basics signalfluss grundlagen

ESSENTIALS

Kabelverbindungen

Professionelle Pulte wie dieses PreSonus

StudioLive 16.4.2 sind fast nur mit symmet-

rischen Outs bestückt. Für unsymmetrische

Geräte bietet es auch Cinch-Buchsen.

Die unsymmetrische

Signalübertragung

Diese, sehr einfache Signalübertragung

hat zwei Anschlüsse (Pole): Signal und

Masse. Der Signalanschluss führt hierbei das

Signalpotenzial, wel-

ches sich abhängig

von der Wellenform

des Audiomaterials

ändert. Der Masse-

anschluss führt ein festes Potenzial von 0Volt,

welches sich (im Idealfall) nicht ändert. Die

Signalspannung ist der Unterschied zwi-

schen dem Signal und dem Massepotenzial.

Das Signalpotenzial wird durch einen

Ausgangswiderstand im Gerät künstlich et-

was geschwächt, damit ein Kurzschluss am

Ausgang das Gerät nicht zerstören kann. Dies

hat aber auch den Nachteil zur Folge, dass

sich das Signalpotenzial leichter durch externe

Einstreuungen stören lässt. Das Massepotenzial

hingegen ist ein sehr stabiles Potenzial und

lässt sich nicht leicht stören.

Da die Signalspannung (die wir am Ende

zu hören bekommen) der Unterschied

zwischen Signal- und Massepotenzial ist,

werden Störungen ebenfalls leicht hörbar.

Das Signalpotenzial ist leichter zu

stören als das Massepotenzial.

Übertragung einer Spannung jedoch nur zwei

Anschlüsse erforderlich sind, ist eigentlich ein

Anschluss zu viel da. Dies ist die Masse, die tat-

sächlich nicht für die Signalübertragung erforder-

lich ist. Doch dazu gleich mehr. Die Anschlüsse

Hot und Cold führen die Signalpotenziale. Bei

einer echten symmetrischen Signalübertragung

befindet sich auf Hot das halbe Signalpotenzial

und auf Cold das invertierte (phasengedrehte)

halbe Signalpotenzial. Der Unterschied zwi-

schen Hot und Cold ist dann wiederum

die Signalspannung – also das zu hörende

Audiosignal. Wichtig ist die Tatsache, dass

auf Hot und auf Cold nur jeweils das halbe

Signalpotenzial anliegt und nicht, wie bei der

unsymmetrischen Signalübertragung, das gan-

ze. Diese Tatsache führt zum berüchtigten 6-

dB-Pegelverlust-Problem bei falschen Adaptern

zwischen unsymmetrisch und symmetrisch

(dazu später noch mehr).

Bei einem trafosymmetrischen Ausgang

liegt zwischen Hot und Cold ebenfalls die

Ausgangsspannung an.

Diese hat jedoch kei-

Die CleanBox

von ART vermittelt

zwischen symmet-

rischer und unsymmetrischer

Signalführung und bietet dabei sogar

eine regelbare Pegelanpassung.

recmag

tipp

Quick & Dirty

Möchte man ohne Schaltbild und

Datenblatt herausfinden, ob ein sym-

metrischer Ausgang echt symmetrisch

oder pseudosymmetrisch ist, so steckt

man einfach einen Kopfhörer in die-

sen Ausgang. Hört man auf beiden

Seiten ein Signal, so ist der Ausgang

echt symmetrisch, ist nur links was zu

hören, so ist er pseudosymmetrisch.

Achtung: auch bei unsymmetrischen

Ausgängen hört man nur links etwas!

Die symmetrische

Signalübertragung:

Bei der teureren und aufwändigeren, sym-

metrischen Signalübertragung findet man

drei Anschlüsse: Hot, Cold und Masse. Da zur

recording magazin 6/09

Dies liegt daran, dass sich die Störungen

eben hauptsächlich auf das Signalpotenzial,

nicht jedoch auf die Masse auswirken.

Unsymmetrische Signalverbindungen sind

daher von Nachteil, wenn es um länge-

re Verbindungen geht, denn da haben die

Störungen mehr „Angriffsstrecke“. Auch im

Einflussbereich starker elektrischer oder ma-

gnetischer Störfelder werden schon bei kurzen

Signalverbindungen Störungen stark hörbar.

nerlei Bezug zum Massepotenzial, sondern ist

galvanisch getrennt. Bei einer elektronischen

Symmetrierung kann zwischen Hot und Masse

die halbe Signalspannung und zwischen Cold

und Masse die invertierte halbe Signalspannung

gemessen werden. Der eigentliche Gag bei der

symmetrischen Signalübertragung sind jedoch

die identischen Ausgangswiderstände auf Hot

und auf Cold. Dadurch lassen sich Hot und

Cold gleich gut stören. Das klingt zunächst

wenig vorteilhaft, ist in Wirklichkeit aber ganz

entscheidend. Wenn die Störungen durch elek-

trische und magnetische Störfelder gleich stark

auf Hot und Cold auftreten, dann sind sie nicht

hörbar, da die Signalspannung der Unterschied

zwischen Hot und Cold (also Hot-Cold) ist und

somit die Störungen auf Hot und auf Cold sich

gegenseitig aufheben, wie euch auch unser

kleiner RecMag-Wissen-Kasten dazu zeigt.

Die Masse dient bei symmetrischen Ver-

bindungen nicht der Signalübertragung und

müsste eigentlich gar nicht angeschlossen

werden.

Sie ist lediglich ein stabiles Potenzial,

an das die Abschirmung des Kabels ange-

schlossen wird. In einer elektrisch „ruhigen“

Studioumgebung wird die Masse bei symmet-

rischen Verbindungen in der Regel nur an der

Patchbay angeschlossen und beim Outboard-

Equipment weggelassen. Dadurch vermei-

det man mögliche Brummschleifen. Geht es

recmag

wissen

Adapterlösungen gibt es für

(fast) alles: Auf dass alle

Signale stets gut ankommen!

Ohne Störungen: Signalspannung =

Hot - Cold

Mit Störungen: Signalspannung = (Hot

+ Störung) - (Cold + Störung),

Quick & Dirty

jedoch darum, Störungen abzuschirmen, so

muss die Masse auf beiden Seiten eines sym-

metrischen Kabels angeschlossen werden.

Dann gibt es noch den Sonderfall pseu-

dosymmetrischer oder quasisymmetrischer

Ausgang.

Aus Kostengründen – und weil es

seitens der Störunterdrückung genauso gut

funktioniert, wie ein echter symmetrischer

Ausgang – baut man neuerdings immer

mehr pseudosymmetrische Ausgänge in die

Geräte ein. Bei diesen Ausgängen liegt an

Hot das volle Signalpotenzial an, auf Cold ist

das Massepotenzial und Masse ist Masse.

dies ergibt: Signalspannung = Hot +

Störung - Cold - Störung, und somit:

Signalspannung = Hot - Cold

Wie man sieht, werden identische

Störungen vollständig heraus gerech-

net und erscheinen daher nicht mehr

im Signal.

ESSENTIALS

Kabelverbindungen

Elektrotechnischer

Glossar

Die folgenden Fachausdrücke sind nötig, um zu

beschreiben, wann, wie und warum elektrische

Signale durch Kabel fließen.

Potenzial:

Ein Potenzial ist eine Ladungsmenge, die

an einem bestimmten Anschluss vorhanden ist.

Spannung:

Spannung ist der Unterschied zwischen

zwei Potenzialen. Hierbei ist immer zu beachten,

dass auch scheinbar „stabile“ Potenziale, wie die

Masse, Schwankungen aufweisen können, die sich

dann in der Spannung störend bemerkbar machen.

Magnetisches Störfeld:

Magnetische Störfelder

Symmetrischer Stecker: So wie hier

bei XLR gibt es drei Kontakte, die auf

der Rückseite natürlich auch jeweils

mit dem Kabel verlötet sind.

entstehen durch wechselnde Magnetfelder. Diese

sind ein „Abfallprodukt“ von stromdurchflossenen

Leitern, wie zum Beispiel Netzkabeln. Netzkabel

sollten daher nicht zu sehr in der Nähe von

Audiokabeln verlegt werden. Ein Mindestabstand

von 10cm ist jedoch in Ordnung.

Elektrisches Störfeld:

Elektrische Störfelder ent-

stehen immer zwischen zwei verschiedenen elek-

trischen Potenzialen. In der Praxis sind wir ständig

von elektrischen Störfeldern umgeben und fangen

diese wie eine Antenne ein. Daher brummt es auch,

wenn wir einen offenen Audioeingang mit dem

Finger berühren. Um möglichst wenig elektrische

Felder zu bekommen, benötigt man eine sehr

überlegte Stromkabelführung. Am besten man

verlegt sie nur in einem einzigen Kabelkanal und

nicht in Decken oder Wänden. Letzteres ist jedoch

in Wohnungen und Wohnhäusern ein Ding der

Unmöglichkeit.

Masse:

Die Masse ist ein stabiles Potenzial, das

Somit ist zwischen Hot und Cold wieder die

komplette zu übertragende Signalspannung.

Die Besonderheit liegt darin, dass sowohl Hot

als auch Cold durch identische Widerstände

genauso instabil sind und sich Störungen

deshalb wiederum gleich stark auf Hot und

Cold auswirken. Cold führt also ein „instabiles

Massepotenzial“. Der einzige Nachteil besteht

darin, dass kein invertiertes (phasengedrehtes)

Signal übertragen wird, welches jedoch ohne-

hin in der Praxis kaum benötigt wird.

Bei Verwendung als Insert-Send-Return-Kabel:

Shield-Masse, Ring-Receive, Tip-Send

Leider gibt es keine wirkliche Norm für Insert-

Kabel, so dass auch Send und Return ver-

tauscht sein können.

Multipinstecker:

Diese gibt es leider in

ganz unterschiedlichen Ausführungen. Hier

lohnt sich der Blick ins Datenblatt, da kei-

ne wirkliche Norm existiert. Oft sind auch

Ein- und Ausgänge zusammen auf einen

Multipinstecker gelegt.

Steckerbelegungen

Im Folgenden lest ihr, wo

bei welchen Steckern oder

Buchsen welches Signal

oder Potenzial anliegt.

Der Witz sind gleiche Ausgangs-

widerstände für Hot und Cold.

Adapter zwischen unsymmetrisch

und symmetrisch

Die Belegung eines solchen Adapters (egal

in welche Richtung) wird verständlich,

Unsymmetrische Ein- und Ausgänge:

In die-

auch mit 0 V gleichgesetzt wird. Sie besteht in der

Praxis aus viel Metall, also breiten Leiterbahnen,

Blechkäfigen und Metallgehäusen. Durch diese

Maßnahmen wird die Masse relativ störunanfällig.

Achtung: Masse ist nicht gleich Erde!

Abschirmung:

Ein Kupfergeflecht oder eine Alufolie,

Galvanische Trennung:

Keine elektrische Verbindung

vorhanden.

Bei diesem unsymmetrischen Cinch-

Stecker sind mit dem Kabel zwei

Kontakte beschaltet: Einmal Signal

und einmal der Masseschirm.

recording magazin 6/09

die sich um den/die Signalleiter herum befindet und

mit Masse verbunden ist. Die Abschirmung ist in

der Lage elektrische Störfelder weitestgehend abzu-

schirmen. Für magnetische Störfelder ist sie jedoch

wirkungslos.

sem Fall gibt es nur zwei Anschlüsse – Masse

ist in der Regel der größere.

Cinch: Innen-Signal, Außen-Masse

Mono-Klinke: Tip-Signal, Shield-Masse

Für eine funktionierende Übertragung müssen

immer Masse und Signal angeschlossen sein.

Symmetrische Ein- und Ausgänge:

Hier gibt

es drei Anschlüsse, Masse muss nicht unbe-

dingt verbunden sein und könnte frei bleiben.

Die wichtigsten Anschlussbelegungen lauten:

XLR: 1-Masse, 2-Hot, 3-Cold

Stereo-Klinke (egal welche Größe): Shield-

Masse, Ring-Cold, Tip-Hot

Stereo-Klinkenstecker:

Sie können neben

der symmetrischen Signalübertragung auch für

Stereosignale verwendet werden. Dann sind

sie allerdings immer unsymmetrisch belegt:

Shield-Masse, Ring-Rechts, Tip-Links

Sollte es zu Brummstörungen kommen,

Somit gilt:

empfiehlt sich folgendes:

Variante 2:

Unsymmetrisch auf Symmetrisch

Signal

<---->

Hot

Masse

<---->

Cold

Masse

-> frei lassen!

Der nächste Adapter stellt eine falsche

Lösung dar.

Sie wird hier nur erwähnt, um

Die Steckerbelegung bei XLR

kann man an den kleinen aufge-

prägten Nummern erkennen:

1 = Masse, 2 = Hot, 3 = Cold

euch davor zu warnen, da solche Adapter lei-

der immer wieder anzutreffen sind. Mit ihnen

kann die Übertragung möglicherweise funk-

tionieren, jedoch mit 6 dB Pegelverlust oder

mehr. Von der folgenden Variante wird also

ausdrücklich abgeraten!

Falsche Variante:

• Symmetrischer Ausgang auf symmetrischer

Eingang: Stereo-Klinkenkabel verwenden.

• Unsymmetrischer Ausgang auf symmetri-

scher Eingang: Mono-Klinkenkabel verwen-

den.

• Symmetrischer Ausgang auf unsymmetri-

scher Eingang: Mono-Klinkenkabel verwen-

den.

• Unsymmetrischer Ausgang auf unsymmetri-

scher Eingang: Mono-Klinkenkabel verwen-

den.

Die Verbindung

zwischen einem un-

wenn man sich die Potenziale der verschie-

denen Übertragungsarten ansieht: Das

Signalpotenzial (unsymm.) muss mit dem

Hot-Potenzial (symm.) verbunden werden.

Das Massepotenzial (unsymm.) muss mit

dem Cold-Potenzial (symm.) verbunden wer-

den. Die Masse auf der symmetrischen Seite

kann (muss aber nicht!) mit der Masse der

unsymmetrischen Seite verbunden werden.

Variante 1:

Unsymmetrisch/Symmetrisch

Signal

<---->

Hot

Cold frei gelassen

Masse

<---->

Masse

Sowohl Adaptervariante 1 wie auch 2

kann man sich leicht selber löten.

Oft ist dies

Unsymmetrisch auf Symmetrisch

Signal

<----> Hot

Masse

<----> Cold und Masse

jedoch gar nicht erforderlich. Da Line-Ein- und

Ausgänge in der Regel über Klinkenbuchsen re-

alisiert werden, ist ein einfaches Klinkenkabel

bereits ein korrekter Adapter. Dazu muss

man sich nur einen Mono-Klinkenstecker

neben einem Stereo-Klinkenstecker anschau-

en: Beim Mono-Klinkenstecker ist Cold und

Masse verbunden.

symmetrischen und einem symmetrischen

Gerät (egal in welcher Richtung) mit einem

Stereo-Klinkenkabel ist dagegen unbedingt

zu vermeiden. Damit hättet ihr euch nämlich

einen falschen Adapter gebaut und bräuchtet

euch über das Nichtfunktionieren oder über

Pegelverluste nicht zu wundern. Da ihr mit

diesem Artikel nun aber ohnehin mit allen

Signalwassern gewaschen seid, steht dem

fröhlichen und dabei allzeit richtigen Stecken

und Verkabeln eures Studio-Equipments ja

nun nichts mehr im Wege.

Der Autor

Andreas

Friesecke

Audio Engineer und Fachbuchautor.

Als Dozent unterrichtet er an der

SAE München u. a. Pegelrechnen,

Filmton und Lautsprechertechnik.