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Musik- und Medientechnologie 1.1 Analoge Verbindungstechnik und Signalformate

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Grundkurs Musik- und Medientechnologie
Teil 1 Audiotechnische Grundlagen
hkb/sjs
Markus Gfeller
Analoge Verbindungstechnik und Signalformate
In der analogen Audiotechnik wird Musik als elektrisches Signal übertragen. Dies
geschieht meistens mittels Kabel.
Voraussetzung für eine Übertragung ist eingeschlossener Stromkreis mit zwei Adern:
Signal(+), auch heiss oder hot genannt, und Signal(-), auch kalt oder cold genannt.
Dieses elektrische Signal kann entweder eine Spannung (Mikrofone, Instrumente, Effekte,
Zuspieler etc.) oder eine Leistung (Lautsprecher, Kopfhörer, 220V) sein.
Die Spannung eines Signals beträgt zwischen wenigen mV (Millivolt = tausendstel Volt)
bei Mikrofonen und einige Volt bei Line Signalen (Mischpultausgänge, elektronische
Instrumente, Effektgeräte).
Die Leistung eines Signals beträgt zwischen einigen mW (Milliwatt = tausendstel Watt)
bei Kopfhörern bis zu hunderten von Kilowatt (tausend Watt) bei grossen Konzerten.
1. Anforderungen an Kabelverbindungen
Je nach Anwendung gibt es verschiedene Anforderungen an Kabel und Stecker.
1.1. Übertragungseigenschaften
Bei der Übertragung von Audiosignalen als Spannung ist ein geringer elektrischer
Wiederstand Voraussetzung. Deshalb wird für die Adern Kupfer verwendet.
Eine gute Abschirmung ist bei der Übertragung von kleinen Signalen zur Vermeidung von
Störungen des Signals nötig.
Die Eigenkapazität soll möglichst klein sein. Eine hohe Eigenkapazität führt bei langen
Kabeln zu einer Dämpfung der hohen Frequenzen. Dies gilt ins Besondere für passive
Gitarren und Bässe. Dort wirken Kabel mit hoher Eigenkapazität wie ein zugedrehter Tone
Regler.
Bei Steckern und Buchsen werden oft Edelmetalle verwendet, da diese nicht oxydieren
("rosten"). Von Vorteil sind bei Steckverbindungen die Verwendung von gleichen
Legierungen.
Bei der Übertragung von Signalen als Leistung sind vor allem grosszügig dimensionierte
Adern wichtig. So können auch bei Signalspitzen genügend Elektronen fliessen. Bei den
Steckern braucht es genügend grosse Kontaktflächen.
1.2. Mechanische Eigenschaften
Im professionellen Bereich soll ein Kabel robust und gleichzeitig flexibel sein. Bei
hochwertigen Kabeln werden oft Gummi (statt Plastik) und textile Komponenten
verwendet.
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Stecker und Buchsen müssen stabil sein und deutlich einrasten. Verriegelbare Verbindung
verhindern unabsichtliches Ausstecken.
2. Asymmetrische und Symmetrische Übertragung
2.1 Asymmetrische Übertragung
Asymmetrische Verbindungen kommen bei Instrumenten und im Consumerbereich (HiFi)
zur Anwendung. Meist werden Klinken- oder Cinchstecker verwendet.
Asymmetrische Kabel für kleine Signale haben einen Innenleiter mit Signal (+) und eine
Abschirmung mit Signal (-). Die Abschirmung ist gleichzeitig mit der Erde verbunden.
Der asymmetrischer Linepegel beträgt -10dBV = 0,32V
2.2 Symmetrische Übertragung
Symmetrische Verbindungen sind Standard im professionellen Bereich. Dort werden
Mikrofon- und Linesignale ausschliesslich symmetrisch übertragen.
Ein symmetrisches Kabel hat zwei Innenleiter mit Signal(+) und Signal (-), und eine
Abschirmung, die ebenfalls mit der Erde verbunden ist.
Weil nun von aussen kommende Störsignale gleichermassen auf das positive und das
negative Signal wirken, heben sich diese auf. Symmetrische Verbindungen sind also
wesentlich weniger störanfällig, ausserdem sind längere Kabel (bis zu 200m) möglich.
Abb. 1: Asymetrische und symetrische Signalführung
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Der symmetrische Linepegel beträgt +4dBu = 1,23V.
Der Pegelunterschied zum asymmetrischen Pegel entspricht etwa der doppelten
Lautstärke.
2.3 Verbindung von asymmetrischen und symmetrischen Geräten
Beim Anschluss einer asymmetrischen Quelle (Instrument) an einen symmetrischen
Eingang muss das Signal mit einer DI-Box (Direct Injection Box) symmetriert und
gegebenefalls im Pegel angepasst werden.
Abb.2: DI - Box
Wird z.B. eine Gitarre mittels Adapter ohne DI - Box direkt an einen symmetrischen
Eingang oder einen niederohmigen Lineeingang angeschlossen so entsteht eine
Fehlanpassung. Dies führt unter anderem zu einer Verfälschung des Frequenzganges und
führt insgesamt zu einem schlechten Signal mit mehr Nebengeräuschen.
Beim Anschluss einer symmetrischen Quelle (Mischpultausgang) an einen
asymmetrischen Eingang (HiFi-Gerät) wird dieser infolge des höheren Pegels übersteuert.
Dies führt zu Verzerrungen des Signals.
3. Störungen und Troubleshooting
Defekte und minderwertige Kabel sind die häufigste Ursache für Probleme bei der
Signalübertragung.
Störungen äussern sich zum Beispiel als schlechter Sound, Störgeräusche in Form von
Brummen, Rascheln beim Handling des Kabels und Übersprechen von anderen Signalen.
Diese Störungen verschwinden bei der Verwendung hochwertiger Kabel und Stecker.
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4. Analoge Übertragungsstandards
4.1 Stecker
Abb. 3: XLR Stecker und Buchsen für symmetrische Mikrofon- und Linesignale, wird mit
geeignetem zweiadrigen Kabel auch als Lautsprecherverbindung verwendet. Die
Verbindung ist verriegelbar.
Abb. 4: Mono und Stereo Klinkenstecker und verriegelbare Buchsen in 6.3mm
Ausführung. Gebräuchlich ist auch die 3.5mm Ausführung (iPod).
Klinkenstecker werden Jackstecker genannt.
In der Monoausführung werden Klinkenstecker zur Übertragung von asymmetrischen
Signalen, in der Stereoausführung für symmetrische Signale sowie für Kopfhörersignale.
Abb 5: Cinch Stecker und Buchsen, auch RCA oder Phono Stecker genannt.
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Cinch Stecker werden zur Übertragung von asymmetrischen Signalen im
Consumerbereich (HiFi Anlagen). Im DJ Bereich dienen sie als Verbindung zwischen
Plattenspieler und Mischpult.
Abb. 6: Speakon Stecker und Buchse zur Übertragung von Lautsprechersignalen.
Grosszügig bemessene Kontaktflächen erlauben die Übertragung von hohen Leistungen.
Die Verbindung ist verriegelbar.
Abb. 7: Multicores sind mehrere zu einem Kabel zusammengefasste Leitungen.
Hier ein XLR Multicore mit Stagebox zur Übertragung von Signalen von der Bühne zum
Mischpult.
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4.2 Verdrahtung einiger gebräuchlicher Kabel
4.2.1 Asymmetrische Kabel
Abb. 8: Mono Klinkenkabel für Instrumente
Abb. 9: Kabel zum Anschluss von Instrumenten und Effekten an HiFi - Geräte
Abb. 10: Cinchkabel zur Verbindung von HiFi- Geräten
4.2.2 Symmetrische Kabel
Abb. 11: XLR Kabel zum Anschluss von Mikrofonen und anderen Geräten mit
symmetrischen Ein- und Ausgängen.
Abb. 12: Stereo Klinkenkabel zur Übertragung von Symmetrischen Signalen
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Abb. 13: Stereo Klinke auf XLR Kabel zur Übertragung von symmetrischen Signalen
4.2.3 Adapterkabel zur Verbindung von symmetrischen und asymmetrischen Geräten
Achtung: Diese Kabel ersetzen keine DI-Box und führen zu den oben erwähnten
Fehlanpassungen!
Abb. 14
Literatur
Stefan Weinzierl (Ed.), Handbuch der Audiotechnik, 2008 Springer - Verlag
Thomas Görne, Tontechnik, 2008 Carl Hanser Verlag
Michael Dickreiter, Volker Dittel, Wolfgang Hoeg, Martin Wöhr, Handbuch der Tonstudiotechnik Band 1, 2008 Saur Verlag
Garry Davis, Ralph Jones, Sound Reinforcement Handbook, 1989, Hal Leonard Publishing
Bildnachweis
Abb. 1.: hbernstaedt.de
Abb. 2: bssaudio.com
Abb. 3 - 7: Neutrik.com
Abb. 8 -14: Garry Davis, Ralph Jones, Sound Reinforcement Handbook, 1989, Hal Leonard Publishing
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