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Für Einsteiger:
Brummschleifen:Verstehen und vermeiden
Brummen im Lautsprecher entsteht durch ungewollte Masseschleifen. Dabei handelt es sich meist um 50-Hz-Netzbrummen. Wie es entsteht und man es verhindert, lesen Sie hier.
<- Bild 1: Lautsprecherbrummen durch Masseschleife.
Fließt durch einen elektrischen Leiter – z.B. ein Kabel - ein Wechselstrom, entsteht ein elektromagnetisches Feld. Dieses verlässt das Kabel, sodass man es außerhalb nachweisen kann. Der elektrische Leiter stellt damit eine Antenne dar, die nicht nur senden, sondern auch empfangen kann. Die Hausinstallation, Netzteile und weitere Geräte benötigen viel Strom. Das sind kräftige Störquellen, deren elektromagnetische Felder – beispielsweise in Form der Netzfrequenz von 50 Hz auf andere elektrische Leiter einwirken können. Erkenntnis: Ein elektrischer Leiter ist sowohl eine Sende-, als auch eine Empfangsantenne.
Betrachten wir einen elektrischen Leiter z.B. zwischen PC und Funkgerät oder Mikrofon und Transceiver, führen diese nur geringen Spannungspegel. Allgemein ausgedrückt, arbeiten Audiosignale mit geringen Spannungspegeln gemessen relativ zur Netzspannung. Sind elektrische Leiter als großflächige Schleife ausgelegt oder ist ein Audiokabel bei Betrieb aufgerollt, stellen sie besonders gute Antennen dar.
Um elektrische Signale beispielsweise zwischen einem Radio und einem externen Lautsprecher zu übertragen, benötigt man einen Hin- und einen Rückleiter zwischen Signalquelle und Signalempfänger. Aus Sicht des Empfängers sind beiden Leitungen eine Schleife. Die Fläche der Schleife wächst mit der Länge des Kabels. Damit ist klar: Eine Signalverbindung ist eine Leiterschleife und damit eine potentielle Empfangsantenne (Bild 2). Um ungewollte Beeinträchtigungen des zu übertragenen Signals zu vermeiden, sollte man ein Signalkabel so auslegen, dass es eine möglichst schlechte Antenne ist – folglich die Schleifenfläche möglichst gering ist.
Bringt man Hin- und Rückleiter möglichst nah beieinander (z.B. ein Lautsprecherkabel), hält man die Schleifenfläche klein (Bild 3). Alternativ kann man die Leiter auch miteinander verdrillen. Bei einem Koaxialkabel verschwindet ein Leiter gar im Inneren des anderen Leiters, der Rückleiter bildet dabei die Abschirmung. Alle Funkamateure kennen das.
<- Bild 4: Sind zwei Geräte über mehr als ein Signalkabel verbunden, entsteht wiederum eine Schleife, die zu Brummen führen kann, wenn beide Rückleiter mit der Gerätemasse beider Geräte verbunden ist.
Doch Hin- und Rückleiter sind nicht immer die einzigen elektrischen Verbindungen zwischen zwei Geräten (Signalsender und Signalempfänger). Bei den meisten Audioverbindungen ist sowohl beim Empfänger als auch beim Sender der Außenleiter mit der Gerätemasse des jeweiligen Gerätes verbunden (Bild 4). Durch das Verbinden von zwei Geräten mit zwei getrennten Signalkabeln entsteht oft eine große Schleife: Der Weg führt von der Masse des Empfänger über die Masseverbindung des ersten Kabels zur Masse des Senders. Von dort führt der Weg über die Masseverbindung des zweiten Kabels zurück zur Masse des Empfängers. Eine geschlossene Schleife mit größer aufgespannter Fläche ist entstanden. Diese empfängt möglicherweise Störungen ein – z.B. das 50Hz-Signal aus der Hausinstallation. Durch diese Einwirkung wird ein geringer Stromfluss um diese Masseschleife induziert. Diese Störspannung gelangt zum Empfänger, wird dort verstärkt und äußert sich oft als 50-Hertz-Brummen.
<- Bild 5: Einer Alternative stellen Optokoppler und NF-Übertrager dar. Sie trennen die Masseverbindung auf, tragen das gewünschte Signal jedoch weiter.
Abhilfe
Eine Möglichkeit, das Brummen zu beenden, ist das Auftrennen einer Masseleitung. In unserem Beispiel mit zwei Geräten, die über zwei Audioleitungen verbunden sind, würde das funktionieren. Eine Masseleitung kann bestehen bleiben, die zweite wird aufgetrennt. Das ist jedoch eine schlechte Idee!
Masseschleifen können sich auch auf andere Weise einschleichen, z.B. über die Schutzleiter an der Netzsteckdose. Wirkliche Hilfe ist eine symmetrische Signalverbindung. Eine symmetrische Verbindung bietet beispielsweise die XLR-Verbindung. Sie ist Standard in der professionellen Studiotechnik und bietet eine potentialfreie Verbindung zwischen Signalsender und -empfänger, beispielsweise zwischen Mikrofon und Mischpult. Das bedeutet: Sowohl Hin-, als auch der Rückleiter ist mit keiner der beiden Gerätemassen verbunden. Zudem gilt dort der Merksatz: „Verlege niemals ein XLR-Kabel parallel zu einem Netzkabel. Das könnte zu einem unangenehmen Brummen bei 50 Hz führen.“ Das gilt für asymmetrische Audiokabel umso mehr.
Eine Massetrennung für Audioverbindungen realisiert man beispielsweise mit einem NF-Transformator (Bild 5). Das gewünschte Audiosignal wird über den NF-Übertrager per Induktion übertragen, die Signalmasse ist getrennt. Digitale Signale wird man mit einem Optokoppler trennen. In einigen Fällen kann man die Übertragung des digitalen Signals per Funk in Erwägung ziehen, wie ich es mit dem CAT-Signal zwischen PC und Funkgerät einmal realisiert habe. Auch eine optische Übertragungsstrecke per Lichtleiter (TOSLINK) ist eine mögliche Lösung, Masseschleifen aus dem Wege zu gehen. Eine potentialfreie Stromversorgung beider Geräte ist eine weitere Möglichkeit, Brummen abzuschalten. Sie ist bei Geräten mit einem Netzkabel ohne Schutzleiter (gelb/grün) möglich, also bei Geräten mit EURO-Stecker. Dabei bekommt jedes Gerät ein eigenes Netzteil. Eine Masseschleife über den Schutzleiter wird so vermieden.
Literatur/Verweise:
[1] Info Erdschleife, Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Erdschleife
[2] Mehr Info: https://dewiki.de/Lexikon/Erdschleife
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