Analog Audio - Grundlagen der Pro Audio Technik

Auswirkungen des Wellenwiderstand auf analog Audio Signale
Autor: Gerd Jüngling - Copyright: Alle Rechte vorbehalten
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Die Betrachten über die Auswirkungen von Fehlanpassungen zwischen Quelle, Verbauchern, Kabeln und Steckverbindern führen zu folgenden Auswirkungen für analoge Audiosignale:

Wenn wir eine Bandbreite eines analogen Audiosignals mit 200 kHz annehmen, rechnen wir eine 10fache 'Reserve' gegenüber der höchsten hörbaren Frequenz ein. Damit stellen wir sicher, daß irgendwelche Veränderungen von Signalen im Hörbereich durch Nichtlinearitäten oberhalb von 20 kHz nicht auftreten können. Außerdem ist die derzeit höchste, real verfügbare Sampling Frequenz 192 kHz, woraus folgt, daß ein digitales Audiosystem keine höhere Freguenz als die halbe Sampling Frequenz = 96 kHz überhaupt übertragen kann. Auch hier ist mit 200 kHz Bandbreite eine ausreiche Reserve vorhanden.

Bei 200 kHz beträgt die Wellenlänge 5 µsec (Mikrosekunden). Die maximale Änderungsgeschwindigkeit zwischen dem 0 Punkt und dem Scheitel einer Halbwelle ist daher 1/4 dieser Zeit, also 1.25 usec.

Daraus folgt das ein Impuls, der wie oben beschrieben zu einer Reflexion führen kann sich wie folgt berechnen läßt:

die Laufzeit beträgt 5 ns pro Meter Kabel

die erste Reflexion benötigt die doppelte Zeit, also 10 ns pro Meter Kabel um wieder am Anfang des Kabels anzukommen

für eine maximale Änderungsgeschwindigkeit von 1.25 µ = 1250 ns benötigt man eine Kabellänge von (1250 : 10) = 125 Metern um überhaupt eine Reflexion durch Fehlanpassung zu erhalten.

Bei allen niedrigeren Signalfrequenzen oder geringeren Kabellängen ist der Effekt von noch geringerer Bedeutung.

Legen wir eine Bandbreite von 200 kHz fest, so kann ein Signal mit dieser Frequenz aber nur noch ein reines Sinussignal sein. Jede andere Schwingungsform würde nur durch Oberwellen gebildet werden können, die eine mindestens doppelte Bandbreite voraussetzen.

Bei einer Sinusschwingung kann sich aber keine 'echte' Reflexion sondern nur um eine stehende Welle ausbilden. Eine Halbwelle einer 200 kHz Schwingung dauert 2.5 µsec. Diese Zeit entspricht gemäß der obigen Erläuterungen dann der Laufzeit des gesamten Kabels, da eine Halbwelle der Kabellänge entspricht. Damit erhalten wir eine kritische Kabellänge von (2.5 µsec = 2500 ns : 10 ns) = 250 Metern. Ist die Länge des Kabels geringer oder die Frequenz kleiner als 200 kHz, können sich keine stehenden Wellen ausbilden.

Insgesamt ergibt sich aus den obigen Betrachtungen, daß die Auswirkungen des Wellenwiderstandes auf analoge Audiosignale ohne Bedeutung sind. Erst bei Kabellängen von mehreren hundert Meter könnten sich überhaupt irgendwelche Effekte ergeben. Nimmt man 20 kHz als obere Grenze statt die mit sehr viel Reserve versehenen 200 kHz, muss schon eine Kabllänge von mehr als einem Kilometer vorhanden sein bevor irgendein Effekt auftreten kann.


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