Au­dio-Wis­sen: Ver­zer­run­gen

Die Mit­tel­deut­schen HiFi-Ta­ge sind er­folg­reich ab­sol­viert und so stür­zen wir uns di­rekt wie­der ins Ton­ge­tüm­mel. Dies­mal be­fas­sen wir uns mit ei­nem Be­griff, mit dem die meis­ten HiFi-Her­stel­ler schein­bar mög­lichst we­nig zu tun ha­ben wol­len. Es geht um Ver­ze

Der Fachhandler - - Inhalt - Jörg Schu­ma­cher

Ein al­tes Pro­blem mit neu­en Lö­sun­gen – Hin­ter­grund­wis­sen für Au­dio­fans

Schließ­lich wer­den Pro­duk­te im­mer wie­der mit ih­rer ver­zer­rungs­ar­men Wie­der­ga­be be­wor­ben. Ganz an­ders sieht das zum Bei­spiel bei Gi­tar­ris­ten aus. Die kau­fen sich so­gar ex­tra Ef­fekt­ge­rä­te, die Ver­zer­run­gen her­vor­ru­fen und be­ti­teln ih­ren Sound dann mit so schmuck­vol­len Ad­jek­ti­ven wie „dick“, „cre­mig“oder gar „bra­chi­al“. Auch vie­le Ton­tech­ni­ker setz­ten bei der Ab­mi­schung von Mehr­spur­auf­nah­men Ver­zer­rung als Ef­fekt ein. Et­wa um Ge­s­angs­spu­ren mehr Prä­senz zu ver­lei­hen. Aber was ge­nau ist Ver­zer­rung ei­gent­lich? Und wie kann es sein, dass man sich so un­eins dar­über ist, ob Ver­zer­rung jetzt gut oder schlecht ist? Geht doch schließ­lich im­mer um Mu­sik, oder? Wie ge­wohnt, ist die Ant­wort nicht ganz so ein­fach.

Gera­de oder Kur­ve?

Und wie nicht an­ders zu er­war­ten auf den Sei­ten die­ser Ko­lum­ne, müs­sen wir zur Klä­rung et­was aus­ho­len. Al­so los: Je­de Kom­po­nen­te der hei­mi­schen An­la­ge, egal ob der Ver­stär­ker, der Plat­ten­spie­ler, oder die Laut­spre­cher las­sen sich, ob ein­zeln oder im Ver­bund be­trach­tet, aus elek­tro­tech­ni­scher Sicht als Sys­tem ver­ste­hen und be­schrei­ben. Sie al­le über­tra­gen ein Si­gnal, in un­se­ren Be­trach­tun­gen in Form ei­ner Wech­sel­span­nung (U). Was uns nun in­ter­es­siert, ist, wie das Sys­tem das an­lie­gen­de Si­gnal über­trägt. Dies lässt sich über die so­ge­nann­te Über­tra­gungs­funk­ti­on be­schrei­ben, wel­che ma­the-

ma­tisch den Zu­sam­men­hang zwi­schen zwei Grö­ßen be­schreibt, zwi­schen de­nen das Si­gnal über­tra­gen wird. Oder an­ders ge­sagt, be­schreibt sie das Ver­hält­nis zwi­schen Ein­gangs- und Aus­gangs­si­gnal ei­nes Ge­rä­tes. Die Über­tra­gungs­funk­ti­on wird mit dem For­mel­zei­chen H an­ge­ge­ben. In ih­rer ein­fachs­ten Form kann man sie wie folgt schrei­ben: H = Ein­gang/ Aus­gang. Ver­hal­ten sich die bei­den Grö­ßen pro­por­tio­nal zu­ein­an­der, las­sen sich al­so durch ei­ne Gera­de be­schrei­ben, so spricht man von ei­ner li­nea­ren Über­tra­gungs­funk­ti­on. Im Fal­le ei­ner idea­len Über­tra­gung gilt H = 1, was so viel be­deu­tet, dass das Ein­gangs­si­gnal un­ver­än­dert an Aus­gang aus­ge­ge­ben wird. Ei­ne Über­tra­gungs­funk­ti­on von

H = 2 wür­de ei­ne Ver­stär­kung um den Fak­tor 2 der Ein­gangs­span­nung be­deu­ten und H = 0,5 gibt ei­ne Dämp­fung der Ein­gangs­span­nung um die Hälf­te an. So­weit, so klar. Na­tür­lich stellt die­se Art der Be­trach­tung ein star­ke Ver­ein­fa­chung der Rea­li­tät dar, in wel­cher die Sys­te­me fre­quenz­ab­hän­gig ar­bei­ten. Ist der Über­tra­gungs­fak­tor für al­le zu über­tra­gen­den Fre­quen­zen gleich, be­deu­tet dies ei­nen li­nea­ren Fre­quenz­gang des Sys­tems. Ist das Ver­hält­nis zwi­schen Ein­gangs- und Aus­gangs­span­nung für al­le Fre­quen­zen pro­por­tio­nal, aber die Stei­gung der Gera­den der Über­tra­gungs­funk­ti­on va­ri­iert, so spricht man im­mer noch von ei­ner li­nea­ren Über­tra­gungs­funk­ti­on. Je­doch ent­steht hier ei­ne so­ge­nann­te li­nea­re Ver­zer­rung, was ei­ne Ver­än­de­rung im Fre­quenz­gang des Ein­gangs­si­gnals be­deu­tet. Zu­sam­men­ge­fasst be­zeich­net der Be­griff li­nea­re Ver­zer­rung ei­ne fre­quenz­ab­hän­gi­ge Dämp­fung oder Ver­stär­kung der Ein­gangs­span­nung. Letzt­lich än­dert sich hier al­so die Am­pli­tu­de be­stimm­ter Fre­quenz­an­tei­le des an­lie­gen­den Si­gnals. Bei­spie­le für Sys­te­me in de­nen es zu li­nea­ren Ver­zer­run­gen kommt, sind zum Bei­spiel Fil­ter und Equa­li­zer. Die­se kön­nen al­so durch­aus ge­wollt sein. An­de­rer­seits gibt es auch Sys­te­me bei de­nen die Ein- und Aus­gangs­grö­ße nicht in ei­nem li­nea­ren Ver­hält­nis zu­ein­an­der ste­hen. In die­sem Fall han­delt es sich al­so um ein Ge­rät oder ei­ne Bau­grup­pe mit ei­ner nicht li­nea­ren Über­tra­gungs­funk­ti­on, be­zie­hungs­wei­se Kenn­li­nie. Dies kann na­tür­lich ei­ner­seits der Fall sein, wenn das Sys­tem schon kon­struk­ti­ons­be­dingt ei­ne

nicht li­nea­re Kenn­li­nie be­sitzt, oder aber wenn in ei­nem ei­gent­lich li­nea­ren Sys­tem aus tech­ni­scher Sicht ei­ne Fehl­funk­ti­on auf­tritt. Ein Bei­spiel für den letz­te­ren Fall wä­re das so­ge­nann­te Über­steu­ern, oder auch Clip­ping. Bei die­sem über­schrei­tet ent­we­der die an­lie­gen­de Ein­gangs­span­nung, oder die in­ner­halb des Ge­rä­tes er­zeug­te Ver­stär­kung des Si­gnals, die Spe­zi­fi­ka­ti­on des je­wei­li­gen Sys­tems. Dies hat zur Fol­ge, dass ab ei­ner ge­wis­sen Ein­gangs­span­nung, so­wohl für po­si­ti­ve als auch ne­ga­ti­ve Be­rei­che der Wech­sel­span­nung, kei­ne er­höh­te Aus­gangs­span­nung mehr aus­ge­ge­ben wird. Ei­ne nicht li­nea­re Kenn­li­nie hat in je­dem Fall nicht li­nea­re Ver­zer­run­gen zur Fol­ge. Nicht li­nea­re Ver­zer­run­gen zeich­nen sich da­durch aus, dass durch sie neue Ober­tö­ne ent­ste­hen, die so vor­her nicht im ur­sprüng­li­chen Si­gnal ent­hal­ten wa­ren. Die Kur­ven­form des Si­gnals, und da­mit auch sein Fre­quenz­spek­trum, än­dert sich da­bei in Ab­hän­gig­keit von sei­ner Am­pli­tu­de. Die Art der ent­ste­hen­den Ober­tö­ne ist ab­hän­gig von der Form der Kenn­li­nie. Man un­ter­schei­det, ne­ben den schon be­kann­ten li­nea­ren Kenn­li­ni­en, zwi­schen qua­dra­ti­schen und ku­bi­schen Kur­ven­ver­läu­fen. Meis­tens fin­det man qua­dra­ti­sche und ku­bi­sche Kenn­li­ni­en nicht in ih­rer ar­che­ty­pi­schen Form, son­dern in va­ri­ie­ren­den Misch­for­men aus je­weils zwei oder al­len ge­nann­ten Ver­laufs­for­men.

Neue Ober­tö­ne

Den­noch lässt sich zur Ver­deut­li­chung der Ein­fluss der Kenn­li­nie auf die Ent­ste­hung von Ober­tö­nen in die­sem Zu­sam­men­hang am bes­ten un­ter Be­zug auf die rei­nen Kur­ven­for­men er­klä­ren. Als Ober­tö­ne be­zeich­net man ja be­kann­ter­wei­se ganz­zah­li­ge Viel­fa­che ei­ner Gr­und­fre­quenz. Manch­mal wer­den die­se auch Har­mo­ni­sche ge­nannt. Ver­zerrt man al­so ei­nen ein­zel­nen Si­nus­ton mit der Fre­quenz f1 so ent­ste­hen da­durch neue Schwin­gun­gen mit den Fre­quen­zen 2f1, 3f1, 4f1 und so wei­ter. Sys­te­me mit ei­ner qua­dra­ti­schen Kenn­li­nie er­zeu­gen nur ge­rad­zah­li­ge Ober­tö­ne (2f1, 4f1, 6f1 usw.). Bei ei­ner ku­bi­schen Kenn­li­nie hin­ge­gen ent­ste­hen aus­schließ­lich un­ge­ra­de Har­mo­ni­sche (3f1, 5f1, 7f1 usw.). Dem­ent­spre­chend un­ter­schei­den sich auch die Kur­ven­for­men der Aus­gangs­si­gna­le. Sys­te­me mit qua­dra­ti­schen Kenn­li­ni­en ver­ur­sa­chen sym­me­tri­sche Ver­zer­run­gen. Das heißt, der po­si­ti­ve und der ne­ga­ti­ve Teil der Aus­gangs­schwin­gung un­ter­schei­den sich teils stark, wäh­rend ku­bi­sche Kenn­li­ni­en sym­me­tri­sche Ver­zer­run­gen her­vor­ru­fen. Der po­si­ti­ve und ne­ga­ti­ve

Teil der aus­ge­hen­den Schwin­gung ist in die­sem Fall über den Null­punkt der Zeit­ach­se ge­spie­gelt. Und an die­ser Stel­le wol­len wir für die­se Aus­ga­be erst mal Schluss ma­chen. Aber das war es noch lan­ge nicht mit dem The­ma Ver­zer­rung. In der nächs­ten Epi­so­de von Dr. Ton be­fas­sen wir uns dann aus­führ­lich mit dem THD-Wert und da­mit, was mit kom­ple­xe­ren Si­gna­len in nicht li­nea­ren Sy­te­men pas­siert. Doch bis da­hin wün­schen wir Ih­nen ei­ne ver­zer­rungs­freie, wohl­ki­lin­gen­de und ent­spann­te Weih­nachts­zeit.

Nicht li­nea­re Kenn­li­ni­en kön­nen so­wohl qua­dra­ti­sche als auch ku­bi­sche Ver­läu­fe auf­wei­sen, wo­bei qua­dra­ti­sche in der Rea­li­tät meist mit li­nea­ren Kenn­li­ni­en über­la­gert vor­kom­men

Die Ab­bil­dung zei­gen bei­spiel­haft die Kenn­li­ni­en li­nea­rer Über­tra­gungs­funk­tio­nen mit ver­schie­de­nen Fak­to­ren

Qua­dra­ti­sche Kenn­li­ni­en ver­ur­sa­chen un­sym­me­tri­sche Ver­zer­run­gen und ge­rad­zah­li­gen Ober­tö­nen, wäh­rend ku­bi­sche Kenn­li­ni­en in sym­me­tri­schen Ver­zer­run­gen und un­ge­rad­zah­li­gen Har­mo­ni­schen re­sul­tie­ren.

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