DE4402351A1 - Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und eingestreuten Störungen auf Audio-Verbindungsleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrüc­ kung von Brumm- und eingestreuten Störungen in einer aus mindestens einer Signalquelle und einem Verstärker bestehenden Audio-Anlage.

Audio-Anlagen bestehen im allgemeinen aus mehreren ein­ zelnen Geräten. Als Wiedergabegeräte finden CD-Player, Kassetten- oder DAT-Rekorder sowie Tuner Verwendung. Da diese Geräte nur Signalspannungen von ca. 1 V_eff bei Vollaussteuerung abgeben, müssen die Ausgangssignale der Wiedergabegeräte erst verstärkt werden, bevor sie den Lautsprechern zugeführt werden können. Vor- und Endverstärker zur Verstärkung der Ausgangssignale sind vielfach in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Besonders hochwertige Audio-Anlagen weisen getrennte Vor- und Endverstärker auf.

Die Signalausgänge bzw. Signaleingänge der einzelnen Geräte einer Audio-Anlage werden über Koaxial-Kabel miteinander verbunden, die mit entsprechenden Steckverbindern ausgestattet sind.

An den Dynamikumfang von Audio-Anlagen werden sehr hohe Anforderungen gestellt. Auch bei der Wiedergabe von leisen Musikpassagen sollen Störgeräusche nicht wahr­ nehmbar sein.

Ein besonderes Problem bei der Konzeption von Audio- Anlagen stellen die sogenannten Brummschleifen dar. Wird der Lautstärkeregler des Verstärkers aufgedreht, ohne daß ein Signal an seinem Eingang anliegt, ist ein mehr oder weniger leises Brummgeräusch zu hören, dem sich noch Knack- oder Knistergeräusche überlagern kön­ nen.

Eine Brummschleife kann immer dann entstehen, wenn meh­ rere netzbetriebene Geräte untereinander verschaltet werden. Bei dem Betrieb von schutzkontaktgeerdeten Ge­ räten, z. B. den Endverstärkern hochwertiger Audio-An­ lagen, und bei dem Betrieb der Geräte an weit ausein­ anderliegenden Steckdosen oder sogar anderen Phasen sind die Auswirkungen besonders groß. Die Erdleitung des Netzes und der Anschlußkabel der einzelnen Geräte hat neben einem nicht vernachlässigbaren ohmschen Wi­ derstand einen induktiven Widerstand. An diesem kom­ plexen Widerstand entsteht ein Spannungsabfall, der durch die von den meisten Verbrauchern erzeugten Blind­ ströme verursacht wird und zu Massepotentialunterschie­ den führt. Sofern gleichförmige Wechselströme mit Netz­ frequenz fließen, ist Brummen, sind zusätzliche Ein- und Ausschaltimpulse fremder Geräte überlagert, ist Knacken und Knistern die Folge.

Für die Massepotentialunterschiede sind aber nicht nur Fremdgeräte verantwortlich, sondern auch die Audio-Kom­ ponenten selbst. Der in den Geräten enthaltene Netz­ transformator hat eine unerwünschte Kapazität zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Über diese Kapazität fließt ein Blindstrom, der aus der 220 V-Quelle ge­ speist wird. Der Strom fließt bei schutzkontaktgeerde­ ten Geräten zur Erdleitung. Bei erdfrei betriebenen Geräten fließt der Strom über das Verbindungskabel zur Erdleitung des angeschlossenen Nachbargeräts. Die Strö­ me erzeugen Potentialunterschiede der Massen und damit eine Brummspannung.

Zur Reduzierung von Störungen werden Koaxial-Leitungen für die Übertragung der Signale zwischen den einzelnen Geräten einer Audio-Anlage angeboten, die einen relativ großen Durchmesser aufweisen. Die Störungen lassen sich mit derartigen Kabeln aber nur unzureichend vermindern, da bei einer Vergrößerung des Kabelquerschnitts zwar der ohmsche Widerstand reduziert wird; der induktive Widerstand des Kabels sich aber nur unwesentlich ver­ ringert.

In der Meßtechnik werden zur Unterdrückung von Gleich­ taktstörungen auf den Meßleitungen Differenzverstärker verwendet, die zwei gegenphasige Eingänge aufweisen. Der Nachteil von Differenzverstärkern liegt neben dem relativ großen technischen Aufwand sowie dem höheren Rauschen im Vergleich zu gleichwertigen Eintaktverstär­ kern insbesondere in der aufwendigen Kabelverbindung zwischen der Signalquelle und dem Verstärker. Die ge­ forderte Gleichtakt-Unterdrückung kann meist nicht er­ reicht werden, da das Verbindungskabel in der Praxis keine ausreichende Symmetrie für beide Signalleitungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim Be­ trieb einer Audio-Anlage auftretenden Brumm- und einge­ streuten Störungen auf einfache Weise wirkungsvoll zu reduzieren.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 8 und 9.

Zur Verbesserung der Wiedergabequalität einer Audio- Anlage wird vorgeschlagen, im Signalweg zwischen der Signalquelle und dem Verstärker der Audio-Anlage eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Gleichtakt-Störungen vorzusehen, die einen Ringkern aus magnetisch permeab­ lem Material aufweist, der zwei Wicklungen trägt.

Wird die erste Wicklung von einem Strom durchflossen, der gegenüber dem durch die zweite Wicklung fließenden Strom um 180° phasenverschoben ist, so kompensieren sich die in dem Ringkern hervorgerufenen magnetischen Flüsse, d. h. Gegentakt-Ströme können die Wicklungen ungehindert passieren. Bei denjenigen Strömen, die auf­ grund der unterschiedlichen Massepotentiale fließen, handelt es sich um Gleichtakt-Ströme. Diese im gleichen Takt durch die Wicklungen fließenden Störströme werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkungsvoll unterdrückt.

Die Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und einge­ streuten Störungen kann Bestandteil des Kabels für die Signalübertragung von der Signalquelle auf den Verstär­ ker der Audio-Anlage sein. Zur Reduzierung der Störun­ gen wird das konventionelle Verbindungskabel einfach gegen das erfindungsgemäße Kabel ausgetauscht. Die Vor­ richtung kann aber auch in einem Adapterstück inte­ griert sein, an dem ein konventionelles Verbin­ dungskabel angeschlossen wird. Darüber hinaus kann die Vorrichtung auch direkt am Ausgang der Signalquelle oder am Signaleingang des Verstärkers vorgesehen sein.

Die Induktivität der Wicklungen liegt vorteilhafterwei­ se zwischen 0,1 und 5,0 H. Mit diesen Werten wird be­ reits bei einer Netzfrequenz von 50/60 Hz eine beacht­ liche Absenkung der Störspannung erzielt.

Als besonders vorteilhaft hat sich ein Ringkern erwie­ sen, dessen relative magnetische Permeabilität µ_r < 50000 ist. Der Ringkern ermöglicht es, hohe Induktivi­ tätswerte bei relativ kleinen Kernabmessungen und einer geringen Anzahl von Wicklungen zu erreichen. Die Wick­ lungen haben folglich eine geringe Drahtlänge. Somit bleibt die Signallaufzeit und die damit verbundene fre­ quenzabhängige Phasenverschiebung gering. Ferner ist die Wicklungskapazität niedrig. Da nur eine verhältnis­ mäßig geringe Anzahl von Windungen erforderlich ist, kann die Streuinduktivität klein gehalten werden. Da­ rüber hinaus läßt sich der Ringkern aufgrund seiner geringen Abmessungen leicht in das Kabel oder das Adap­ terstück integrieren.

Um die Streuinduktivität der Wicklungen noch weiter zu reduzieren und die Grenzfrequenz zu erhöhen, werden die Wicklungsdrähte verseilt, bevor die Wicklungen auf den Ringkern aufgebracht werden.

Die aus der Rest-Streuinduktivität und der Wicklungs­ kapazität resultierenden Serienresonanzen lassen sich durch R/C-Glieder dämpfen, die der ersten und/oder der zweiten Wicklung parallelgeschaltet sind. Ferner ist am Wicklungsanfang und/oder -ende einer der beiden Wick­ lungen vorteilhafterweise ein Serienwiderstand vorgese­ hen. Die Beschaltung sorgt für einen nahezu überschwin­ gungsfreien Impulsbetrieb, d. h. einen glatten Frequenz­ gang bis ca. 5 MHz, je nach Quellen- und Lastimpedanz.

Eine magnetische Schirmung der Vorrichtung ist nicht zwingend notwendig, da die Streuinduktivität gering ist. Sie ist jedoch vorteilhaft, um die bei Berührung mögliche, kapazitive Brummeinstreuung zu vermeiden.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das die Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und eingestreuten Störungen aufweisende Kabel für die Signalübertragung von einer Si­ gnalquelle auf einen Verstärker,

Fig. 2 das Blockschaltbild des Kabels,

Fig. 3 den die zwei Wicklungen tragenden Ringkern in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des Kabels und

Fig. 5 das die Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und eingestreuten Störungen aufweisende Kabeladapterstück.

Fig. 1 zeigt das die Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und eingestreuten Störungen aufweisende Kabel 1 für die Signalübertragung von einer Signalquelle, z. B. dem Vorverstärker einer Audio-Anlage, auf den nachge­ schalteten Leistungsverstärker. Das Kabel 1 weist eine Koaxial-Leitung 2 mit einem Innenleiter als Hinleitung und einer Abschirmung als Rückleitung auf. An dem einen Ende der Koaxial-Leitung 2 befindet sich ein Koaxial- Stecker 3 mit einer radial federnden, geschlitzten Au­ ßenleiterbuchse 4 und einem Innenleiterstift 5 (Cinch- Stecker), der passend in die Steckbuchse des Leistungs­ verstärkers eingesteckt werden kann. An dem anderen Ende der Koaxial-Leitung 2 befindet sich ein magnetisch und elektrisch abschirmendes Blechgehäuse 7. An dem Gehäuse 7 ist ein Steckverbinder 8 mit einer zylindri­ schen Hülse 9 und einer radial federnden, Innenleiter­ buchse (Cinch-Stecker) zum Anschluß des Vorverstärkers angeflanscht.

In dem Blechgehäuse 7 ist die Vorrichtung 10 zur Unter­ drückung von Brumm- und eingestreuten Störungen gekap­ selt, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben wird.

Die Vorrichtung 10 weist einen Ringkern 11 auf, der aus einem durch sofortiges Abschrecken aus der Schmelze gewonnenen amorphen Ringkernmaterials mit einer sehr hohen relativen magnetischen Permeabilität µ_r von ca. 125000 besteht. Der Ringkern 11 trägt zwei Wicklungen 12, 12′ aus Cu-Draht, der mit einer Isolation aus Teflon versehen ist. Vor dem Bewickeln wurden die beiden Cu- Drähte verseilt. Die Verdrillung der Cu-Drähte von ca. drei Schlägen pro cm reduziert die Streuinduktivität und erhöht die Grenzfrequenz. Die Bewicklung erfolgt in vier Lagen, wobei in Fig. 3 der besseren Übersichtlich­ keit wegen nur eine Lage dargestellt ist. Zwischen den einzelnen Lagen ist ein Teflonband eingelegt. Die Wick­ lungskapazität liegt bei ca. 300 pF und die Wicklungs­ induktivität beträgt 3,2 H bei 50 Hz. Die beiden Wick­ lungen 12, 12′ haben bei 20°C einen Widerstand von 2,2 Ω.

Zur Dämpfung von Serienresonanzen ist jeder Wicklung bin R/C-Serienglied 13, 13′, bestehend aus einem Konden­ sator C, C′ mit einer Kapazität von 33 pF und einem Wi­ derstand R₁, R₁ von 470 Ω, parallelgeschaltet. Ferner liegen am Wicklungsanfang und -ende der ersten Wicklung 12 jeweils ein Serieneingangs- R₂ und -ausgangswider­ stand R₂₁ von 100 Ω. Die Bauteile sind in dem Gehäuse 7 mit Kunstharz eingegossen. Der Serienwiderstand R₂ bzw. der Anfang u′ der zweiten Wicklung 12′ ist mit der In­ nenleiterbuchse bzw. der zylindrischen Hülse 9 des ge­ häuseseitigen Steckverbinders 8 und der Serienwider­ stand R₂₁ bzw. das Wicklungsende v′ der zweiten Wick­ lung 12′ ist mit dem Innenleiter bzw. der Abschirmung der Koaxial-Leitung 2 elektrisch verbunden. Für den Fall, daß in den Wicklungen ein Gegentakt-Strom fließt, kompensieren sich die im Ringkern hervorgerufe­ nen magnetischen Flüsse. Ein Gleichtakt-Störstrom wird hingegen unterdrückt.

Es hat sich gezeigt, daß die Dämpfung von Gleichtakt- Störungen im gesamten Frequenzbereich ab 50 Hz < 50 dB ist. Für Brumm- und eingestreute Störungen bedeutet dies, daß der akustische Lautstärkepegel der Störung um 50 dB abgesenkt wird. Die Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und eingestreuten Störungen hat in der Pra­ xis nur einen geringen Anteil an der Begrenzung der Grenzfrequenz. Im praktischen Einsatz wird diese näm­ lich maßgeblich von den externen Daten der Quelle, der Koaxial-Leitung und des Verstärkers bestimmt. Das glei­ che gilt auch für den Phasengang. Dieser entspricht bis in den Bereich von 500 kHz dem Phasengang eines einpo­ ligen Tiefpaßfilters. Die durch die Länge der Draht­ wicklungen bedingte Laufzeitverzögerung (Phasenver­ schiebung) wirkt sich erst oberhalb einer Frequenz von 500 kHz aus.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ka­ bels. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch die Dimensionie­ rung des Ringkerns 11. Der kleinere Ringkern 11 ermög­ licht es, die Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und eingestreuten Störungen in den Steckverbinder 3 zu integrieren. Die Koaxial-Leitung 2 ist aus dem etwas vergrößerten Steckergehäuse 13 schräg herausgeführt, so daß die Koaxial-Leitung 2 beim Anschluß an das Nachbar­ gerät nicht abknickt.

Aufgrund der geringeren Abmessungen des Ringkerns 11 und der geringeren Wicklungsinduktivität ist die Dämp­ fung der Störungen zwar geringer, aber für den normalen Anwendungsfall dennoch ausreichend. Da die Streuinduk­ tivität infolge der kompakten Bauform gering ist, liegt die Serienresonanz relativ hoch, so daß bei dieser Aus­ führungsform auf die R/C-Serienglieder 13, 13′ verzich­ tet werden kann.

Fig. 5 zeigt ein die Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und eingetreuten Störungen enthaltendes Kabela­ dapterstück 14, das zwei Steckverbinder 3, 8 aufweist. Mit dem einen Steckverbinder 3 wird das Kabeladapter­ stück 14 beispielsweise mit dem Signaleingang des Leistungsverstärkers verbunden. An den anderen Steck­ verbinder 8 kann ein konventionelles Verbindungskabel angeschlossen werden. Die Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und eingestreuten Störungen ist zwischen die Anschlußklemmen der Steckverbinder 3, 8 geschaltet. Der Serienwiderstand R₂ bzw. der Anfang in der zweiten Wicklung 12′ ist über eine kurze Verbindungsleitung mit der Innenleiterbuchse bzw. der zylindrischen Hülse 9 des Steckverbinders 8 und der Serienwiderstand R₂ bzw. das Wicklungsende v′ der zweiten Wicklung 12′ ist über eine kurze Verbindungsleitung mit dem Innenleiterstift 5 bzw. der Außenleiterbuchse 4 des Steckverbinders 3 elektrisch verbunden.

Das erfindungsgemäße Kabel 1 und das Kabeladapterstück 14 verhindert Brumm- und eingestreute Störungen in Au­ dio-Anlagen, die aus mehreren einzelnen Geräten beste­ hen. Insbesondere bei Anlagen, die neben CD-Player und Kassettenrekorder auch Videokomponenten, d. h. Videore­ korder und Fernseher, enthalten, sind Brumm- und einge­ streute Störungen besonders ausgeprägt und lassen sich wirkungsvoll unterdrücken. Eine wirkungsvolle Unter­ drückung der Brumm- und eingestreuten Störungen wird auch im Studiobereich erzielt, wo meist relativ lange Leitungswege erforderlich sind.

Mit dem Kabel oder dem Kabeladapterstück können Brumm- und eingestreute Störungen auf einfache Weise reduziert werden. Prinzipiell ist es aber auch möglich, die Vor­ richtung zur Unterdrückung von Brumm- und eingestreuten Störungen 10 direkt an dem Signalausgang der Signal­ quelle bzw. dem Signaleingang des Verstärkers vorzuse­ hen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Unterdrückung von Brumm- und ein­ gestreuten Störungen in einer aus mindestens einer Signalquelle und einem Verstärker bestehenden Au­ dio-Anlage, gekennzeichnet durch einen Ringkern (11) aus magnetisch permeablem Ma­ terial, der zwei Wicklungen (12, 12′) trägt, die als Längsglieder in den Signalübertragungsweg zwi­ schen der Signalquelle und dem Verstärker schalt­ bar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Induktivität der ersten und zweiten Wicklung (12, 12′) zwischen 0,1 und 5 H liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die relative magnetische Permea­ bilität des Ringkerns (11) < 50000 ist.

4. Vorrichtung nach einem der Sprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Draht der ersten Wicklung (12) mit dem Draht der zweiten Wicklung (12′) verdrillt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der ersten und/oder der zweiten Wicklung (12, 12′) ein R/C-Serienglied (13, 13′) parallelgeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß am Wicklungsanfang (u, u′) und/oder am Wicklungsende (v, v′) einer der beiden Wicklungen (12, 12′) ein Serienwiderstand (R₁, R₁) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) zur Unterdrückung von Gleichtakt-Störungen in einem magnetisch abschirmenden Gehäuse (7) gekapselt ist.

8. Kabel für die Signalübertragung von einer Signal­ quelle auf einen Verstärker mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Wicklung (12) als Längsglied in der Hinleitung und die zweite Wicklung (12′) als Längsglied in der Rückleitung des Kabels liegt.

9. Kabeladapterstück, das zwei Steckverbinder (3, 8) und eine die Anschlußkontakte der Steckverbinder verbindende Verbindungsleitung aufweist, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wo­ bei die Wicklungen (12, 12′) als Längsglieder in der Verbindungsleitung liegen.