Gerätes als bekannt annehmen. Über den Ausgangswiderstand des "anderen" Gerätes kannst Du allenfalls spekulieren. Bei einem symmetrischen Ausgang ist in den technischen Daten oft angegeben, welchen Pegel der Ausgang maximal in eine Last von 600 Ohm treiben kann. Wenn der Ausgangswiderstand selbst auch 600 Ohm wäre, dann hieße das daß der Ausgang im unbelasteten Zustand den doppelten Ausgangspegel produzieren könnte. Das ist in der Regel nicht so. Der Pegelanstieg bei unbelastetem Ausgang ist normalerweise weniger als 20%. Bedenke: Es geht bei Audio um die Übertragung von Spannungen, und da ist der Verlust am kleinsten wenn der Ausgangswiderstand niedrig und der Eingangswiderstand hoch ist. Ein Ausgangswiderstand von 600 Ohm bringt in der Praxis keinerlei Vorteile. Er führt weder zur korrekten Anpassung an die Kabelimpedanz, noch zur Anpassung an die Empfängerimpedanz. Wegen des Tiefpaßeffekts durch die Kabelkapazität ist eine niedrigere Impedanz günstiger. Eine gewisse Restimpedanz von z.B. 50 Ohm verbleibt in der Regel deswegen, weil Ausgangsverstärker so von der Kabelkapazität isoliert werden können, die andernfalls zur Schwingneigung führen kann. Du hast also keine wohldefinierte Situation für die Berechnung des Filters. Du kannst allenfalls Bereiche für die Quellimpedanz annehmen. |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#28
erstellt: 28. Nov 2004, 00:14
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Hier noch eine kleine Grafik zur Entstehung von Brummschleifen bei unsymmetrischer Verkabelung: http://img41.exs.cx/img41/7578/Brummschleife.pngDie Grafik zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Situation, in der ein Brummproblem entsteht. Das Gerät links ist ein Tuner, der an der hausinternen Antennenverteilung angeschlossen ist (Kabelanschluß oder Antennenanlage). Nur der Außenleiter (Abschirmung) dieser Verbindung ist gezeigt. Das Gerät rechts ist ein Verstärker, der über sein Netzkabel am Schutzleiter des Stromnetzes angeschlossen ist (das sind nicht alle Verstärker). Nur diese Schutzleiterverbindung ist gezeigt. Tuner und Verstärker sind über ein übliches unsymmetrisches Cinch-Kabel verbunden. Nur ein Kanal ist gezeigt, obwohl normalerweise eine Stereo-Verbindung verwendet wird. Bei dieser Verbindung habe ich die parasitären Widerstände des Kabels und der Stecker eingezeichnet. Die obere Leitung ist der Innenleiter des Kabels, unten ist der Außenleiter gezeigt. Im Bild wird davon ausgegangen, daß die Signalmasse beider Geräte mit dem jeweiligen Gehäuse verbunden ist. Das ist in der Regel der Fall, aber wenn nicht, dann kann man einfach gedanklich das Gehäuse in der Zeichnung durch die interne Signalmasse ersetzen, und die Verhältnisse bleiben ansonsten gleich. Gezeigt wird die Übertragung eines Spannungssignals Ua vom Tuner zum Verstärker, wo man natürlich möglichst das gleiche Signal als Ue wieder erhalten will, ohne irgendwelche Störungen. Was man noch leicht verschmerzen kann ist ein Pegelverlust, weil man den einfach dadurch kompensieren kann, indem man den Verstärker weiter aufdreht. Fremdsignale wird man aber so nicht los. Die Widerstände bedeuten dies: RA ist der Ausgangswiderstand des Tuners. Als Beispiel nehmen wir 1 kOhm RE ist der Eingangswiderstand des Verstärkers. Wir nehmen 50 kOhm an. RC ist der Widerstand des Innenleiters des Kabels. Wir nehmen 1 Ohm an. RS ist der Widerstand des Kabelschirms (Außenleiter). Wir nehmen ebenfalls 1 Ohm. RX1 und RX2 sind die Übergangswiderstände der beiden Cinch-Stecker, und zwar der Mittenkontakte. Wir nehmen ebenfalls 1 Ohm, um den Fall abzudecken, daß Korrosion im Spiel ist. Normalerweise sind die Widerstände viel geringer. RG1 und RG2 sind die Übergangswiderstände des Massekontakts der Cinch-Stecker. Auch hier nehmen wir wieder 1 Ohm, wegen der Korrosion. Falls keine Störspannung vorhanden ist (Us=0) ergibt sich daher folgende Übertragungsgleichung: Ua/Ue = 1 + (RA+RX1+RC+RX2)/(RE+RG2+RS+RG1) Eine verlustlose Übertragung ergibt sich dabei wenn der Bruch aus den Widerstandswerten Null wird. Das gibt es in der Praxis nicht, aber man kann sehen daß es umso besser wird je kleiner der Zähler gegenüber dem Nenner ist. Wenn wir unsere angenommenen Werte einsetzen, dann sehen wir daß RE und RA dominieren, und die Stecker- und Kabelwiderstände keine merkliche Rolle spielen (ich zeig das jetzt nicht --> selber rechnen!). Wenn eine Störspannung vorhanden ist, dann verändert sich die Formel leicht: (Ua-Us)/Ue = 1 + (RA+RX1+RC+RX2)/(RE+RG2+RS+RG1) Man sieht hier, daß man die Störspannung nie los wird, weil sie immer dem Nutzsignal überlagert ist. Die Störspannung ist allerdings nicht konstant. Das wäre sie nur, wenn die Störspannungsquelle keinen Innenwiderstand hätte. Sie hat aber einen, das heißt je kleiner die Summe von RG1+RS+RG2 ist, desto niedriger wird die Störspannung. Wir sehen also daß der Widerstand der Masseverbindung eine Rolle spielt, während der Widerstand des Innenleiters vernachlässigbar ist. Die Höhe der Störspannung ist: Us = Uss / (1 + RI/(RG2+RS+RG1)) Mit RI = Innenwiderstand der Störspannungsquelle und Uss = Gedachte Störspannung vor dem Innenwiderstand Wie man sieht, tauchen die Widerstände RG2, RS und RG1 in der Formel für die Übertragung ohne Störsignal und in der Formel für das Störsignal auf. Diese Widerstände befinden sich im Stromkreis für das Störsignal und im Stromkreis für das Nutzsignal. Die beiden Stromkreise haben eine gemeinsame Impedanz, und diese gemeinsame Impedanz bildet den Kopplungsmechanismus, über den das Störsignal in das Nutzsignal hineingelangt. Um konkrete Werte zu gewinnen habe ich mal nachgemessen, wie sich bei mir im Haus die Lage darstellt. Dazu habe ich gemessen, welche Störspannung zwischen Schutzleiter einer Steckdose und dem Außenleiter der Antennensteckdose auftritt. Es waren 450mV, Frequenz hauptsächlich 50Hz. Dann habe ich gemessen, welcher Strom fließt wenn die beiden kurzgeschlossen werden: 120mA. Das ergibt einen Innenwiderstand der Störstromquelle von 3,75 Ohm. Bei unseren angenommenen Widerstandsverhältnissen (RG1+RS+RG2 = 3 Ohm) würden also 450 * 3/(3+3,75) = 200mV Störspannung Us zwischen Tuner und Verstärker entstehen. Das ist in der gleichen Größenordnung wir der Signalpegel, ich würde also ein Brummen bei annähernd voller Lautstärke hören. Was heißt das? Es heißt daß die Masseverbindung zwischen den Geräten sehr niederohmig sein muß, sonst wirken sich Störströme merklich auf das Nutzsignal aus. Es geht buchstäblich um Milliohm-Werte. Das ist nicht unbedingt die Stärke von (billigen) Cinch-Kabeln, und noch weniger von 3,5mm Klinkensteckern. Demgegenüber spielen die Übergangswiderstände des Innenleiters keine Rolle. Da die Störströme nicht über den Innenleiter fließen, kann da die Korrosion zuschlagen, ohne daß der Effekt merkbar wäre. Woher kommt die Störspannung zwischen dem Schutzleiter und der Antennenverkabelung? Nun, beide sind zwar geerdet, aber nicht am gleichen Ort. Außerdem bildet die Leitungen eine ziemlich umfängliche Schleife (Brummschleife), in der magnetische Wechselfelder eine Spannung induzieren. Meine gemessenen 450mV sind beileibe noch nicht das Maximum, das kann noch deutlich übler werden. [Beitrag von pelmazo am 28. Nov 2004, 12:09 bearbeitet] |
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Uwe_Mettmann
Inventar |
#29
erstellt: 28. Nov 2004, 15:37
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Hallo pelmazo, viel habe ich mich leider mit symmetrischen Audioanschlüssen noch nicht auseinander gesetzt und habe daher einfach die 600 Ohm übernommen, die zucker in einem Beitrag weiter oben erwähnt hat. Hallo Henry, Noch mal zur Frage, welchen Ausgangswiderstand man für die Berechnung des Filters wählt. Den Ausgangswiderstand benötigt man ja, um die Kondensatoren, die von den Audiopfaden gegen Masse gehen, zu berechnen. Der Ausgangswiderstand zusammen mit den Kondensatoren ergeben ein RC-Glied, welches einen Einfluss auf den Frequenzgang des Nutzsignals hat. Daher muss die Grenzfrequenz des RC-Gliedes so ausgelegt sein, dass sie nicht im Übertragungsbereich des Nutzsignals liegt, vielmehr sollte sie deutlich darüber liegen. Der tatsächliche Ausgangswiderstand ist nicht bekannt, weil man nicht weiß, welche Geräte angeschlossen werden. Man macht also nichts falsch, wenn man einfach einen Wert annimmt, bei dem sichergestellt ist, dass die Ausgangsimpedanz der tatsächlich angeschlossenen Geräte unterhalb dieses Wertes liegt, und somit die Grenzfrequenz außerhalb des NF-Übertragungsbereichs liegt.
Da ja für die Filterberechung ein Wert für den Ausgangswiderstand genommen werden soll, der oberhalb des tatsächlichen liegt und keine weiteren Infos über den maximalen Ausgangswiderstand bekannt sind, spricht nichts dagegen einfach 600 Ohm zu nehmen.. Hast Du nur vor symmetrische Quellen anzuschließen oder kann es auch sein, dass mal ein Gerät mit einem unsymmetrischen Ausgang an dem symmetrischen Eingang angeschlossen wird?. Diese haben einen höheren Ausgangswiderstand, dies musst Du dann berücksichtigen. Noch eine Anmerkung zur Filterberechnung. Für die Berechnung solch eines Filter müssen vorher ein paar Eckwerte festgelegt werden. (NF-Grenzfrequenz, untere HF-Grenzfrequenz, max. Ausgangswiderstand usw.) Diese Eckwerte lassen sich nicht immer exakt berechnen, so dass es sich oft um Erfahrungswerte handelt, also PI x Daumen. Zum Beispiel für die NF-Grenzfequenz habe ich dies so gemacht und sie einfach auf 100 kHz festgelegt. Die NF-Grenzfrequenz sollte so hoch sein, dass Pegel und die Phasenlage des Nutzsignals möglichst wenig beeinflusst wird. Das Nutzsignal geht bis 20 kHz, so dass bei 100 kHz Grenzfrequenz der Pegel kaum beeinflusst wird. Wie stark die Phasenlage beeinflusst wird lässt sich mit folgender Formel berechnen: Winkel = arctan (f / fg) = arctan (20kHz / 100kHz) = 11° Also hätte man auch sagen können, der Filter darf die Phasenlage des Übertragungssignals um ca. 10° verschieben und man wäre auch auf etwa 100 kHz gekommen. Aber auch die 10° sind eine pauschale Annahmen, bei der annimmt, dass sie nicht hörbar ist. Schaltungen lassen sich nicht immer exakt berechnen. Häufig ist es so, dass man ein paar Annahmen trifft, die Schaltungen damit durchrechnet und dann einfach schaut ob es passt. @pelmazo Toller Beitrag über die Brummschleifen. Sollte in den Thread Hilfe, ich hab Brummen! (aber ganz oben) im Wissensforum mit aufgenommen werden. Nur die Formel, die Du angegeben hast, verstehe ich nicht.
Beide Operationsverstärker sind Impedanzwandler mit der Verstärkung 1. Somit ist die Eingangspannung UA identisch mit der Spannung von RA gegen Masse des ersten Gehäuses und die Ausgangsspannung UE ist identisch mit dem Spannungsabfall an RE. Damit ergibt sich ein einfacher Spannungsteiler: Ue = Ua x RE / (RA+RX1+RC+RX2+RE+RG2+RS+RG1) oder umgestellt: Ua/Ue = (RA+RX1+RC+RX2+RE+RG2+RS+RG1) / RE Wo liegt mein Denkfehler? Lässt sich meine Gleichung in die von Dir umstellen? Hast Du noch die Verbindung der beiden Gehäuse über die Erde berücksichtigt? Gruß Uwe |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#30
erstellt: 28. Nov 2004, 16:19
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Der Denkfehler ist meiner. Deine Formel stimmt. Der Unterschied ist aber gering, weil RE groß gegenüber der Kette aus RG2+RS+RG1 ist. Die Schlußfolgerungen bleiben also dieselben. Wenn man ganz pingelig ist müßte man sogar noch zusätzliche Widerstände für den Weg zwischen Gehäuse am Cinch-Stecker und Gehäuse am Antennenanschluß (also letztlich den Widerstand in der Masseverkabelung des Tuners) berücksichtigen, und entsprechend dasselbe am Verstärker. Das heißt man müßte noch analysieren, welcher Anteil der gemeinsamen Impedanz zwischen den beiden Stromkreisen auf die Verkabelung innerhalb der Geräte zurückzuführen ist. In meinem Bild nehme ich an, daß die Geräte selbst ideal sind, das heißt der Anteil ist nahe Null, weil sich die Wege so nahe als möglich am Cinch-Stecker aufteilen sollten. Darauf kann man sich aber leider nicht verlassen. |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#31
erstellt: 28. Nov 2004, 19:13
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Ok, die Story geht weiter. Weiter oben habe ich die Brummschleifen-Situation bei unsymmetrischer Verkabelung beschrieben. Jetzt kommt der entsprechende Fall bei symmetrischer Verkabelung. Ich habe wieder ein Bildchen gemalt: http://img42.exs.cx/img42/1543/BrummschleifeSym.pngIch habe möglichst viel so gelassen, wie es beim unsymmetrischen Fall war, damit der Vergleich einfacher wird. Der Ausgang des Tuners ist impedanzsymmetrisch (siehe Erklärung ganz oben im Thread). Der Eingang des Verstärkers ist elektronisch symmetriert, also mit Differenzverstärker. Die Angabe A=1 im Verstärker soll heißen, daß die Differenzverstärkung 1 ist. Die Gleichtaktunterdrückung nehme ich als unendlich an. Der Differenzverstärker mißt also die über RE abfallende Spannung und stellt sie am Ausgang bezogen auf die Signalmasse des Verstärkers dar. Die Signalmasse wird als identisch mit der Gehäusemasse angenommen (siehe Kommentar in meinem letzten Beitrag). Die Widerstandswerte werden wie beim unsymmetrischen Fall angenommen, mit dem Unterschied daß jetzt (wie bei symmetrischer Übertragung üblich) der Ausgangswiderstand RA1 = RA2 = 50 Ohm beträgt und der Eingangswiderstand RE = 10 kOhm. Jetzt gilt bei Us = 0 (ohne Störsignal): Ua/Ue = (RA1+RX1+RC1+RX2+RE+RX4+RC2+RX3+RA2) / RE oder Ua/Ue = 1 + (RA1+RX1+RC1+RX2+RX4+RC2+RX3+RA2) / RE Wenn der Pegelverlust möglichst gering sein soll, dann muß also RE möglichst groß und die Summe in der Klammer möglichst klein werden. In unserem Beispiel beträgt RE 10 kOhm und die Summe in der Klammer ist 106 Ohm. Man sieht daß Kabel und Steckerwiderstände gegenüber dem Ausgangswiderstand des Tuners praktisch vernachlässigbar sind. Noch viel höher ist RE, und der Gesamtverlust liegt bei 1%. Falls jetzt das Störsignal Us dazukommt, fließt wieder wie beim unsymmetrischen Fall ein Strom durch RG1, RS und RG2. Über diese Widerstände, die zusammen 3 Ohm ergeben, fällt wieder 200mV ab. Es ergibt sich also eine Differenz zwischen den Massepotenzialen der beiden Geräte von 200mV. Für das übertragene Signal spielt das aber gar keine Rolle, denn in der obigen Formel für Ua/Ue tauchen die Widerstände RG1, RS und RG2 überhaupt nicht auf. Wir haben also keine gemeinsame Impedanz, also haben wir auch keine Kopplung. Wir haben also zwar eine Masseschleife, über die ein Störstrom fließt, aber mangels Kopplungsmechanismus verursacht das keine Störungen. Dabei sind die beiden Stromkreise für Nutz- und Störsignal nicht ganz getrennt: Das Tunergehäuse ist beiden gemeinsam. Wir haben das mal als ideal (widerstandslos) angenommen, in der Praxis müßte man da aber darauf achten daß keine gemeinsame Impedanz vorhanden ist, die eine Kopplung bewirken könnte. Das ist übrigens die Idee des Masse-Sternpunktes. Er stellt eine Möglichkeit dar, zwei oder mehr Stromkreise miteinander elektrisch so zu verbinden, daß keine gemeinsame Impedanz zwischen ihnen besteht, also kein gemeinsamer Weg, in dem sowohl der Strom des einen, als auch der des anderen Stromkreises fließt. Bei unserem symmetrischen Fall fällt nun auf, daß es nicht mehr auf möglichst niedrige Kabel- und Steckerwiderstände ankommt. Für die Signalübertragung zählen nur die Widerstände der Hot- und Cold-Verbindungen, und wenn die größer werden gibt's allenfalls einen minimalen Pegelverlust, aber keine zusätzlichen Störungen. Und bis der Pegelverlust merkbar wird, muß der Widerstand schon ganz schön hoch sein. Auch der Widerstand der Schirmung spielt keine große Rolle. Wenn er höher wird, dann steigt auch die Massedifferenz zwischen den Geräten. Solange sie nicht dazu führt, daß der Eingangsspannungsbereich des Differenzverstärkers überschritten wird ist das unerheblich. Elektronisch symmetrierte Eingänge tolerieren üblicherweise Massedifferenzen von einigen Volt. In extremen Situationen können solche Differenzen dann entstehen, wenn man keine Schirmverbindung hat (also wenn RS sehr hoch ist). Die Massedifferenz entspricht dann der Leerlaufspannung der Störsignalquelle (Uss). Aus diesem Grund ist es besser, wenn man den Schirm an beiden Seiten verbindet (das ist auch für HF-Störungen besser). Um dann immer noch Massedifferenzen von mehreren Volt zu bekommen müßte man es schon mit einer sehr niederohmigen (sprich starken) Störquelle zu tun haben. Wenn das der Fall ist sollte man sich mal überlegen, ob man der Störung nicht besser an der Quelle entgegentritt. Vielleicht ist da ja was an der Masseverkabelung im Haus faul. Geht das nicht, dann bleibt nur noch der Übertrager. Reale Differenzeingänge haben keine vollständige Gleichtaktunterdrückung. Das bedeutet, daß die Spannung zwischen dem Masseanschluß des Differenzverstärkers und dem Mittelpunkt von RE mit einer gewissen Abschwächung am Ausgang des Differenzverstärkers auftaucht. Wenn also z.B. der Differenzverstärker eine Gleichtaktunterdrückung von 40 dB hat (das entspricht 1:100), dann erscheinen aus einem Störsignal von 200mV wie in unserem Beispiel am Ausgang, also im Nutzsignal, 2mV. Das ist zwar um den Faktor 100 besser als beim unsymmetrischen Fall, aber oft noch nicht befriedigend. Es stellt sich daher die Frage: Wieviel ist genug? Da scheiden sich nun die Geister. Der Purist würde sagen: So viel wie möglich, Geld spielt keine Rolle. Differenzverstärker mit 90 dB Gleichtaktunterdrückung kann man als Chip kaufen, aber sie sind erheblich teurer als normale Operationsverstärker. Wenn man einen Differenzverstärker aus einem Operationsverstärker baut, dann hängt die Gleichtaktunterdrückung von der Genauigkeit der verwendeten Widerstände ab. Bei Standard-Widerständen mit 1% Toleranz ergibt sich etwas mehr als 40dB. Bei 0.1% schon mehr als 60dB, aber die Widerstände sind schon dramatisch teurer. Wenn man Übertrager verwendet sind auch weit über 100dB Gleichtaktunterdrückung möglich. Damit ist auch bei übelsten Störsignalen Ruhe. Aber die sind nochmal um Faktoren teurer als spezielle Differenzverstärker. Es ist also letztlich eine Geldfrage, und wie so oft geht der Aufwand exponenziell nach oben, also die ersten 90dB sind billiger als die letzten 10dB. Eine kombinierte Strategie funktioniert oft besser, als aus einem einzigen Parameter das Maximum herauszuholen. Je kleiner zum Beispiel der Schirmwiderstand ist, desto kleiner ist auch das Störsignal, und desto weniger wird die Gleichtaktunterdrückung des Differenzverstärkers strapaziert. Zusammengenommen entsteht so eine genügend hohe Störunterdrückung, ohne daß man extreme Anstrengungen unternehmen müßte. Für den HiFi-Bereich würde ich daher sagen, daß 40dB Gleichtaktunterdrückung in der Regel ausreichen müßten. Die lassen sich mit den billigsten Teilen realisieren. Wenn man das mit einer soliden Masseverbindung über den Kabelschirm kombiniert, dann werden auch verhältnismäßig starke Störsignale genug unterdrückt. So starke Störsignale wie in unserem Beispiel sollten sowieso durch ein Mantelstromfilter in der Antennenleitung unterbunden werden. So gewinnt man hier ein paar Zig-dB und dort ein paar Zig-dB, und schnell hat man genug Störfestigkeit zusammen, daß irgendwelche klanglichen Einflüsse nicht mehr hörbar sind. Bei professionellen Anlagen, z.B. für Konzerte, wird man höhere Gleichtaktunterdrückungen vorsehen, damit man mit stärkeren Störungen und längeren Kabeln fertig werden kann. |
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zucker
Inventar |
#32
erstellt: 28. Nov 2004, 19:16
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Hallo, ungeachtet der vielen Hausaufgaben die Ihr gestellt habt, ist heute die Vorstufe zum Einsatz gekommen. Im Normalbetrieb, also nur Pin 2 des XLR, ist natürlich ein geringeres Signal am Ausgang der Vorstufe, im symmetrischen Betrieb ist die volle Spannung vorhanden. Bei Kurzschluß von Pin 3 und 1 bei unsymmetrischen Eingang, ist wiederum die volle Ausgangsspannung vorhanden. Beim Brücken der beiden Eingänge sind 0V am Ausgang der Vorstufe zu sehen und auch nix am LS zu hören. Eine Problematik ist die Masseführung. Erstaunlicherweise gibt es durch die beiden Netzteile für die Vorstufen zwar keinen Brumm innerhalb des Gerätes, jedoch beim Anschluß beider XLR. Pin 1 ist dabei jeweils direkt auf das Gehäuse gelegt. Bei Weitergabe der Masse zur Vorstufe kann jedoch nur die Masse von einem XLR durchgeschlauft werden. Beim Anschluß der 2. Masse gibt es Störungen. Diese Störungen kann man nicht als Brummen bezeichnen, vielmehr ist es ein Knistern oder Röcheln. Möglicherweise kann die Massezuleitungen sogar ganz entfallen und von beiden XLR zusätzlich eine Masseleitung zum Sternpunkt führen. Dazu folgen noch Versuche. Ohne Signalquelle, bei voll aufegzogenem Mixer und voll aufgezogener Vorstufe ist nur ein sehr geringes Rauschen zu hören. Dabei spielt der Mixer, hinsichtlich symmetrisch / asymmetrisch keine Rolle.  Die Platinen sind je 32mm x 28mm groß und beinhalten auch das Poti. Die NF Leitungen zu den Hauptplatinen sind geschirmt und beidseitig an Masse. Den Impedanzwandler hab ich hinterher geschalten, weil ja noch ein OPV frei war. Ob man ihn braucht, weis ich nicht. Ach, dann hatte ich mir bei Conrad 2 Potis geholt, Spectrol, für je 4,00€, eins muß natürlich defekt sein. Der Schleifer hat keinen richtigen Kontakt zur Bahn.  So und nun will ich mir erstmal Eure Grafiken und Berechnungsgrundlagen ansehen. vielen Dank und viele Grüße |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#33
erstellt: 28. Nov 2004, 19:23
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Der klassische Fehler: Signalmasse an Pin 1. Da Pin 1 des XLR mit dem Gehäuse verbunden ist, und dieses irgendwo mit dem Massesternpunkt, und der Massesternpunkt wieder mit der Signalmasse auf der Platine, hast Du eine Schleife im Gerät. Du brauchst aber keine direkte Verbindung zwischen Pin 1 und der Signalmasse des Eingangs-Differenzverstärkers. Da kannst Du auftrennen. Der Fußpunkt von R4 wird mit der Signalmasse der nachfolgenden Schaltung verbunden, also Lautstärkepoti, Pufferverstärker, und was danach kommt. |
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zucker
Inventar |
#34
erstellt: 28. Nov 2004, 19:27
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Oky, schneid ich durch. |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#35
erstellt: 30. Nov 2004, 00:04
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Executive Summary Nachdem meine gesammelten Ausführungen zum Thema Symmetrisch/Unsymmetrisch im Ganzen etwas lang geraten sind (hat sich das überhaupt irgendwer durchgelesen? Womöglich sogar kapiert?) dachte ich mir ich produziere noch eine Zusammenfassung für Ungeduldige. Ich würde sie gern an den Anfang stellen, aber ich darf den Beitrag nicht mehr editieren. Symmetrisch und Unsymmetrisch sind zwei verschiedene Verkabelungstechniken für Audiosignale. Im HiFi-Bereich findet man vor allem die unsymmetrische Technik, weil sie billiger ist. In der professionellen Tontechnik findet man vor allem die symmetrische Technik, weil sie störsicherer ist. In den Hauptartikeln werden die Details der Techniken näher erklärt, und man kann erfahren warum die symmetrische Technik störsicherer ist als die unsymmetrische Technik. Das Hauptproblem der unsymmetrischen Technik ist daß sie sehr leicht zu Brummschleifen führen kann. In der symmetrischen Technik, falls sie korrekt angewandt wird, ist dieses Problem weitaus weniger ernst. Auch für andere Arten von Störungen ist die symmetrische Technik weniger empfindlich. Der Übergang zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Geräten ist ein schwieriges Thema, weil es viele verschiedene Fälle gibt, die ein einheitliches Vorgehen verhindern. Wer ein symmetrisches Gerät mit einem unsymmetrischen Gerät optimal verbinden will muß sich mit der Technik genauer auseinandersetzen. Die Hauptartikel bieten dazu Hilfestellung. |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#36
erstellt: 30. Nov 2004, 15:22
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Aus gegebenem Anlaß jetzt noch ein Artikelchen zum Thema Symmetrische Schaltungstechnik in Geräten: Das interessanteste Gerät in diesem Zusammenhang dürfte der Verstärker sein, darum wird das mein Beispiel sein. Ähnliche Betrachtungen lassen sich auch bei anderen Gerätearten anstellen. Zuerst scheint es mir sinnvoll, den am weitesten verbreiteten unsymmetrischen Verstärker kurz vorzustellen. Ich habe mal wieder ein Bildchen gemalt:  Wie man sieht, hat dieser Verstärker einen elektronisch symmetrischen Eingang. Danach geht es unsymmetrisch über ein Lautstärkepoti zum Endverstärker. Gezeigt ist auch, daß der Ausgang des Endverstärkers an die "positive" Lautsprecherklemme L+ geht, während die negative Lautsprecherklemme L- mit der Signalmasse verbunden ist. Die Signalmasse ist an einem (und nur einem) Punkt mit dem Gehäuse verbunden. Ich muß gleich dazusagen, daß der Endverstärker PA intern als Push-Pull-Verstärker oder als Single-Ended-Verstärker aufgebaut sein kann. Push-Pull-Verstärker haben auch eine gewisse Symmetrie im Aufbau. Daher kann hier leicht eine gewisse Verwirrung aufkommen, weil der Begriff "symmetrisch" in zwei verschiedenen Bedeutungen verwendet wird. Die Bedeutung, die ich hier verwende, ist unabhängig vom internen Aufbau von PA. Unsymmetrisch ist für mich PA deswegen, weil Ein- und Ausgang auf die gemeinsame Signalmasse bezogen sind. Die Frage, wie PA intern aufzubauen ist und wieviel Symmetrie man da braucht ist nochmal ein ganz anderes Thema. Wenn der Verstärker einen unsymmetrischen Eingang haben soll dann denkt man sich einfach den DA weg und gibt das Eingangssignal direkt auf das Lautstärkepoti R1. Im Unterschied dazu sieht ein voll symmetrischer Verstärker so aus:  Wir haben jetzt zwei Endverstärker, die jeder einen Lautsprecheranschluß bedienen. Der Differenzverstärker hat jetzt zwei Ausgänge, die invers zueinander arbeiten. Jeder dieser Ausgänge versorgt über ein Lautstärkepoti einen Endverstärker. Die Potis müssen natürlich simultan betätigt werden. Der Ref-Eingang des Differenzverstärkers legt den Bezugspunkt für seine Ausgänge fest. Das heißt wenn die Differenz an den Eingängen + und - Null ist, dann sind beide Ausgänge auf dem Potenzial, das durch Ref vorgegeben ist. In unserem Beispiel ist das die Signalmasse. Wie man sieht, hat man jetzt zwar eine durchgängig symmetrische Signalverarbeitung bis zum Lautsprecher, aber man hat auch fast den doppelten Aufwand dafür. Die wenigsten Entwickler von Verstärkern halten diesen Aufwand für gerechtfertigt, darum sind vollständig symmetrische Verstärker vergleichsweise selten. Die Anordnung entspricht übrigens der Situation, wenn man zwei Verstärker "brückt". Es folgt daraus, daß man einen voll symmetrischen Verstärker nicht nochmal brücken kann, weil er gewissermaßen schon intern gebrückt ist. Es mag scheinen als ob der Differenzverstärker am Eingang überflüssig wäre, da man ja schon ein symmetrisches Signal hat, das man direkt an die Lautstärkepotis geben könnte. Das wäre aber eine schlechte Idee, und zwar aus Gründen der Störunterdrückung. Der Differenzverstärker blockiert gleichphasige Störungen am Eingang. Seine Gleichtaktunterdrückung ist das Maß dafür, wie vollständig diese Unterdrückung wirkt. Siehe weiter oben im Thread für eine Erklärung für diesen Aspekt. Wäre der Differenzverstärker nicht vorhanden, so würden die Störungen von -PA und +PA verstärkt und sie würden sich (im Idealfall) erst im Lautsprecher aufheben, weil erst dort eine Differenzbildung stattfindet. Eine vollständige Aufhebung wird aber nur stattfinden, wenn die Verstärkung auf beiden Pfaden genau gleich ist. Jeder kleine Unterschied führt dazu, daß die Störung auf der einen Seite etwas mehr als auf der anderen Seite verstärkt wird, und im Lautsprecher ein Rest verbleibt. Technisch ausgedrückt muß jetzt der gesamte Verstärker eine gute Gleichtaktunterdrückung haben. Das ist erheblich schwieriger zu erreichen als wenn nur der Differenzverstärker am Eingang diese Eigenschaft zu haben braucht. Besonders problematisch sind die Potis. Normale Doppel-Potis haben so schlechte Gleichlaufwerte daß die Gleichtaktunterdrückung des Verstärkers schon aus diesem einen Grund miserabel wäre. Ein Differenzverstärker ist die bei weitem einfachste und günstigste Methode, um eine gute Gleichtaktunterdrückung zu erreichen. Ein Übertrager bewirkt das Gleiche, aber er ist wesentlich teurer. Entscheidend ist, daß man die Differenzbildung gleich am Eingang vornimmt, damit man die Störungen nicht durch den Rest der Schaltung schleppt. Wenn man die Störungen am Eingang unterdrückt hat, dann ist auch der Gleichlauf der beiden Pfade nicht mehr so kritisch, weil Unterschiede, so lange sie keine Verzerrungen verursachen, höchstens dazu führen, daß der Lautsprecher nicht genau symmetrisch um die Signalmasse der Verstärkers angesteuert wird, was aber unerheblich ist, da Lautsprecher massefrei sind. Man sieht deutlich, daß Die Frage der symmetrischen Signalübertragung von der Frage der symmetrischen Signalführung im Verstärker getrennt zu sehen ist. Das Argument warum symmetrische Übertragung sinnvoll ist ist beidesmal dasselbe, und beidesmal wird auch direkt am Eingang die Differenz gebildet, um Störungen draußen zu halten. Für die Störfestigkeit sind auch beidesmal die Eigenschaften des Differenzverstärkers maßgebend und nicht die der Endstufen dahinter. |
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zucker
Inventar |
#37
erstellt: 30. Nov 2004, 23:13
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Hallo pelmazo, hättest Du eventl. eine Schaltung für den, von Dir als DA genannten, OPV? Diese Sache ist genial und sollte versucht werden. Man hätte hierbei wohl die Möglichkeit, aus einer geringen Ub das Maximum, auch an Störsicherheit, herauszuholen. Ich hatte mir schonmal Gedanken über eine symmetrische Einspeisung gemacht, jedoch muß die Gegenkopplung ja auch irgenwo dran. Meine Überlegungen gingen in die Richtung, den negativen Zweig auf den invertierenden Eingang der Diffstufe der Eingangsstufe der Endstufe zu legen, also so, als wenn man brückt. Nur wird sich dabei sicherlich die Gegenkopplung und der 2. Eingang in die Quere kommen. Im Brückfall wird ja von der 1. Stufe das Signal vor dem LS abgenommen und über einen R auf den Invertierenden der 2. gegeben. Das wird so bei einer dirketen Ansteuerung nicht gehen, weil ja das Signal abgeschwächt wird. viele Grüße |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#38
erstellt: 01. Dez 2004, 00:01
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Im Prinzip kann man den Cold-Eingang an den negativen Eingang des Verstärkers legen, zusammen mit der Gegenkopplung. Der Leistungsverstärker ohne Gegenkopplung ist ja praktisch ein OpAmp, also können im Prinzip die gleichen Schaltungen zum Zuge kommen, einschließlich eines DiffAmp. In der Praxis wird es aber oft besser sein, eine extra Differenzstufe (mit IC-OpAmp) vorzuschalten, denn dann kann man die Eingangsimpedanz des Verstärkers unabhängig von der Impedanz der Gegenkopplung wählen. Eine Schaltung für den Differenzverstärker im unsymmetrisch aufgebauten Verstärker hast Du ja selber schon in diesem Thread gezeigt. Ich nehme darum an daß Du eine Schaltung für den DiffAmp mit symmetrischem Ausgang suchst, wie im zweiten Bild. Eine einfache Lösung wäre es, einfach eine Invertierung an den Ausgang des normalen DiffAmp zu hängen. Also so:  Eine elegantere Methode ist der SuperBal-Eingang:  Diese Schaltung hat den Vorteil, das sie einen Nachteil des normalen DiffAmp ausbügelt: Die Eingangsimpedanzen sind hier komplett symmetrisch, was sich positiv auf die Störsicherheit auswirkt. Der Pin 5 (an GND angeschlossen) ist übrigens der Ref-Eingang in meinem Bild weiter oben. Es sind wieder Prinzipschaltungen. Es fehlen Stromversorgung, Bauteile zur Bandbreitendefinition, Entstörbauteile etc., aber man erkennt so die Funktion besser. [Beitrag von pelmazo am 01. Dez 2004, 00:02 bearbeitet] |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#39
erstellt: 03. Dez 2004, 01:37
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So, jetzt noch zur Abrundung ein Artikelchen über Pegel bei symmetrischen/unsymmetrischen Verbindungen. Mit den Pegeln ist das so eine Sache: Es gibt mehrere verschiedene Arten, den Pegel anzugeben, diverse Standards und quasi-Standards, und Arten ihn zu messen. Wer aber die Angaben in Datenblättern verstehen und ggf. nachprüfen will, sollte sich da ein wenig einarbeiten. Pegel werden als Effektivwerte angegeben. Ein Effektivwert ist die Spannung eines Gleichstromsignals, welches an einem angeschlossenen Lastwiderstand den gleichen Effekt (sprich Wärmeentwicklung) hat wie das fragliche Audiosignal. Beispiel: Wenn ein Endverstärker einen Pegel von 2V am Ausgang produziert, dann wird ein angeschlossener 8 Ohm-Lautsprecher mit 0,5 Watt belastet (Formel: P = U²/R). Ob das Signal ein Sinussignal ist oder Rauschen oder irgendwas Anderes ist egal, man mittelt so über die Zeit daß der Effekt des Gleichstroms dabei herauskommt. Das bedeutet, daß der momentane Spannungswert durchaus höher sein kann als der Effektivwert. Im Fall eines Sinussignals ist es so daß der Spitzenwert um den Faktor Wurzel(2) über dem Effektivwert liegt. Ein 2V Audiosignal erreicht so Spitzenspannungen von 2,83V. Manchmal findet man die Angabe von positiver zu negativer Spitze, das ist dann nochmal doppelt so viel: 5,66V (auch geschrieben: 5,6Vp-p mit p = peak). Das Verhältnis zwischen Spitzenwert und Effektivwert heißt engl. Crestfactor. Ein Sinussignal hat also den Crestfactor Wurzel(2). Sprach- und Musiksignale haben viel größere Crestfaktoren, das heißt der Effektivwert des Signals ist nicht besonders hoch, aber es kommen hohe Spitzen vor. Wir haben gesehen daß man Pegel in Volt angeben kann. Das ist z.B. bei Endverstärkern für den Lautsprecherausgang sinnvoll. Noch öfter findet man hier eine Leistungsangabe, wozu aber der Lastwiderstand bekannt sein muß. Aus Leistung und Widerstand kommt man nach obiger Formel wieder auf die Spannung. Kleinere Pegel werden auch in mV (Millivolt) angegeben. So ist zum Beispiel der Nennpegel auf unsymmetrischen (Cinch) Anschlüssen üblicherweise auf 500mV festgelegt. Wir kommen gleich noch drauf was ein Nennpegel ist. Eine andere Methode zur Pegelangabe ist das Dezibel, eine in mancherlei Hinsicht praktischere Methode. Mehr dazu in diesem Thread: http://www.hifi-foru...orum_id=42&thread=20Das Dezibel ist ein relatives Maß, darum eignet es sich besonders zur Angabe von Pegelunterschieden. Man kann z.B. sagen ein Endverstärker hat eine Verstärkung von 35dB, damit bezeichnet man den Pegelunterschied zwischen Eingang und Ausgang. Das dB ist ein logarithmsiches Maß, so entspricht 20dB dem Zehnfachen, 40dB dem Hundertfachen, 60dB dem Tausendfachen, etc. Wenn man nicht Pegelunterschiede, sondern absolute Pegel in dB angeben will dann braucht man einen Referenzpunkt. Einige verschiedene Referenzpunkte haben sich allgemein bewährt, und damit man sie nicht lange dazuschreiben muß hängt man einen Codebuchstaben an. Beispiel: 0dbV sind 0dB relativ zu einem Pegel von 1V. Es folgt daraus z.B. daß 1mV = -60dBV sind. Die Angabe in dbV ist bei unsymmetrischen Verbindungen weit verbreitet. Der oben angegebene Nennpegel von 500mV entspricht etwa -6dBV. Ein anderer Referenzpunkt ist der Pegel, bei dem in einem Lastwiderstand von 600 Ohm eine Leistung von 1mW frei wird. Das ist eine etwas willkürliche Festlegung, die noch auf die Frühzeit des analogen Telefons zurückgeht und sich bis heute gehalten hat. Man kann leicht ausrechnen daß die Spannung hier ca. 775mV beträgt. Der Codebuchstaben dafür ist u, also gilt 0dBu = 775mV. Die Angabe in dBu hat sich vor allem in der professionellen Tontechnik etabliert. Da dort vor allem symmetrische Verbindungen verwendet werden, findet man sich in der Situation, daß man beim Übergang zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Verbindungen oft auch die Pegel in ein anderes Maßsystem umrechnen muß. Zum Glück ist die Umrechnung zwischen dBu und dBV noch recht einfach: Von dBV nach dBu wird 2,22 addiert, von dBu nach dBV wird 2,22 abgezogen. In digitalen Systemen ist noch ein dritter Referenzpunkt verbreitet: der Pegel eines digitalen Sinussignals mit maximaler Stärke wird mit 0dBFS bezeichnet (FS = Full Scale). Ein noch stärkeres Sinussignal könnte von der digitalen Zahlendarstellung nicht mehr ohne Verzerrungen (Begrenzung/Clipping) abgebildet werden. Da 0dBFS schon das Maximum darstellt kommen in der Praxis nur negative Werte vor. (Theoretisch können allerdings auch positive Werte vorkommen, wenn der Crestfactor des Signals unter dem eines Sinussignals liegt, das spielt aber in der Praxis keine Rolle.) dBV und dBu sind also Angaben für Spannungswerte und gelten für analoge Audiosignale. dBFS ist eine Angabe für Zahlenwerte und gilt für digitale Audiosignale. Da es hier um analoges Audio geht soll uns dBFS nicht weiter interessieren. Es sei nur kurz erwähnt daß bei der A/D-Wandlung und der D/A-Wandlung das Verhältnis zwischen dBFS und dem analogen Pegel (wie immer er angegeben wird) festgelegt wird, dieses Verhältnis ist also ein wichtiges technisches Datum so eines Wandlers. Bei symmetrischen Verbindungen wie sie in der professionellen Tontechnik üblich sind können viel höhere Pegel als bei unsymmetrischen HiFi-Verbindungen auftreten. Der Pegel wird dabei zwischen Hot und Cold gemessen und nicht zwischen Hot und Masse. Wenn das Signal vollsymmetrisch ist (von einem vollsymmetrischen Ausgang stammt) dann ist der so gemessene Pegel doppelt so hoch wie von Hot nach Masse. Viele professionelle Geräte können Pegel von mehr als 20dBu erzeugen (20dBu = 7,75V). Es ist sehr leicht möglich daß dadurch HiFi-Geräte übersteuert werden, wenn ihr unsymmetrischer Ausgang von einem symmetrischen Ausgang gespeist wird. Umgekehrt reicht der Pegel eines unsymmetrischen Geräts nicht um ein professionelles Gerät voll auszusteuern. Das ist also ein weiteres Problem wenn man unsymmetrisch mit symmetrisch verbindet: Die Pegel sind verschieden und müssen womöglich angepaßt werden. Der technisch maximal mögliche Pegel ist natürlich kein geeigneter "Normalpegel" für die Audioinformation, weil dann überhaupt keine Reserve für lautere Stellen bestehen würde. Leider gibt es diverse verschiedene Ansichten und Normen darüber, wo dieser Normalpegel zu liegen hat und wieviel Reserve darüber gebraucht wird. Man hat z.B beobachtet das bei Sprache und diversen Typen von Musik der Crestfaktor zum Teil über 10 liegen kann. Wenn man also vermeiden will, daß die Signalspitzen solcher Audiosignale abgeschnitten werden, dann muß man genug Reserve vorsehen. Für professionelle Systeme hat man bei z.B. DIN normiert, daß der Nennpegel bei 6dBu liegt. Eine symmetrische Verbindung, die zu 20dBu fähig ist, hat also 14dB Reserve (Headroom). Das entspricht einem Faktor 5. Es wäre also möglich ein Signal mit Nennstärke und Crestfaktor von 7,1 ohne Verzerrungen zu übertragen (an die Wurzel(2) denken!). Entsprechend hat man in der Anfangszeit der CD einen ähnlichen Headroom vorgesehen, so daß bei ungefähr -14dBFS der HiFi-Nennpegel von 500mV entsteht. Eine CD die so aufgenommen ist, daß der normale Pegel bei etwa -14dBFS liegt würde also in etwa mit "Standardlautstärke" wiedergegeben. Die 14dB sind die Reserve für Signalspitzen. Der von einem CD-Spieler wiedergebbare Maximalpegel liegt also ungefähr bei 8dBV oder 2,4V. Die meisten werden schon gemerkt haben daß CDs in der Regel lauter sind als eine Cassettenaufnahme oder der Tuner. Das liegt daran daß die gut gemeinte Reserve der CD "zusammengebrochen" ist. Kaum eine CD ist mehr so aufgenommen, daß so viel Reserve bleibt. Die Industrie hat herausgefunden daß lautere CDs sich besser verkaufen, ebenso wie sich lautere Radiosender besser durchsetzen können. Also opfert man die Reserve und macht die CD so laut wie möglich. Signalspitzen können dann natürlich nicht mehr unverfälscht wiedergegeben werden, aber das wird in Kauf genommen. Musikliebhabern rollen sich zwar angesichts solcher Praktiken die Zehennägel hoch, aber die Marktmacht regiert. Solange die Kundschaft laute CDs lieber kauft als gut klingende wird sich nichts daran ändern. Sogar neu gemasterte Ausgaben alter Platten werden oft lauter produziert, so daß die unter Verwendung "schlechterer" (weniger moderner) Ausrüstung zustande gekommene Originalversion besser klingt als die Neuausgabe. Aber ich drifte Off-Topic... |
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zucker
Inventar |
#40
erstellt: 21. Jan 2005, 16:57
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Hallo pelmazo, ich hab den Superbal-eing. aufgebaut. Alle R sind zur Probe mit 47k eingesetzt. Zusätzlich ist ein 27p von Masse an den Knotenpunkt R3, R4 und + des OPV1 gelötet sowie je ein 2,2µ vor den R1 / R3 zur Quelle. Das Signal kommt korrekt Phasenversetzt an den Ausgängen an und ist von 1Hz bis 220Khz gleich groß. Danach fällt es beidseitig gleichmäßig ab. Bei 1Khz und 5Khz ist kein Klirr zu messen. Das Problem: Im Rechteck ist beim Übergang der Flanke (die senkrecht ist) in die Waagerechte am Anfang der Waagerechten ein Schwingen zu sehen, daß ca. 8mal exponential nachschwingt und auch gleichmäßig auf beiden Seiten ist. Der Sinus ist sauber. Was kann das sein? viele Grüße |
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Joe_Brösel
Hat sich gelöscht |
#41
erstellt: 21. Jan 2005, 17:53
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Hi, das klingt einfach nach einem normalen Rechteck, das über einen, nach oben in der Frequenz beschränkten, Verstärker geht und einem Schwingkreis. [Beitrag von Joe_Brösel am 21. Jan 2005, 17:56 bearbeitet] |
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zucker
Inventar |
#42
erstellt: 21. Jan 2005, 18:07
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Hallo Rainer, nix Verstärker - es ist alleine das untere Schaltbild von pelmazo im darüberstehenden Beitrag. Eine Endstufe soll erst noch dran. Ich mach ein Oszibild, das ist besser. |
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zucker
Inventar |
#43
erstellt: 21. Jan 2005, 18:26
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Die Spur ist ganz dünn, die Verzerrungen hier sind vom fotografieren. 195Khz 195Khz 25Khz Ub 2 x 15V stabil. Obere Kurve der + Ausgang, untere Kurve der - Ausgang. Beide DiV / Teiler gleich. |
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Joe_Brösel
Hat sich gelöscht |
#44
erstellt: 21. Jan 2005, 21:46
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Hi, kann es am Tastkopf liegen. Wie sieht das Signal aus, wenn du das Rechteck direkt in den Oszi gibst? |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#45
erstellt: 22. Jan 2005, 01:00
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Das ist wohl Überschwingen wegen zu wenig Phasenreserve. Die Last ist vermutlich etwas kapazitiv. Kleine Kondensatoren parallel zu R2/R4/R5 sollten helfen. |
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zucker
Inventar |
#46
erstellt: 22. Jan 2005, 12:48
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Hallo, Die Tastköpfe sind ok. je 1 10p über R2 und R4 bringt etwas. Allerdings wird es über 130Khz nix mehr. Dazu müssen bestimmt diese R neu gestaltet werden und die anderen R sich dann danach berechnen lassen. Im Moment sind alle mit 47K bewertet, ohne Berechnung usw., nur zum Test. Rein rechnerisch müßte die Dämpfung bei 47K und 10p erst ab 330KHz beginnen, sie fängt hier aber schon ab 130Khz an. Ein C über R5 geht nicht, weil sich dann die negative Kurve verzögert und auch eher begrenzt. Da an jeden Signalzweig eine Endstufe soll, gibt das bestimmt eine Elektronenverknautschung am gebrückten Lastwiderstand.  Eine Laständerung bringt eigentlich gar nichts. Ab 100R gegen Masse am Ausgang flachen die Schwingungen leicht ab aber es ist nicht die Welt. Zudem dürfte es auch ein bisschen niedrig sein, weil ja dann immerhin fast 150mA fließen. Es sind jetzt auch nur je ein rein Ohmscher 10K als Last angehangen. Andersrum - ob es egal ist, wenn das Rechtecksignal ohne die C so aussieht? Der Sinus ist gleichmäßig. Ohne zusätzliche C sind beide Signale astrein in der 180° Deckung und im Sinus. |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#47
erstellt: 22. Jan 2005, 13:21
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Die Dämpfung beträgt rechnerisch 3dB bei 330kHz, den beginnenden Effekt sieht man aber schon vorher. Die Widerstandswerte werden sich nach der gewünschten Eingangsimpedanz und der gewünschten Verstärkung bemessen, da wirst Du kaum die Freiheit haben die Du wünschst.
Das Negativsignal wird ja beim Superbal zurück in den Eingang summiert, wodurch die Auswirkungen auf beide Phasen gehen. Es sollte aber schon so sein daß die Bandbreite des Superbal-Eingangs wesentlich größer als die der Endstufe ist.
So war das nicht gemeint. Eine kapazitive Last verringert üblicherweise die Phasenreserve eines Verstärkers (egal ob OpAmp oder Endverstärker) und führt daher zu stärkerem Überschwingen oder gar zur Eigenschwingung. Gegenmaßnahmen sind stärkere Kompensation (wodurch die Bandbreite sinkt) oder eine Entkopplung des Ausgangs von der kapazitiven Last. Letzteres kann durch einen Widerstand in Serie mit dem Ausgang geschehen. Dadurch steigt natürlich der Ausgangswiderstand, also geht man einen Kompromiß ein. In Deinem Fall treibt der Ausgang des SuperBal ja eine bekannte Lastimpedanz in Form des Endverstärkers. Wenn die z.B. 10k betragen sollte, dann werden 100 Ohm Serienwiderstand einen unbedeutenden Pegelverlust von 1% zur Folge haben. Etwas in der Art würde ich also probieren.
Ein deutliches Überschwingen bei Rechtecken sollte es nicht geben. Aber es hat auch Sinn, die Bandbreite am Eingang des Superbal zu begrenzen, z.B. durch einen einfachen RC-Tiefpaß. |
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zucker
Inventar |
#48
erstellt: 23. Jan 2005, 15:17
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Hallo, R1/R3 = 47K, R2/R4 = 100K, R5 Cermet 50K, R6 47K Knotenpunkt R3, R4, + des OPV1: ein 39p gegen Masse, Eingang: 2,2µ in Serie und je Zweig 47K /100p in parallel gegen Masse Ausgang: je 200R in Serie und danach 10K auf Masse. Das Rechteck wird deutlich besser, die Phasenlage ist absolut gleich und mit dem Cermet bekommt man Punktgenau die Symmetrie hin. Fog ca. 150Khz, danach ist die Spannung abfallend. OPV NE 5532 Ub 2 x 15V, stabil Ich denke, zur Weiterverarbeitung bleibt es erstmal so.  [Beitrag von zucker am 23. Jan 2005, 15:55 bearbeitet] |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#49
erstellt: 23. Jan 2005, 18:55
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Der gefällt mir nicht, darunter dürfte die Gleichtaktunterdrückung leiden. |
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zucker
Inventar |
#50
erstellt: 24. Jan 2005, 07:33
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Hallo pelmazo, das ist leider wahr, hab ich schon bemerkt. Der C muß aber hin, sonst ist das Signal nicht unter Kontrolle zu bringen. Wenn er wegbleibt und dafür über R2 und R4 ein 10p kommt, geht es zwar auch, es bleibt aber ab etwa 50Khz kein Rechteck mehr. Der Sinus stimmt zwar aber das Rechteck wird bei dieser Freq und weiter höher zum Dreieck. Also einen Kompromiss wird man eingehen müssen. Dazu kommt aber noch ein anderes Problem, das ich noch nicht bedachte. Die Signale gehen weiter zu je einer Endstufe. Pegelreglung dürfte mit einem Tandempoti nicht gehen, weil der Gleichlauf mit Sicherheit nicht gegeben ist. Da muß ich nochmal drüber nachdenken. Das Signal müßte erst vom Balanceeingang auf einen OPV mit Pegelreglung und dann wieder symmetriert werden. Ursprünglich sollte die Abschlusswiderstände von je 10K als Tandempoti ausgelegt werden. viele Grüße |
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pelmazo
Hat sich gelöscht |
#51
erstellt: 24. Jan 2005, 11:08
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Ich finde das gar nicht so schlecht. Besser als die Gleichtaktunterdrückung aufzugeben ist es allemal. Es ist klar das eine Bandbreitenbegrenzung die Rechteckflanken abflacht. Und wenn bis 50kHz die Rechtecke noch recht sauber durchkommen dann heißt das Deine Schaltung hat wahrscheinlich über 200kHz Bandbreite. In dem Bereich senden schon Langwellensender. Wo ist also das Problem? Wieviel Bandbreite willst Du denn?
Gleichlaufprobleme im Tandempoti führen zu einer unterschiedlichen Verstärkung der beiden Endstufen, was dazu führt daß der Lautsprecher nicht genau symmetrisch ausgesteuert wird. Verzerrungen sollten dadurch nicht entstehen, der Lautsprecher ist schließlich erdfrei. Ich würde daher davon ausgehen daß dadurch kein Problem entsteht, solange der Gleichlauffehler nicht zu kraß wird. |
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#1
erstellt: 17. Nov 2004, 
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