Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Optimale Eingangsimpedanz von Audioschaltungen


von Paul H. (powl)


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Hi,

auf welche Eingangsimpedanz sollte man seine Audioschaltungen eigentlich 
konzipieren so, dass man sowohl einen guten Kompromiss an Störfestigkeit 
der Signalübertragung erhält (auch wenn mal ein Kabel offen rumliegt und 
50Hz Brumm einfängt und whatever) als auch die treibenden Geräte (z.B. 
einfach nur einen mp3player) nicht zu sehr belastet?

lg PoWl

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Normalerweise sagt man, das die Eingangsimpedanz ca. 10-mal höher als 
die Quellimpedanz sein sollte. In der Studiotechnik mit ihren 600 Ohm 
Ausgangsimpedanz wären das dann 6k. Höhere Eingangsimpedanz stellt 
allerdings kein Poblem dar, nur zu niedrige sollte man vermeiden, da 
sonst die Ausgangsstufe evtl. im Frequenzgang leidet.

Das beste Mittel gegen Einstreuungen ist allerdings immer noch, 
symmetrische Technik zu verwenden.
MP3 Player sind dazu gemacht, direkt 32 Ohm Hörer zu treiben, haben also 
eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz, da brummt selbst bei langen 
Leitungen nichts rein.

von Paul H. (powl)


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d.h. wenn ich meine Audioschaltung universell halten will geh ich auf 
6kOhm Eingangsimpedanz, wenn nicht, kann ich auch gut mal auf 1kOhm 
gehen? Danke damit wäre meine Frage eigentlich schon beantwortet :)

Dachte immer, die 600Ohm beziehen sich nicht auf die Ausgangsimpedanz 
sondern auf die niedrigste Eingangsimpedanz der anzuschließenden Geräte.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Paul Hamacher schrieb:
> d.h. wenn ich meine Audioschaltung universell halten will geh ich auf
> 6kOhm Eingangsimpedanz, wenn nicht, kann ich auch gut mal auf 1kOhm
> gehen?

Naja, das hängt davon ab. Die typischen Line-In und AUX Eingänge an 
Stereoanlagen haben meistens so um die 40k-50k, um die schwachbrüstigen 
Ausgänge der Consumergeräte nicht zu belasten. Die Jungs im Studio 
fahren da andere Geschütze auf, um Anpassungsprobleme gar nicht erst 
entstehen zu lassen.

von Kai K. (klaas)


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>d.h. wenn ich meine Audioschaltung universell halten will geh ich auf
>6kOhm Eingangsimpedanz, wenn nicht, kann ich auch gut mal auf 1kOhm
>gehen?

Als einigermaßen universell würde ich >=10k Eingangsimpedanz ansehen. 
Das können wohl die meisten Ausgänge treiben. Soll ein Ausgang mehrere 
Eingänge treiben, würde ich 22...47k Eingangsimpedanz nehmen.

von Mondkalb (Gast)


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Hallo,

ich möchte mich hier mit zwei Fragen dran hängen.

Wenn ich für Audio-Anwendungen einen nicht invertierenden Verstärker 
(Opamp) verwenden will, sollte man hier auch den (sehr hohen) 
Eingangswiderstand mit einem 10k bis 50k Widerstand begrenzen?

Macht es Sinn, zusätzlich einen hochohmigen Widerstand vom Eingang gegen 
Masse zu schalten, um Störspannungen kurz zuschließen, wenn der Eingang 
offen ist?

Grüße vom Mondkalb

von Ralph B. (rberres)


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Ich würde als Eingangswiderstand mal so 100Kohm ansetzen. Bei nicht 
invertierenden OPs also einen Widerstand von 100Kohm nach Masse 
schalten.

Wichtig ist eine durchdachte Masseführung und 
Versorgungsspannungsführung, sowie Abblockung der Eingänge gegen HF 
Einstreuung.

Ralph Berres

von Kai K. (klaas)


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>Wenn ich für Audio-Anwendungen einen nicht invertierenden Verstärker
>(Opamp) verwenden will, sollte man hier auch den (sehr hohen)
>Eingangswiderstand mit einem 10k bis 50k Widerstand begrenzen?

Ja. Der Eingangswiderstand sollte immer so hochohmig wie nötig und so 
niederohmig wie möglich gewählt werden, weil der Eingang um so 
störmempfindlicher wird, je hochohmiger er gewählt ist.

>Macht es Sinn, zusätzlich einen hochohmigen Widerstand vom Eingang gegen
>Masse zu schalten, um Störspannungen kurz zuschließen, wenn der Eingang
>offen ist?

Nein. Manchmal hat man aber einen Hochpaß-Cap in Serie zum 10...50k 
Eingangswiderstand, dem man eingangsseitig einen zusätzlichen Widerstand 
nach Masse spendiert, damit der sich entladen kann, wenn nichts 
angeschlossen ist. Die Parallelschaltung beider Widerstände ergibt dann 
die Eingangsimpedanz. Also, bei 100k/2µ2/100k beispielsweise, ergibt 
sich bei mittleren und hohen Frequenzen 50k Eingangsimpedanz, die bei 
niedrigen Frequenzen auf 100k ansteigt.

Wie aber Ralph schon gesagt hat, gibt es oft zusätzlichen Bedarf für 
Bauteile am Eingang, um ein Tiefpaßfilter zu realisieren und den Eingang 
zu schützen.

von Tom K. (ez81)


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Paul Hamacher schrieb:
> Dachte immer, die 600Ohm beziehen sich nicht auf die Ausgangsimpedanz
> sondern auf die niedrigste Eingangsimpedanz der anzuschließenden Geräte.

Die amerikanische Audiostudiotechnik hat sich aus der Telefontechnik 
entwickelt, weshalb dort bis in die 60er traditionell Leistungsanpassung 
mit 600 Ohm betrieben wurde. Auf dieser Seite des Atlantiks war das nie 
relevant, seit dem Halbleiterzeitalter hatte man üblicherweise 10Ohm 
Ausgangsimpedanz (mit 150Ohm Mindestlast) und >10k Eingangsimpedanz (im 
Consumerbereich jeweils eine Größenordnung höher). Die berühmten 600 Ohm 
findet man nur noch in schlechten Büchern/Artikeln und als diffuse 
Assoziation mit "Audio" durch viele Hinterköpfe schwirrend.

von Paul H. (powl)


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Ahhh... und ich hab mich schon ziemlich gewundert, was es denn für einen 
Zweck haben soll, die Ausgangsimpedanz der Audiogeräte künstlich so weit 
nach oben zu setzen.

von René S. (thebit)


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Hier mal eine Übersicht über Impedanzen in der professionellen 
Studiotechnik laut IRT Pflichtenheft.

http://www.sengpielaudio.com/GroesseDerImpedanzen.pdf

In Deutschland ist bei professionellen Studios immer noch +6dBu (ARD 
Studiopegel) Standard. Das entspricht 1.55V(eff. Das u heißt hier 
"unloaded" also das die Senke unspezifiziert und hochohmig ist)
0dBu = 0,775V
Der Homerecording Pegel liegt bei -10dBV (0,3162 Volt) das entspricht 
-7,78dBu
Das V im Index bedeutet dabei bezogen auf 1V also 0dBV = 1V

Hier mal eine Berechnungsseite mit Erklärung dazu:

http://www.sengpielaudio.com/Rechner-db-volt.htm

von Kai K. (klaas)


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>Die berühmten 600 Ohm findet man nur noch in schlechten Büchern/Artikeln
>und als diffuse Assoziation mit "Audio" durch viele Hinterköpfe
>schwirrend.

In der Tonstudiotechnik und im Rundfunkbereich war die Verwendung der 
600R Technik nicht nur weit verbreitet, sondern auch Pflicht.

Viele Effektgeräte aus der Zeit hatten einen 600R Eingang und konnten 
600R Lasten treiben:

http://www.purpleaudio.com/product/PurpleMC77v34.pdf

von Ralph B. (rberres)


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Kai Klaas schrieb:
> Viele Effektgeräte aus der Zeit hatten einen 600R Eingang und konnten
>
> 600R Lasten treiben:

Die 600 Ohm stammen noch aus den Anfängen der Telefonzeit.

Auch in den Studios wird heute Spannungsanpassung betrieben, weil 
anderes im NF Bereich schlicht unsinnig ist. Die Quellwiderstände der 
Lineausgänge liegen heute oft bei weniger als 50 Ohm. Die 
Eingangswiderstände in der Regel 5Kohm und mehr. Der Bezugspegel ist 
1,55V entspricht +6dbm an 600 Ohm.

Im Heimbereich ist der Bezugspegel meist -10dbm, bezogen auf 600 Ohm.

Man hätte hier vielleicht besser dbV angeben sollen., weil sich das 
nicht auf die Leistung bezieht. +6dbm ( 600R) entspricht übrigens +4dbV 
Klingelts bei manchen jetzt? diese Größe geistert nämlich auch überall 
herum.

Ralph Berres

von Tom K. (ez81)


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Kai Klaas schrieb:
> In der Tonstudiotechnik und im Rundfunkbereich war die Verwendung der
> 600R Technik nicht nur weit verbreitet, sondern auch Pflicht.

Früher in den USA. Das verlinkte Produkt ist ein Nachbau einer 60er 
-Konstruktion. Ein deutscher Kompressor/Limiter aus der Röhrenzeit (U73) 
hatte schon <40 Ohm Ausgangsimpedanz und >20k Eingangsimpedanz.

http://www.sengpielaudio.com/GeschichteDerSpannungsanpassung.pdf

>Man hätte hier vielleicht besser dbV angeben sollen., weil sich das
>nicht auf die Leistung bezieht
Dafür hat man dann dBu eingeführt, mit Spannungsbezugspegel und bei 600 
Ohm mit dBm identisch. Das falsch oder mit dem Zusatz "wenn man 600R 
hätte" versehene dBm ist aber schwer auzurotten.

von HildeK (Gast)


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Hundert oder einige hundert Ohm Ausgangsimpedanz sind sicher auch aus 
anderen Gründen gerne gewählt worden:
- ein Ausgangstreiber wird so am Leichtesten gegen Kurzschlüsse 
geschützt
- Treiber, wie z.B. OPAs, mögen selten kapazitive Lasten, die oft schon 
durch Kabel unbekannter Länge hinzukommen. 100R in Serie verhindern 
wirkungsvoll eine Schwingneigung.

Es gab auch noch die DIN-Buchse mit ganz anderer Technik. Soweit ich 
mich erinnere waren das sehr hochohmige Ausgänge, die aber auf einen 
sehr niederohmigen Eingang gingen. Solche Ausgänge können die heute 
üblichen Audioeingänge nicht brauchbar treiben, ebenso können solche 
Eingänge nicht von z.B. Chinch-Ausgängen direkt bedient werden.

von Ralph B. (rberres)


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HildeK schrieb:
> Es gab auch noch die DIN-Buchse mit ganz anderer Technik. Soweit ich
>
> mich erinnere waren das sehr hochohmige Ausgänge, die aber auf einen
>
> sehr niederohmigen Eingang gingen.

Richtig das war aber nur aufnahmeseitig so. Der Ausgang hatte einen 
Widerstand im Megohmbereich Damit konnte man auch direkt auf den 
Mikrofoneingang gehen, der die selbe Pinbelegung hatte.

Aber ich hatte die Din-Norm nie gemocht. Das war wirklich wieder so ein 
nicht zu Ende gedachtes Eigenwerk der damaligen deutschen 
Industriehoheit.

Sehr schnell hatten uns die Japaner mit der Cynchnorm ( die ja 
eigentlich aus der USA kam und sich dort RCA nennt) vorgemacht, das es 
auch besser und universeller ging. Der Anwender musste dann halt beim 
Verbinden der Geräte sein Gehirn einschalten, was oft zuviel verlangt 
war.

Die Dinbuchsen für Lautsprecher war sowieso ein Witz und wurde von der 
Hifiwelt nie angewendet.

Ralph Berres

von Gregor (Gast)


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Ralph Berres schrieb:
> Auch in den Studios wird heute Spannungsanpassung betrieben, weil
>
> anderes im NF Bereich schlicht unsinnig ist. Die Quellwiderstände der
>
> Lineausgänge liegen heute oft bei weniger als 50 Ohm

Das wollte ich aber auch gesagt haben. Gute Mikrofone haben Ausgänge von 
30-60 Ohm, wenn man die einschlägigen Seiten von Neumann, Gefell und AKG 
durchsucht. Da sitzen mit Absicht entsprechende Treiber dahinter, die 
die Kabel bedienen und die Rin der Geräte gleich mit. Die haben selten 
mehr, als 1k Eingangswiderstand. Der Vorteil dieses geringen 
Widerstandes ist die geringe Rauschemfindlichkeit, weil alles mit 
maximal 50 Ohm kurzgeschlossen ist.

Das kann man sehr schön an PA-Pultverkabelungen testen: Mit 
eingestecktem Kabel hat man bei voller Verstärkung trotz symmetrischer 
Übertragung einen prima Radioempfang, weil die Kabel zur Bühne oft >100m 
sind. Sobald dort aber ein Kondensatormikro eingesteckt wird ist Ruhe. 
Auch die Lichtanlagen und DMX-Störer können dem Signal dann wenig 
anhaben.

Nur bei den passiven (dynamischen) Spulenmikros ohne Vorverstärker sind 
250Ohm bis 600 Ohm vorzufinden, mit allen Nachteilen!

von Kai K. (klaas)


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>Das kann man sehr schön an PA-Pultverkabelungen testen: Mit
>eingestecktem Kabel hat man bei voller Verstärkung trotz symmetrischer
>Übertragung einen prima Radioempfang, weil die Kabel zur Bühne oft >100m
>sind.

Ich hatte noch nie "Radioempfang" beim Einsatz dynamischer Mikros auf 
der Bühne, auch nicht, wenn die Kabel >100m lang waren. Die Kabel und 
die Mikros dürfen natürlich nicht defekt sein und der Faradayische 
Schirm muß 100% geschlossen sein. Auch die Mischpulte selbst müssen am 
Eingang hochwertig verarbeitet sein, also kurze Verbindung vom 
Kabelschirm zum geerdeten Mischpultgehäuse ohne Pigtailing. Das 
vermeidet das bekannte "Pin 1 Problem":

http://www.audiosystemsgroup.com/Pin_1_Revisited.pdf

Wird das konsequent umgesetzt, sind HF-Demodulationen eigentlich nicht 
zu befürchten.

Ich möchte jetzt nicht die Leistungsanpassung verteidigen, aber in der 
Übertragungstechnik wurde früher mit Übertragern an Ein- und Ausgängen 
gearbeitet und wenn die für Leistungsanpassung ausgelegt waren, dann 
waren damit auch lineare Frequenzgänge und niedrige Verzerrungen 
erzielbar.

Entscheidend ist doch etwas ganz anderes, nämlich konsequent 
niederohmiger Aufbau der Verbindung. 50R Quellimpedanz und 600R 
Eingangsimpedanz ergibt eine wesentlich störungsärmere Übertragung als 
50R Quellimpedanz mit 47k Eingangsimpedanz, vor allem bei längeren 
Übertragungswegen. Jeder der einmal im Studio- oder Stagebereich tätig 
war, weiß das. Die im Consumerbereich üblichen 47...100k 
Eingangsimpedanzen funktionieren nur mit den üblichen ultrakurzen 
Verbindungskabeln von 1,20m. Wenn einmal >100m Kabellänge bewältigt 
werden muß, weiß man die erdfrei-symmetrische Übertragung mittels 
Übertragern und niederohmige Quell- und Eingangsimpedsanzen sehr zu 
schätzen. Daß dann der Frequenzgang nicht ebenso linealglatt und die 
Verzerrungen nicht ebenso ultraminimal sind wie bei einer rein 
"elektronischen" Lösung sind, ist dabei völlig wurscht.

Das IRT-Pflichtenheft schreibt erhebliche Bandbreitenbegrenzungen an 
Ein- und Ausgängen von Mischpulten vor. Auch das aus gutem Grund, um 
etwaige sich in das Mischpult hineinschummelnde HF daran zu hindern, 
sich über die Kabel weiter auszubreiten und eine Übertragung oder 
Aufnahme komplett zu ruinieren.

Im Studio- oder Stagebereich gilt der Zuverlässigkeit höchste Priorität. 
Ich habe bei etlichen Auftritten erlebt, daß oft erst nach dem 
Zwischenschalten einiger DI-Boxen in die Signalwege die Übertragung 
brummfrei war.

von Peter D. (peda)


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Die 600 Ohm beim Telefon sind notwendig, weil ja auf der selben Leitung 
in beiden Richtungen gesprochen wird.

In der Audiotechnik ist dagegen nur die Spannungsanpassung sinnvoll. 
Sonst würde ja jedesmal die Lautstärke schwanken, wenn man einen 
weiteren Eingang aufschaltet.


Peter

von J. S. (engineer) Benutzerseite


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Kai Klaas schrieb:
> Im Studio- oder Stagebereich gilt der Zuverlässigkeit höchste Priorität.
> Ich habe bei etlichen Auftritten erlebt, daß oft erst nach dem
> Zwischenschalten einiger DI-Boxen in die Signalwege die Übertragung
> brummfrei war.

Dann war das aber zuvor unsymmetrisch oder die DI-boxen haben eine Art 
gnd-lift bewirkt.

von Michael B. (laberkopp)


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AUSGANGSIMPEDANZ ist meist ein OpAmp-Ausgang ohne Widerstand,
also 20mA Strombegrenzung, was bei ungefähr 1V ungefähr 50
Ohm entspricht aber eben kein Widerstand ist.
Eingangsimpedanz ist meist 22k oder 47k, also keinesfalls eine
Leistungsanpassung aber im Rauschminimum bipolarer OpAmps liegt.
Eingänge sind kondensatorgekoppelt, also ist ein Widerstand
nach Masse sinnvoll. Das können die 22k/47k sein denn der
nachfolgende OpAmp hat quasi unendlich, oder die 22k eines
invertierenden Verstärkers (der hat kein CMMR Problem).

von Kai K. (klaas)


Angehängte Dateien:

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>AUSGANGSIMPEDANZ ist meist ein OpAmp-Ausgang ohne Widerstand,
>also 20mA Strombegrenzung, was bei ungefähr 1V ungefähr 50
>Ohm entspricht aber eben kein Widerstand ist.

??

Ein OPamp ganz ohne Schwingschutzwiderstand am Ausgang zum Entkoppeln 
von kapazitiven Lasten wird wohl so gut wie nie verwendet, nicht einmal 
in semiprofessionellen Schaltungen. Nein, nein, da ist schon ein 
richtiger Widerstand am Ausgang. Im Anhang ist ein typisches Beispiel 
gezeigt.

von Jens G. (jensig)


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@ Kai Klaas (klaas)

>Entscheidend ist doch etwas ganz anderes, nämlich konsequent
>niederohmiger Aufbau der Verbindung. 50R Quellimpedanz und 600R
>Eingangsimpedanz ergibt eine wesentlich störungsärmere Übertragung als
>50R Quellimpedanz mit 47k Eingangsimpedanz, vor allem bei längeren
>Übertragungswegen. Jeder der einmal im Studio- oder Stagebereich tätig
>war, weiß das. Die im Consumerbereich üblichen 47...100k
>Eingangsimpedanzen funktionieren nur mit den üblichen ultrakurzen
>Verbindungskabeln von 1,20m. Wenn einmal >100m Kabellänge bewältigt
>werden muß, weiß man die erdfrei-symmetrische Übertragung mittels
>Übertragern und niederohmige Quell- und Eingangsimpedsanzen sehr zu
>schätzen. Daß dann der Frequenzgang nicht ebenso linealglatt und die

Jetzt schmeißt Du einfach zu viel in einen Topf, und gibst das dann als 
Vorteil eines niederohmigen Eingangs aus.
Schließlich ist es die symmetrische Übertragung, die hier die Vorteile 
bringt, und nicht der niederohmige Eingang.
Ich hatte auch schon 50m langes abgeschirmtes Kabel genutzt (damals, in 
meiner Experimentierphase), und konnte nicht gerade feststellen, daß ein 
hochohmiger Eingang im Gegensatzt zu einem niederohmigen Eingang 
signifikante Vorteile hätte. Dagegen war der niederohmige Ausgang 
goldwert.
Denn der hochohmige Eingang wird bereits durch die 
Kabelimpedanz+Ausgangsimpedanz genügend kurzgeschlossen. Ein Eingang in 
derselben Größenordnung würde die Sache nur noch unwesentlich bis gar 
nicht verbessern (es würde ja auch die Signalspannung damit sinken - 
Gesamteffekt also eher ->0).

Eine definierte Systemimpedanz ist nur dann nötig, wenn man die max. 
Leistung übertragen will, oder wenn man an allgemein zugänglichen 
Schnittstellen direkt frequenzabhängige Glieder hat, die üblicherweise 
nur bei definierten Eingangs-/Ausgangswiderständen ihre Kenndaten 
erfüllen.

von MaWin (Gast)


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>Entscheidend ist doch etwas ganz anderes, nämlich konsequent
>niederohmiger Aufbau der Verbindung. 50R Quellimpedanz und 600R
>Eingangsimpedanz ergibt eine wesentlich störungsärmere Übertragung als
>50R Quellimpedanz mit 47k Eingangsimpedanz,

Nö.

Die 50 Ohm bestimmen, wie niederohmig die Leitung gegen Störungen 
abgeschlossen ist, die Leitung selbst trägt im Audiobereich keine
nennenswerte Dämpfung mehr dazu bei, also spielt es keine Rolle, ob
der Eingang 600 oder 47000 Ohm hat.

Bei 100m ist natürlich Schirmung nie so gut wie 
Differentialsignalübertragung.

von Kai K. (klaas)


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>Die 50 Ohm bestimmen, wie niederohmig die Leitung gegen Störungen
>abgeschlossen ist, die Leitung selbst trägt im Audiobereich keine
>nennenswerte Dämpfung mehr dazu bei, also spielt es keine Rolle, ob
>der Eingang 600 oder 47000 Ohm hat.

Dennoch hörst du einen Unterschied, wenn Störungen eingekoppelt werden. 
Viele Kabel im Stagebereich haben eine verseilte Abschirmung, die im 
Laufe der Zeit immer mehr die vollständige Überdeckung vermissen läßt. 
Wenn die Kabel sehr lang sind und empfängerseitig HF-Störungen über ein 
so unzureichend abgeschirmtes Kabel eingekoppelt werden, sieht der 
Empfängereingang nicht mehr die 50R Quellimpedanz, sondern eine komplexe 
Impedanz mit Resonanzen. HF-Störungen (früher KW-Sendungen, heute auch 
Handystrahlung) werden dann demoduliert und als Störgeräusch hörbar. Die 
Eingangsimpedanz des Empfängers hat dann direkten Einfluß auf die Größe 
des Störgeräuschs. Probiere es doch einmal selbst aus.

Dazu kommt, daß viele Ausgänge von "Musikergerätchen", insbesondere die 
batteriegespeisten, einen deutlich größeren Ausgangswiderstand als 50R 
haben. Man findet hier teilweise Widerstände von mehrern hundert Ohm, 
weil die Ausgangsimpedanz offenbar auch als Kurzschlußschutz herhalten 
soll.

Dann gibt es noch die Situation, wo ein Musiker absichtlich oder 
unabsichtlich den Stecker aus einem Ausgang abgezogen hat. Dann "hörst" 
du direkt die Größe des Eingangswiderstands...

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