Für Hifi- und High End Geräte sind heute CE Prüfungen vorgeschrieben. Da sollte man meinen, Hochfrequenzeinstreuungen und Brummprobleme gehören der Vergangenheit an. Leider ist das nicht der Fall. Ob es sich nun um ältere Geräte, die noch keine CE Prüfung haben, oder um neue Geräte handelt, diese Probleme bestehen nach wie vor.
Von Hause aus versucht natürlich jeder Entwickler, seine Geräte so zu konstruieren, dass HF-Probleme und Brummschleifen, sowie daraus entstehendes Massebrummen, möglichst vermieden werden. Auch hat das Gerät sonst gar keine Chance, die CE-Prüfung zu bestehen. Die Probleme, mit denen ein Musikfreund zu kämpfen hat wenn es brummt oder zirpt, entstehen im allgemeinen durch zusammenschalten von mehreren Geräten einschliesslich Kabel, oder durch Defekte an Geräten, Steckern oder Kabel.
Um diese Störungen zu beseitigen, müssen sie erst einmal identifiziert werden. Dies geschieht am einfachsten, indem man alle Signalverbindungen löst und nur die Verbindung von der Endstufe zum Lautsprecher bestehen lässt. Danach steckt man kanalgetrennt eine Verbindung nach der anderen ein, bis die Störung auftritt, dann ist sie zu mindestens einmal grob identifiziert. Als erstes prüft man die Steckverbinder, ob eventuell ein Kabelschirm oder Leiter im Stecker abgerissen ist, oder ob bei Cinchsteckern der Massekragen guten Kontakt mit der Buchse hat. Diese Fehler können zu brummen wie auch zu HF-Störungen führen.
Eine weitere und nicht selten vorkommende Störung ist die sogenannte Brummschleife. Sie entsteht, wenn mehrere Geräte über NF-Kabel mit einander verbunden werden die gleichzeitig über ihren Netzstecker mit dem Schutzleiter der Steckdose verbunden sind. Das heisst, eine Brummschleife liegt immer dann vor, wenn die einzelnen Geräte zwei Masseverbindungen untereinander haben. Einmal die Signalmasse und zum anderen die Schutzleitererde, die im Gerät miteinander verbunden sind.
Bei diesem Problem darf in keinem Fall der Schutzleiter abgetrennt oder verklebt werden. Das ist nach VDE Richtlinien nicht nur verboten, sondern kann lebensgefährliche Folgen haben.
Hier muss ein Fachmann oder der Hersteller mit dem Problem konfrontiert werden um eine Lösung zu finden. Trenntrafo, symmetrische Signalverbindung, andere Kopplungsart von Signalmasse und Schutzleiter sind einige Lösungsmöglichkeiten.
Ein anderes sehr oft auftretendes Brummproblem entsteht beim zusammenschalten vom Tuner mit dem Vorverstärker oder Vollverstärker. Auch hier liegt das Problem im allgemeinen beim Schutzleiter, der über die Antenne mit der Betriebsmasse des Verstärkers Verbindung hat (galvanische Kopplung) . Dieses Problem ist relativ einfach zu beseitigen, indem man sich ein Mantelstromfilter beschafft und dieses zwischen Antenne und Antenneneingang des Tuners steckt. Das Antennensignal wird dann induktiv an den Antenneneingang gekoppelt und unterbricht die Brummschleife. (Ein Dämpfungsverlust von einigen dB ist allerdings nicht zu verhindern)
Sind Brummschleifen noch relativ einfach in den Griff zu bekommen, so ist es bei HF Einstreuungen schon wesentlich schwieriger. Selbst bei Geräten, die als Einzelgeräte ohne Probleme die CE Prüfung bestanden haben, kann es beim Zusammenschalten mit anderen Geräten zu Störungen kommen. Unterschiedliche Massesysteme der einzelnen Geräte mit unterschiedlichen Massepotenzialen führen zu diesen Störungen. Um dem Leser an dieser Stelle einmal einen Überblick über die Komplexität solcher Masseverbindungen zu geben, hier ein Beispiel. Alle Leitungen, die mit dem Punkt <0> verbunden wurden, sind Masseleitungen.

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Es handelt sich bei dieser Zeichnung um eine Prinzipschaltung, nach der moderne Verstärker im allgemeinen massemässig verschaltet werden; wichtig sind bei diesem Beispiel die Masseverbindungen des Gesamtsystems. Eingangsmasse, Gegenkopplungsmasse, Lastmasse und Netzmasse sind so miteinander verbunden, dass sich die Stromflüsse der verschiedenen Stromkreise gegenseitig nicht beeinflussen, die Masseführung ist sternpunktartig.
Eine ähnliche Masseführung haben wir bei folgendem Gesamtsystem, welches aus verschiedenen selbständigen Teilsystemen besteht. Eine ähnliche Struktur, wie bei einer Hifi Anlage. Die einzelnen Teilsysteme sind selbständige Module mit eigener Netzversorgung deren Masseführung nach dem oben dargestellten Beispiel geführt sind (sternförmig).

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Einige grundsätzliche Ausführungen über Masseführungen sind an dieser Stelle unerlässlich.
Die wohl wichtigste und grundsätzlichste EMV-Massnahme ist die Schaffung eindeutiger und ausreichender Erdungsverhältnisse. Dabei ist zu unterscheiden zwischen funktionstechnischen- und sicherheitstechnischen Aufgaben der Erdung.
Bei der funktionstechnischen Aufgabe der Erdung handelt es sich um die direkte Funktion, als Rückleiter des Signalstroms zu dienen oder um die indirekte Funktion, als Ableitung für Störströme von Filtern oder Abblockkondensatoren zu wirken sowie einwandfreie Schirmungen zu erreichen.
Die sicherheittechnische Aufgabe der Erdung ist die Ableitung unzulässig hoher Berührungsspannungen, sei es durch statische Aufladung oder andere Entstehungsursachen.
Sehr oft werden Funktionserdungsleiter und Schutzleitererde wegen Einhaltung bestimmter Bedingungen oder Vorschriften (DIN VDE 0800 Teil 2) zusammengefasst. Dabei ergeben sich zwei Masse- Erdverbindungen.
1. flächenförmiges Erdungssystem,
2. sternförmiges Erdungssystem.
Beide Systeme haben Vor- und Nachteile, keines der beiden Systeme ist praktisch im gesamten Frequenzbereich ideal. Wie schon weiter oben dargestellt, muss die sternförmige Erdung konsequent und isoliert durchgeführt werden, um den Potentialunterschied zwischen den einzelnen isolierten Teilen der Anlage zu gewährleisten. Auch müssen die Anforderungen an den Blitzschutz und die Ableitung elektrostatischer Aufladungen berücksichtigt werden. Durch Kopplungskapazitäten können bei höheren Frequenzen auch bei sternförmiger Erdung Störströme auftreten.
Aus diesem Grunde werden bei Hochfrequenzanwendung und Anwendung schneller Digitaltechnik mit Mikroprozessoren überwiegend flächenförmige Erdungen verwendet. Bei dieser Erdungsform werden alle zu kontaktierenden Teile an möglichst vielen Punkten mit Erde verbunden. Das setzt allerdings voraus, dass das Erdungssystem selbst flächenförmig ausgeführt ist und immer dort vorhanden ist, wo es benötigt wird. Dieses Prinzip gilt für grosse Anlagen wie auch für kleine Tunerbausteine. Störausstahlung wie Störfestigkeit werden durch diese Massnahme verbessert. Auch führt im Rahmen dieser flächenförmigen Erdung, der beiderseitige Anschluss des Kabelschirms zu einer vollen Ausnutzung der Schirmdämpfung.
Welches Erdungssystem das Effektivere ist, muss im Einzelfall sehr gut durchdacht werden. Je mehr Digital- und Hochfrequenztechnik in der gesamten vernetzten Anlage integriert ist, je wirkungsvoller wird voraussichtlich die flächenförmige Erdung sein. Bei analogen Systemen im Niederfrequenzbereich wird eher eine sternförmige Erdung zum tragen kommen. Bei gemischten Systemen wird man sich auch schon einmal für eine gemischte Anwendung entscheiden um zu optimalen Ergebnissen zu kommen. So zum Beispiel beim zusammenschalten von analogen Verstärkersystemen mit digitalen Schaltungseinheiten. Die zunehmende Digitalisierung der Übertragungs- und Vertärkersysteme wird logischerweise auch zur Zunahme von flächenförmigen Erdungssystemen führen, weil diese wiederum zu besserer HF Unterdrückung und besserem Fremdspannungsabstand führen. Eines der wichtigsten Parameter der Massesysteme ist deren Niederohmigkeit; zu realisieren durch grossen Leiterquerschnitt und breiten Leiterbahnen sowie kurzen Verbindungsstrecken zu den einzelnen Verbrauchern innerhalb des Systems. Auch an den Kontaktstellen wie Steckern, Kontaktstiften, Klemmleisten und Lötstellen sollten die Verbindungen sehr niederohmig sein.
Bei High End Geräten kommt noch hinzu, dass auf der einen Seite zwar die Störsignale beseitigt werden müssen, das Nutzsignal aber möglichst nicht verändert oder beschädigt werden darf. Ganz besonders zu achten ist in diesem Zusammenhang auf das Zeitverhalten und den Frequenzgang des Systems.
Es gibt viele Möglichkeiten, den Musikgenuss zu stören und zu behindern, es gibt aber auch sehr viele Möglichkeiten diese Störungen zu eliminieren. Viel Erfahrung aber auch viel Geduld sind in jedem Falle erforderlich.

Siegbert Tessendorf
Entwicklung TE Audio Systeme
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