Pro Audio White Papers

Übersteuerungsfestigkeit, Dynamikbereich und Speisespannung
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Der Zusammenhang zwischen Übersteuerungsfestigkeit, Dynamikbereich und Speisespannung, oder was man bei + 30 dBu Headroom alles falsch machen kann.

Obwohl dieses Thema für den elektroakustisch 'Gebildeten' eine Binsenweisheit ist, stellen wir bei vielen Gesprächen immer wieder fest, dass auch viele gestandene Mitglieder der Pro Audio Familie mit den grundlegenden Zusammenhängen der analogen Audio-Technik nur wenig vertraut sind. Dieser Artikel versucht in allgemein verständlicher Form einige dieser grundlegenden Abhängigkeiten zu erklären, Lösungswege aufzuzeigen und ganz nebenbei auch einige Kriterien für die Beurteilung von zum Schlagwort verkommenen Datenangaben zu geben.

Jedes analoge Audiogerät ist in seiner Fähigkeit hohe Pegel zu verarbeiten begrenzt. In den meisten Fällen ist die Speisespannung der entscheidende, begrenzende Faktor für den maximal mit geringen Verzerrungen übertragbaren Pegel. Bei mit Röhren als aktiven Verstärkerelementen bestückten Geräte trifft diese Aussage nur bedingt zu. Hier ist der lineare Teil der Kennlinie der Röhre oft der eigentlich begrenzende Faktor, allerdings auch nur dann, wenn die Speisespannung ausreichend hoch ist.

Jedes Gerät, dass eine Spannungs- , Strom- oder Leistungsverstärkung hat oder die aktive Regelung bestimmter Parameter ermöglicht kann diese Aufgabe nur dann bewältigen, wenn zusätzliche Energie durch eine Stromversorgung zur Verfügung steht. Rein passive Geräte ohne Stromversorgung, sind nicht in der Lage diese Anwendungen abzudecken, da die Energie über den Eingang des Gerätes in Form des Eingangssignals zugeführt werden muss und diese Energie im günstigsten, aber nur theoretisch möglichen Fall ohne irgendwelche Verluste am Ausgang wieder abgenommen werden kann. Da aber jedes elektrische Bauteil mit Verlusten verschiedenster Art behaftet ist, wird immer ein Verlust in Form einer Dämpfung auftreten.

Die für Verstärkungen benötigte Energie wird den Geräten über eine oder mehrere Speisespannungen zugeführt, die wiederum diese Enerige durch Umsetzung aus dem Stromnetz, aus der Ladung von Akkumulatoren oder aus Batterien beziehen. Die Höhe der Speisespannung(en) ist hierbei für viele der Eigenschaften analoger Geräte von entscheidender Bedeutung.

Im Gegensatz zu Analog-Geräten hängt die Funktion rein digitaler Geräte innerhalb gewisser Grenzen nicht von der Höhe der Speisepannung ab. Solange ein digitales Gerät eindeutig die beiden möglichen logischen Zustände 0 und 1 unterscheiden kann, ist es sogar erstrebenswert, eine möglichst niedrige Speisespannung zu wählen um die Verlustleistung und Abwärme möglich gering zu halten. Diese Bestrebung wird jedoch durch eine Eigenschaft des Halbleitermaterials Silizium auf einen Wert von 1.5 Volt begrenzt, da bei diesem Material eine sogenannte Schleusenspannung von etwa 0.6 V auftritt, die immer dann als Minimalwert vorhanden ist, wenn Strom fließt. Obwohl die Ansprüche der Digitaltechnik an Betriebsdynamik im Vergleich zur Analogtechnik lächerlich gering sind, erfordert diese Schleusenspannung zur sicheren Erkennung der Unterschiede zwischen den digitalen Zuständen etwa den doppelten Wert der Schleusenspannung. Damit ist die Betriebsdynamik von 3 dB, bei der der Digitaltechniker bereits glücklich lächelt, sichergestellt. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass viele digitale Geräte mit höheren Spannungen von 3.3 Volt oder 5 Volt betrieben werden, durch die heute üblichen Prozessor-Taktfrequenzen im Gigahertz-Bereich aber viele Prozessoren selbst mit 1.5 Volt betrieben werden.

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