Brumm-Ex

Audiokarten ohne Brummschleife in Studio-Equipment einbinden

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Der in Deutschland vorgeschriebene Schutzleiter vereitelt gern die brumm- und störungsfreie Ein-bindung eines Rechners in eine bestehende Audio-Anlage. Abhilfe schafft die strikte galvanische Trennung der Signalmassen über Audio-Über-trager - in unserem Projekt sogar mit Tonstudio-kompatiblen symmetrischen Ein- und Ausgängen.

Wer mit einem analogen Signal in den Rechner will, bekommt es früher oder später mit dem Phänomen der Masse- oder Brummschleife zu tun: Ausgleichsströme über den Schutzleiter lassen diesen zum „Schmutzleiter“ werden, weil sich der vagabundierende Netz-Wechselstrom gern als tiefer Brummton auf die Audio-Eingänge legt. Das passiert, wenn man nicht gleich auf eine digitale, potentialgetrennte Übertragung umsteigt, auch den besten Soundkarten, denn eine magnetisch induzierte Brummspannung lässt sich nicht abschirmen. Gerade in älteren Lichtnetz-Installationen mit „klassisch genulltem“ (und damit nicht ganz potentialfreiem) Schutzkontakt kann das Brumm-Problem nervtötend werden. Der Ausgleichsstrom sucht sich leider nicht nur den kürzesten Weg, Ursache für eine Masseschleife kann auch eine harmlos aussehende Antennen- oder Videoleitung sein, die am anderen Ende irgendwo geerdet ist.

Ausgänge von üblichen Stereoanlagen und Soundkarten sind Spannungsquellen. Die Verbindung findet über zwei Leiter statt, damit der Stromkreis geschlossen werden kann: Der innere Leiter geschirmter Leitungen verbindet Ausgangspin und Eingangspin, die Abschirmung üblicherweise die beiden Gerätemassen und sorgt für den Schluss des Stromkreises. Man spricht in dem hier beschriebenen Fall von einer unsymmetrischen Signalführung. Ihr Nachteil ist der Verzicht auf die galvanische Trennung der Gerätemassen und damit die Anfälligkeit für Brummschleifen.

In der professionellen Audiotechnik, also im Studio- und Bühnenbetrieb, sind unsymmetrische Signalführungen eher unüblich. Man verwendet stattdessen eine symmetrische Leitungsführung, die den großen Vorteil besitzt, frei von Erdpotenzialen zu sein. Dadurch sind Masseschleifen, die Brummen einstreuen können, technisch ausgeschlossen. Üblicherweise benutzt man kleine, spezielle Transformatoren (Übertrager) für die Symmetrierung der Ein- und Ausgänge. Deren getrennte Wicklungen sorgen nebenbei für die galvanische Trennung der Gerätemassen und Signalwege. Das sicherste Verfahren, einer Soundkarte das Brummen abzugewöhnen, ist also das Zwischenschalten von Audio-Übertragern in jeden Signalweg.

Im Selbstbau hat man sogar die Wahl, die Ein- und Ausgänge symmetrisch (Studio-Betrieb) oder unsymmetrisch (Heim-Stereoanlage) zu schalten, und man kann qualitativ hochwertigste Bauteile aussuchen, die im fertigen Übertrager-Kästchen vom Elektronik-Höker sicher nicht zu finden sind. Billiger wird der Selbstbau damit allerdings nicht: Audio-Transformatoren müssen das gesamte Spektrum von 20 Hz bis 20 kHz übertragen können und dürfen vor allem nicht das Signal verzerren, was bedeutet, dass ihr Kernmaterial im linearen Bereich seiner Magnetisierungskennlinie betrieben werden muss. Nur wenige Hersteller verstehen sich auf die Fertigung hochwertiger Audio-Trafos, und noch seltener sind sie im freien Handel zu finden.

In der professionellen Studiotechnik sind hier Transformatoren üblich, die Audiosignale bis zu einem Effektivwert von 6 V übertragen. So viel braucht eine Soundkarte, die nur Line-Pegel verarbeitet, natürlich nicht: Ein Pegel von 0 dB entspricht hier einem Spannungswert von rund 0,7 V. Kann der Trafo das Doppelte, ist man auf der sicheren Seite und darf bis +6 dB übersteuern, ohne dass der Audiotrafo den Signalpegel übelnimmt. Unser Projekt verwendet vier Audiotransformatoren vom Typ NTE 4 des Herstellers Neutrik, jeweils zwei für die Ein- und Ausgänge der Soundkarte. Diese Trafos sind zum Beispiel bei Conrad unter der Bestellnummer 515952 erhältlich; sie weisen ein Übersetzungsverhältnis von 1 zu 4 auf, was für Hochpegel-Anwendungen im Studiobereich von Vorteil ist.

Wir haben eine kleine Schaltung entwickelt, um sowohl den Line-Ausgang der Soundkarte mit einem Line-Eingang der HiFi-Anlage als auch einen Line-Ausgang der HiFi-Anlage mit dem Line-Eingang der Soundkarte verbinden zu können. Die einseitig layoutete Leiterplatte enthält neben den vier Audiotrafos zwei Stereovorverstärker zur Pegel- und Impedanzangleichung und ein kleines Netzteil, aufgebaut mit einem Brückengleichrichter und einem Spannungsregler vom Typ 7812. Der nachgeschaltete 10-Ohm-Widerstand mit dem 100-µF-Kondensator bildet einen Tiefpass und soll Rauschspannungen mindern, die manche Festspannungsregler erzeugen. Die beiden keramischen Kondensatoren an den Anschlüssen des Spannungsreglers verhindern übrigens wilde Schwingungen und dürfen unter keinen Umständen weggelassen werden. Durch den Gleichrichter können sowohl Wechsel- als auch Gleichspannungs-Steckernetzteile verwendet werden, wichtig sind nur eine (unstabilisierte) Ausgangsspannung von 15 bis 20 V (nachmessen!) und eine Belastbarkeit von 100 mA.

Das Herz des Verstärkers sind zwei Doppel-Operationsverstärker (OpAmps). Wir haben uns auf die sichere Seite geschlagen und mit dem NE5532A einen sehr billigen und doch recht rauscharmen Typ gewählt, exklusive Doppel-OpAmps mit noch geringerem Rauschen (zum zehnfachen Preis) tun es natürlich auch. Die Verstärkung der Anpassungsstufen liegt ungefähr bei Faktor zehn, obwohl der Faktor vier zum Ausgleich des Trafo-Übersetzungsverhältnisses reicht. Falls also die Ein- und Ausgänge von Soundkarte und HiFi-Anlage mal nicht genau der Line-Spezifikation entsprechen, hat man noch einige Reserven. Die Trimmer an den Eingängen des Soundkartenkopplers wirken wie Lautstärkeregler und müssen bei Inbetriebnahme des Gerätes auf die gewünschten Pegel eingestellt werden.

Zu beachten ist, dass die Trafo-Spulen nicht verpolt werden, weil sonst kein Stereoeffekt mehr hörbar wird und Signalauslöschungen auftreten. Die Montage der vier Audiotransformatoren ist etwas knifflig, denn sie haben keine Anschlusspins zum Einlöten auf Leiterplatten. Sinnvollerweise werden deshalb zunächst die Anschlussleitungen auf eine Länge von rund zwei Zentimetern gekürzt, an den Enden abisoliert, verzinnt und mit ihren Lötaugen auf der Platine verlötet. Der Trafo selbst ist so klein und leicht, dass er sich bequem mit einigen Tropfen Sekundenkleber befestigen lässt.

Praktiker können die einseitige Leiterplatte mit dem online verfügbaren Layout (siehe Soft-Link) bequem selbst anfertigen, die Einfachheit der Schaltung lässt aber auch den Aufbau auf einer Lochraster-Platte zu; orientieren Sie sich dabei an der Leitungsführung des Layouts. Für den Aufbau des Gerätes empfehlen sich handelsübliche, abschirmende Metallgehäuse mit Seitenteilen aus Kunststoff, welche die vier oder acht Cinchbuchsen und die Netzteilbuchse aufnehmen. Der Kunststoff isoliert die metallenen Cinchbuchsen voneinander. Das ist wichtig, um die sorgfältig herausgebastelte Masseschleife nicht doch durch eine Metallplatte wieder einzuführen. Wer will, kann natürlich auch symmetrisch angeschlossene XLR-Buchsen verwenden und der Sache einen professionellen Touch geben; die massefreien Übertrager lassen beide Varianten zu. (cm)

www.ct.de/0418174

Stückliste
Br1 B40C800 Gleichrichter
IC1 78L12 Spannungsregler
OP1,2 OpAmp
NE5532A DIL
OP3,4 OpAmp
NE5532A DIL
C1, C2, C12, C13 15p keram.
C3, C4 7µ/16V Elko
C8 Elko
1000µ/35V
C9, C10 100n keram.
C5, C14, C15, C19 100µ/16V Elko
C6, C7, C17, C18 10µ/16V Elko
P1...P4 Trimmpoti 10k
R1, R2 22k (alle Rs Metallfilm)
R3, R4 15k
R5, R6, R14, R15 220k
R7, R8 47k
R9 10 Ohm
R10, R11 22k
Tr1...4 Audioübertrager
NTE 4 (Conrad-Bestellnummer 515952)
J1...J8 Cinchbuchse o. XLR
18 Lötnägel, 1 Leiterplatte 110 x 60 mm