technik

Störungen durch Brummschleifen (Groundloops):

Werden mehrere Geräte miteinander verbunden, ist oft ein Brummen zu hören, das bei Einzelbetrieb nicht da war. Durch mehrfache Masseverbindung entstehen Brummschleifen (auch Masseschleifen oder Groundloops genannt).

• Wie entsteht eine Brummschleife?
• Was hilft gegen Brummschleifen?
• 1. Elektrische / transformatorische Symmetrierung
• 2. Masse auftrennen mit Übertragern, DI-Boxen
• 3. Masse auftrennen, sonstige Möglichkeiten
• 4. Massewiderstand erhöhen
• 5. Netz-Phase umdrehen

und die gefährlichen Varianten:

• 6. Schutzerde mit Phase verbinden per Ground-Schalter
• 7. Schutzerde auftrennen mit Groundlift-Schalter
• Anmerkung zum Schutzleiter

Wie entsteht eine Brummschleife?

Werden zwei Geräte mit einem Audiokabel verbunden, sind sie über die Signalleitung einmal, über die Masseleitung aber zweimal miteinander verbunden:
einmal über die Masse des Signalkabels (die über die Abschirmung geführt wird), dazu noch über den Schutzleiter des Netzkabels. Sind die Geräte im gleichen 19Zoll-Rack eingebaut, kommt noch eine dritte Verbindung über die Alurackschienen hinzu.

Es gibt dann mehrere Ursachen, die das Brummen hervorrufen können:

• Geringste Pegeldifferenzen auf den Massepotenzialen, hervorgerufen durch Restströme, Feldeinstreuungen, etc. im Gerät.
• Geringste Pegeldifferenzen auf den Massepotenzialen, hervorgerufen durch Aufhebung der sternförmigen Erdung. Die sternförmige Erdung wird in elektronischen Geräten angewendet, um möglichst wenige Störungen zu produzieren. Die Masseleitungen aller Stufen des Gerätes laufen sternförmig auf einen Punkt zu und dieser wird dann geerdet.
  Durch Mehrfachmasseverbindung wird nun doch eine "Sternzacke" mit einer anderen verbunden und das ergibt Störspannungen.

Sind es Geräte, die auf Linepegel (ca. 1 Volt) arbeiten, sind die störenden Auswirkungen meist nicht so groß, d.h. bei Rack-Effektgeräten, Endstufen, Synthies, Ausgängen von Mixern und Insertwegen ist erfreulicherweise oft keine große Verschlechterung zu hören.

Kritisch werden die Störungen jedoch bei allen Geräten mit hoch empfindlichen Eingängen für Mikrofone oder Pickups, also bei Verstärkern. Gitarrenverstärker im Overdrive-Betrieb verstärken geringste Nebengeräusche bis zu 40.000fach: Das Brummen wird unüberhörbar.
Werden die Brummschleifen in Geräten vor dem Verstärker erzeugt, kann das Brummen lauter werden als das Instrumentalsignal.

Was hilft gegen Brummschleifen?

Es gibt keine allgemeingültige Abhilfe! Störungen von Groundloops treten nicht immer auf. Manchmal sind bei der Kombination von manchen Geräten nur schwach, bei der Kombinationen von anderen umso stärker, bei mehreren Geräten wird es noch schwieriger.
Ein Beispiel dafür: Eine Gitarre, zwei (Pre)amps und ein Effektgerät/Endstufe. Wer sich das aufzeichnet wird feststellen, dass in diesem Fall die Amps dreimal massemäßig miteinander verbunden sind, am Input, am Output und über das Netz! Hier helfen eigentlich nur noch Looper, die die Massen mitschalten, die gibt es aber nur noch selten, meist gebraucht.

Groundloops sind diffizil, wenn die angeführten Tricks nicht helfen, am besten einen Fachmann mit Rackerfahrung aufsuchen. Es ist eine "trial and error" Wissenschaft, die nur wenige richtig beherrschen.

1. Elektrische / transformatorische Symmetrierung:

In der professionellen Technik werden statt der zweiadrigen Audioanschlüsse (z.B. Klinkenkabel) dreiadrige (wie XLR-Kabel) benutzt. Dabei liegt das Audiosignal im Original und um 180 Grad phasenverschoben vor, die 3.Leitung ist Masse. Dies nennt man symmetrisch im Gegensatz zu unsymmetrisch bei der 2poligen Klinkenverbindung. Diese Symmetrierung kann elektronisch mit ICs oder mit Übertragern erfolgen. Somit ist es möglich, das Signal massefrei nur mit den zwei phasenverschobenen Signalen zu übertragen; die Masse dient nur der Abschirmung. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich Störeinstreuungen, die auf das Kabel einwirken, auslöschen. Bei niedrigen Impedanzen (Widerständen) wie in Solid-State-Geräten, Mikrofonen, LineIn, LineOut, etc. ist eine Nachrüstung im Gerät möglich, es gibt im Handel auch fertige Adapter von Klinke auf XLR und zurück mit eingebautem Übertrager in einem Metallgehäuse, die man einfach zwischen Buchsen und Kabel einschleift. Für die hohen Impedanzen bei Röhrenamps ist dies allerdings kaum anwendbar.

2. Masse auftrennen mit Übertragern, DI-Boxen:

Hierbei wird die Masse mit einem Übertrager oder einer DI-Box aufgetrennt, das Kabel bleibt aber zweipolig. Auch hier kann eine Nachrüstung mit Übertragern im Gerät erfolgen oder mit Adaptern gemacht werden.
Für die hohen Impedanzen bei Röhrenamps sind Übertrager aber kaum zu verwenden.
Hier können aktive DI-Boxen, die das Signal vorher hochohmig buffern, helfen. Bei älteren Verstärkern kann dies allerdings zu Verzerrungen führen, da die Pegel des Amps sehr hoch sind (>=10 Volt) und die batteriebetriebene DI-Box nur kleine Pegel unverzerrt überträgt.

a) Beim Einbau ins Rack auf beiden Seiten die Frontplatte von der Rackschiene und die Befestigungsschraube von der Frontplatte durch geeignete Plastikteile voneinander isolieren - Isoliersätze gibt es im Musikfachhandel.

b) Da oben genannte Pegeldifferenzen auf den Massepotenzialen, die zu Groundloops führen, sehr klein sind, kann man sich eines Tricks bei der Schutzerdung bedienen:

Sie wird nicht direkt angeschlossen, sondern über eine Schaltung von 2 antiparallelen Dioden und eventuellem Parallel-Widerstand und -Kondensator. Da die Dioden erst ab ca 0,5 Volt leiten, sind sie für die geringen Pegeldifferenzen der Massepotenziale noch nicht leitend und führen damit zu keiner Brummschleife.
Die Sicherheit der Schutzerdung ist aber weiterhin gewährleistet, da schon ab 0,5 Volt wieder volle Erdung besteht.
Das wird schon häufig in Industriegeräten angewandt, eine Nachrüstung sollte aber nur vom Fachmann gemacht werden, da spezielle Bauteile erforderlich sind.

c) Wird z.B. ein Effektgerät über Send-Return angeschlossen und es entsteht ein Brummschleife, kann man folgendes versuchen:

Bei einem der beiden Klinkenkabel durchtrennt man die Abschirmung des Kabels in einem Stecker. Eine der beiden Audio-Masseverbindungen ist noch intakt, aber es ist eine gemeinsame Erdung weniger. Ob bei Send oder Return muss ausprobiert werden.

4. Massewiderstand erhöhen:

Eine von manchen guten Amp-Produzenten schon serienmäßig benutzte Variante ist das Einfügen von niederohmigen Widerständen an bestimmten Massepunkten (Insertwege o.ä.). Eine elegante Lösung, die allerdings genaue Sachkenntnis erfordert und nachträglich nur von qualifizierten Technikern ausgeführt werden sollte.

Selbst versuchen kann man folgendes:
Bei einem der Klinkenkabel durchtrennt man die Abschirmung des Kabels in einem Stecker und verbindet sie wieder über einen kleinen 0,4 Watt 10 Ohm-Widerstand.

5. Netz-Phase umdrehen:

Einfach den Netzstecker eines der Geräte umgekehrt in die Steckdose stecken. Das hilft manchmal, weil die Störspannungen sich durch Phasenauslöschung verringern können.

6. Schutzerde mit NL/Phase verbinden mit Ground-Schalter:

Eine schmutzige, lebensgefährliche Lösung wird mit dem Groundschalter mancher Hersteller angeboten. Hier wird mit einem Schalter die Möglichkeit geboten, den Null-Leiter oder die Phase der Netzspannung über einen Kondensator an die Gerätemasse zu legen. Sollte dieser Kondensator z.B. durch Überspannung defekt werden besteht akute Lebensgefahr! Auf keinen Fall benutzen (meist die Mittelstellung des Schalters), am besten durch Fachmann ausbauen lassen.

7. Schutzerde auftrennen mit Groundlift-Schalter:

Noch schmutziger und lebensgefährlicher (Pfui Teufel) ist der Groundliftschalter, der schon so manchen Musiker zur Strecke gebracht hat. Er trennt die Schutzerde komplett von der Gerätemasse ab. Das führt dann dazu, dass der nicht mehr geerdete Gitarrist über die Lippen am Mikrofon mit der geerdeten PA verbunden wird. Wer also jung sterben will (only the good die young), sollte diese Lösung wählen. Ansonsten sofort ausbauen lassen!!!

Eine Anmerkung zum Schutzleiter:

ACHTUNG: Wenn beim Berühren eines Gerätes oder beim gleichzeigen Berühren mehrerer Geräte mit Händen oder Lippen ein KRIBBELN oder PRICKELN auftritt, SOFORT AUFHÖREN und die Erdung der Geräte oder des Stromnetzes überprüfen!

Die Schutzleitung des 3poligen Schuko-Steckers ist dazu da, den User vor lebensgefährlichen Stromschlägen zu bewahren. Die Masse und das Gehäuse des Gerätes sind mit dem Schutzleiter des Netzkabel (gelb/grün) verbunden.
Tritt nun ein Defekt im Gerät auf, der eine gefährliche Spannung mit dem Gehäuse/der Masse verbindet, wird diese Spannung über den Schutzleiter abgeleitet und führt zu einem Kurzschluss, der die Sicherung durchbrennt, die Spannung damit abschaltet und so den User rettet. Da das bei hohem Körperstrom einige Zeit dauert, ist das nicht 100%ig sicher, verhindert jedoch, dass jemand lange an der Spannung hängen bleibt.
Viel sicherer sind Fehler-Strom-Schutzschalter, die schon bei kleinen Fehlströmen von 30 Milli-Ampere schnell das Netz abschalten. Kosten ca. 60 Euro, erfordern keine Montage und sollten in keinem Proberaum fehlen!!!

Aber es gibt doch elektrische Geräte, die gar keinen Schuko- sondern einen zweipoligen Flachstecker (Eurostecker) haben, sind die lebensgefährlich?
Diese Stecker dürfen nur an Geräten verwendet werden, bei denen der User auf keine Weise mit der Gerätemasse in Verbindung geraten kann:
Also Plastikgehäuse, keine von aussen zugänglichen Masseanschlüsse wie Klinkenbuchsen, XLR-Buchsen, etc. Das sind z.B. Kofferadios, GhettoBlaster, Rasierer, etc.., also auf jedenfall kein Musikerequipment.