Montag, 22 November 2010 01:00

Streng symmetrisch oder doch eher balanced?

Bild 4: Idealer Transformator mit idealer Quelle
Bild 4: Idealer Transformator mit idealer Quelle

Wie man sehen kann, transformiert der Übertrager brav mit dem Verhältnis eins zu zehn, an seinem Ausgang stehen 7,071 mV zur Verfügung. Übrigens, nicht verwirren lassen: Die 1 mVpk der Quelle entsprechen exakt 0,707mV effektiv. Aber in der realen Welt gibt es keine idealen Bauteile oder Quellen. So fügen wir im nächsten Bild Widerstände ein und betrachten die gleich Schaltung noch einmal.

Bild 5: Realer Transformator mit widerstandsbehafteter Quelle
Bild 5: Realer Transformator mit widerstandsbehafteter Quelle


Ordnet man der Quelle also einen Widerstand zu, der real auch immer vorhanden ist, so sieht man einen Spannungsabfall in Verbindung mit dem angeschlossenen Transformator entstehen (der Eingang des Transformators – linke Seite- verhält sich wie ein Widerstand von einem Kiloohm). Steigt der Quellwiderstand weiter, dann wird die Widerstandstransformation dominant.

Bild 6: Realer Transformator mit widerstandsbehafteter Quelle höheren Innenwiderstands
Bild 6: Realer Transformator mit widerstandsbehafteter Quelle höheren Innenwiderstands

Alle anderen Faktoren wie die Induktivität eines Transformators, Abhängigkeit von kapazitiver Belastung oder limitierter Frequenzgang durch interne Koppelkapazitäten lassen wir hier mal unter den Tisch fallen, obwohl sie sich genauso gravierend auswirken können wie die reine Widerstandstransformation. Die offensichtlichen Vorteile eines Transformators sind die völlige (galvanische) Trennung von Quelle und nachfolgendem Verstärker. Dadurch spielt es keine Rolle, ob entlang der Übertragungsstrecke verschiedene Potentiale herrschen. Gebrauch von dieser Eigenschaft macht man bei Liveübertragungen, an denen diverse Partner beteiligt sind: In der Veranstaltungshalle steht ein Mischpult, im Übertragungswagen vor der Halle steht das zweite Mischpult und in einem Nebenraum das Dritte, mit dem gerade ein Livemitschnitt fabriziert wird. Verschiedene Potentiale und Hunderte von Kabelmetern sind garantiert – und auch die damit einhergehenden Störungen. In einem solchen Fall benutzt man „Splittübertrager“ wie nachstehend abgebildet.

Bild 7: Splitttransformator
Bild 7: Splitttransformator

Tatsächlich werden mit einem solchen Teil die Widerstandstransformationen noch komplizierter, in der Praxis handelt es sich, wie oben gezeigt, tatsächlich um drei (oder zwei oder vier) ineinander gewickelte Übertrager, je nach Bedarf. Am Eingang mit V1 bezeichnet, befindet sich wieder das Mikrofon, der Rest geht aus der Skizze hervor.

Übertrager sind – verglichen mit ihren Halbleiterpendants – schwer, teuer und empfindlich gegen magnetische Einstreuungen. Um diese zu minimieren, kapselt man solche Trafos in MU-Metall (MU = magnetisch undurchlässig). Da macht den Trafo noch teurer, funktioniert aber ganz ordentlich. Als rein passives Bauteil ist ein Transformator überall einsetzbar, man benötigt keine Spannungsversorgung. Dagegen stehen die schon zuvor aufgezählten Restriktionen, deren Größte die Unflexibilität ist.

Welche Quellen sind in der Hifi-Technik heutzutage noch symmetrisch? Dazu sollte man eine enger gefasste Definition von symmetrisch einführen: Die Quelle sollte niederohmig und potentialfrei sein sowie intern keinerlei verstärkende Elemente aufweisen. Damit bleiben eigentlich nur noch der MC-Tonabnehmer und seine Verwandten übrig. Alles andere, was unter dieser Flagge segelt, kann man als „zwangssymmetriert“ auflisten. Dazu gehören Geräte wie CD-Player, Vorverstärker oder Tuner. Von Haus aus sind derartige Quellgeräte unsymmetrisch – wenn sie trotzdem über einen symmetrischen Ausgang verfügen dann nur, weil man sie gewollt damit versehen hat. Warum aber?

Außer der Tatsache der Störunterdrückung für „Gleichtaktstörungen“ gibt es keinen realen technischen Vorteil für eine symmetrische Verbindung im Hifi-Bereich. Aus- und Eingangswiderstände, Verzerrungen oder Rauschabstände sind als absolut vergleichbar zu betrachten. Mit der Einführung der Transistoren wurde der teure Transformator sehr schnell durch entsprechende Schaltungen ersetzt. Diese sollten die gleiche Funktion wie der Trafo übernehmen – was aber nicht möglich ist, da die beim Übertrager natürlich vorhandene Potentialtrennung fehlt. Dafür gab es nun keinen Einfluss mehr auf den Frequenzgang durch ansonsten unvermeidliche Transformatorkennwerte. Verzerrungen bei kleinen Pegeln entfallen vollständig ebenso wie variable Impedanzen.

Nachstehend einige Beispiele für Transformatoren und Halbleiterschaltungen:

Bild 8: Simulation von Übertrager mit Denon DL103
Bild 8: Simulation von Übertrager mit Denon DL103

Bild 9: Frequenzgang DL103 mit Standardtransformator (20 dB wären der Sollwert)
Bild 9: Frequenzgang DL103 mit Standardtransformator (20 dB wären der Sollwert)

Bild 10: Übertrager-Simulation mit ZYX Bloom
Bild 10: Übertrager-Simulation mit ZYX Bloom


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