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. 1 Grundkurs Musik- und Medientechnologie Teil 1 Audiotechnische Grundlagen hkb/sjs Markus Gfeller 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 2 Grundkurs Musik- und Medientechnologie Teil 1 Audiotechnische Grundlagen hkb/sjs Markus Gfeller 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. 3 Grundkurs Musik- und Medientechnologie Teil 1 Audiotechnische Grundlagen hkb/sjs Markus Gfeller 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. 4 Grundkurs Musik- und Medientechnologie Teil 1 Audiotechnische Grundlagen hkb/sjs Markus Gfeller 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. 5 Grundkurs Musik- und Medientechnologie Teil 1 Audiotechnische Grundlagen hkb/sjs Markus Gfeller 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 6 Grundkurs Musik- und Medientechnologie Teil 1 Audiotechnische Grundlagen hkb/sjs Markus Gfeller 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 7
