Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Anfängerfrage GND in einem Audio-Projekt?


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von Carsten P. (cp70)


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Servus,

mein aktuelles Projekt ist ein schlichter 4-Kanal-Stereo-Mixer ohne 
große Verstärkung, also alles im mA-Bereich, der keine großen Ansprüche 
an HiFi und Co. stellt, sondern einfach den Sound vom Fernseher, vom 
Computer und von der Sprachausgabe meiner Haussteuerung zusammenrühren 
soll. Die Schaltungsteile habe ich mir aus diversen recht audiophilen 
Foren und Webseiten zusammengeklaubt, und das ist auch alles gut und 
schön und funktioniert auf einem Breadboard schon ganz gut. Später gönne 
ich mir eventuell, wenn es denn viel bringt vom Klang, noch ein PCB von 
einem Profi.

Vom Aufbau ist der Teil, zu dem ich meine Frage habe, total simpel: 
Ringkerntrafo mit +/- 12V, Brückengleichrichter, Siebkette und dann ab 
in den NF-Bereich.

Nur verwirrt mich etwas in den meisten Schaltplänen, die meist aus dem 
englischsprachigen Bereich sind. Die Audio-Eingänge sind nämlich so 
dargestellt, dass es beiden Stereo-Kanäle gibt und dann GND?!?! Unter 
GND verstehe ich nicht die 0V, die sich aus den beiden 
Brückengleichrichter ergeben, sondern eben die Erde, die über den 
Stecker aus der Steckdose kommt. Wozu sind sonst die Kondensatoren vor 
den OpAmp-Eingängen gut, die die Gleichspannunsoffsets abblocken? Wenn 
ich alles "grounde", kann ich ja gleich die Mittelanzapfung des Trafos 
durchschleifen, das ergibt für mich überhaupt keinen Sinn.

Hilfe! :-)

von der schreckliche Sven (Gast)


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Carsten P. schrieb:
> und dann GND?!?!

GND = Ground.
Nicht: Earth.
GND ist das Bezugspotential einer Schaltung, in Deutschland auch Masse 
genannt.

von Carsten P. (cp70)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Carsten P. schrieb:
>> und dann GND?!?!
>
> GND = Ground.
> Nicht: Earth.
> GND ist das Bezugspotential einer Schaltung, in Deutschland auch Masse
> genannt.

Oh, okay. Dann habe ich mir ja umsonst Sorgen gemacht, dass ich nun gar 
nichts mehr kapiere^^ Das Verwirrende ist halt, dass oft das Erde-Symbol 
dort für GND verwendet wird, also nicht _|_ (so ungefähr), sondern das 
mit den drei kürzer werdenden Strichelchen.

von MaWin (Gast)


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Carsten P. schrieb:
> Unter GND verstehe ich nicht die 0V, die sich aus den beiden
> Brückengleichrichter ergeben, sondern eben die Erde, die über den
> Stecker aus der Steckdose kommt.

Bei einem richtigen zentralen Mischpult-Verstärker ist alles 
(Schutzleiter, Trafo-Mittelabgriff, 0V Stellen der Schaltung, 
Abschirmung der Ein- und Ausgänge) an einem Sternpunkt verbunden, da es 
in einer Audioanlage aber nur 1 Punkt geben darf an dem Abschirmung mit 
Schutzleiter verbunden ist, ist diese Verbindung bei noch besseren 
Anlagen auftrennbar (ground lift) und man trennt sie wenn woanders schon 
eine Verbindung zum Schutzleiter besteht.
Masse der Mittelanzapfung des Trafos ist aber immer am Sternpunkt mit 
allen Abschirmungen, Masseleitungen, und 0V Stellen der Schaltung 
verbunden.

> Wozu sind sonst die Kondensatoren vor
> den OpAmp-Eingängen gut, die die Gleichspannunsoffsets abblocken? Wenn
> ich alles "grounde", kann ich ja gleich die Mittelanzapfung des Trafos
> durchschleifen

Ja, sie trennen Gleichspannung und sollten mit dem Eingangswiderstand 
der jeweiligen OpAmp-Schaltung eine -3dB Grenzfrequenz von ca. 2-20 Hz 
bilden.

Die Mittelanzapfung des Trafos aka GND ist mit den Abschirmungen der 
Eingänge, also der anderen Ader ohne Koppelkondensator verbunden.
Am Ausgang ist normalerweise auch ein Kondensator, und weil man nicht 
weiss, wie gering der Eingangswiderstand der nächsten Schaltung ist, 
macht man ihn normalerweise sehr gross, als Elko, damit er auf jeden 
Fall gross genug ist.
Ich lasse ihn gerne weg, weil er meiner Meinung nach überflüssig ist in 
einer mit symmetrischer Versorgungsspannung versorgten OpAmp Schaltung, 
in der der Trafo-Mittelabgriff den GND bildet und mit der Abschrmung 
verbunden ist, denn der nachfolgende Eingang trennt mit seinem 
Kondensator die paar Millivolt Abweichung von 0V schon ab.

von Paul H. (powl)


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Eigentlich wurde schon alles wichtige gesagt aber um das noch mal zu 
verdeutlichen: Vermeide es, die Erdung (also den Schutzleiter) mit 
deinem 0V/Gnd/Bezugspegel von deiner sekundärseitigen Mixer-Schaltung zu 
verbinden sonst handelst du dir nur nur unnötige Brummschleifen ein.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Spätestens, wenn du mehrere geerdete Geräte miteinander verbindest, die 
nicht in der selben Steckdosenleiste stecken, wirst du dich mit 
Masseschleifen (Brummschleifen) herum schlagen müssen.

Dagegen helfen zum Beispiel die guten alten Eingangsübertrager. Gute 
Übertrager können allerdings je nach Anspruch teuer sein. Deswegen gibt 
es Ersatzschaltungen, die den GND Offset subtrahieren. Zum Beispiel nach 
diesem Prinzip:
1
                              10k
2
                         +---[===]----o +12V (bezogen auf GND OUT)
3
                         |
4
                 100k    |     10µF
5
            +---[===]----+------||----o OUT
6
            |            |
7
            |          |/
8
IN o---||---+----------|    BC549C
9
      1µF              |\>
10
                         |
11
                         |
12
                        |~|
13
                        | |
14
                        |_| 10k
15
                         |        
16
                         |            
17
GND IN o-----||----------+----[===]----o GND OUT
18
            100µF              10k

von Carsten P. (cp70)


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Vielen Dank für die vielen wertvollen Tipps! Ich weiß schon, dass man 
aus dem Audio-Thema eine Wissenschaft machen kann bzw. dass es 
eigentlich wirklich eine ist, besonders was die PCBs angeht und wenn 
noch digitale Bereiche dazu kommen. Aber brummen soll nun wirklich nix.

@Stefanus: Deine Schaltung werde ich auf jeden Fall berücksichtigen, das 
sind ja netterweise alles Teile aus dem Handlager. Gibt es da was mit 
der Leiterbahnführung zu beachten?

@MaWin: An die Diskussion über die Koppelkondensatoren kann ich mich 
noch vage erinnern, als zwei Kollegen während meiner Ausbildung sich 
Verstärker bauen wollten und unser Ausbilder schon fast missionarisch 
darauf bestand, die Dinger wegzulassen, auch an den Eingängen (außer bei 
Mischpulten eben). Aber der hat auch mannshohe 5-Wege-Boxen selbst 
gebaut. Meine Ansprüche sind, wie gesagt, nicht so hoch, schließlich 
habe ich auch keinen Silent-PC ^^

Also, nochmals vielen lieben Dank für alle Bemerkungen, Vorschläge, 
Anregungen! Wem noch was einfällt, ich werde es auf jeden Fall 
aufmerksam lesen!

Sollte ich mich am Ende dazu entschließen, mir eine Platine fertigen zu 
lassen, komme ich eh nochmal zurück und mache den Thread hier einfach 
wieder auf ^^

PS: Jetzt ist mir doch noch was eingefallen. Gestern Abend habe ich 
irgendwo bei jemandem, dessen Aussagen wenigstens so wirkten, als hätte 
er Ahnung, gelesen, dass man bei Verstärkern am besten gar keine 
Linear-Spannungsregler verwenden soll. Bei Mischpulten mit ihren kleinen 
Spannungen und Strömen ist das aber schon sinnvoll, oder? In meinem 
Schaltungsentwurf sind bisher 7812/7912 vorgesehen, mit denen ich die 
CA3140 anfahre.

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Gibt es da was mit der Leiterbahnführung zu beachten?

Normalerweise sollen alle GND Leitungen zu einem Punkt zusammen laufen. 
Das gibt aber nicht für die obige Schaltung, die ist ja gerade für die 
Fälle, wo man die Regel nicht einhalten kann.

Bedenke, dass das nur eine Grundschaltung ist. Damit sie im ganzen 
Frequenzbereich sauber arbeitet und unabhängig von Störungen auf der 
Versorgungsspannung wird, muss noch einiges an Kleinkram dazu. 
Verglichen mit einem Übertrager ist das auch nur eine Kompromisslösung. 
Übertrager sind schon besser, wenn man gute nimmt.

von Carsten P. (cp70)


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Stefanus F. schrieb:
> Übertrager sind schon besser, wenn man gute nimmt.

Ja, wie gesagt, ich brauche keine High-End-Lösung in Studio-Qualität. Es 
soll halt, wenn die Endstufe (ein uralter Pioneer, der nur selten über 
Zimmerlautstärke läuft) und der Mixer eingeschaltet sind, auf den 
Eingängen aber nur "Ruhe" anliegt, nicht gerade brummen und zischeln.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Dann schau doch erst einmal nach, bei wie vielen deiner Geräte die GND 
Leitungen geerdet sind. Solange alle geerdeten Geräte in der selben 
Steckdosenleiste stecken, sind keine Probleme zu erwarten.

Für Masseschleifen durch die Antennenleitung gibt es preisgünstige 
"Mantelstromfilter" 
(https://www.distrelec.de/de/mantelstromfilter-goobay-sat-msf-iec-1m-black/p/17800140) 
zum zwischen-stecken. Die würde ich bevorzugen, weil sie die Tonqualität 
nicht beeinflussen.

: Bearbeitet durch User
von Carsten P. (cp70)


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Stefanus F. schrieb:
> Solange alle geerdeten Geräte in der selben Steckdosenleiste
> stecken, sind keine Probleme zu erwarten.

Kannst du das vielleicht noch ein wenig genauer spezifizieren? Die 
230V-Verkabelung in meiner Bude habe ich selbst aufgebaut, sternförmig 
vom Unterverteiler im mittig liegenden Flur, dann über Abzweigdosen in 
der Wand. Die Steckdosen selbst sind nicht ringförmig, sondern meist 
auch sternförmig in den Wänden verdrahtet, es gibt höchstens mal einen 
Stich-Abzweig von einer auf Schalterhöhe befindlichen Steckdose zu einer 
knapp über der Fußleiste.

Echte induktive Verbraucher hätte ich nur in der Küche mit dem Motor vom 
Grill und den Heizspiralen von Backofen, Waschmaschine und die 
Heißwasser-Therme. Die Beleuchtung in meiner Hütte ist komplett LED.

Ab welcher Leitungslänge mit welchen Verbrauchern müsste ich da mit 
Problemen rechnen? Auf welche sollte ich besonders achten? Internet und 
Fernsehen kommen aus dem Kabel(Deutschland).

: Bearbeitet durch User
von Test (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
> Für Masseschleifen durch die Antennenleitung gibt es preisgünstige
> "Mantelstromfilter"
> 
(https://www.distrelec.de/de/mantelstromfilter-goobay-sat-msf-iec-1m-black/p/17800140)
> zum zwischen-stecken. Die würde ich bevorzugen, weil sie die Tonqualität
> nicht beeinflussen.

Bist du sicher, dass die unter 100kHz irgendwie funktionieren? Ich 
vermute, dass da einfach in der GND und der Signalleitung 1nF drin 
hängt.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Ab welcher Leitungslänge mit welchen Verbrauchern
> müsste ich da mit Problemen rechnen?

Das hängt von zu vielen Faktoren ab, dass ich Dir hier eine Konkrete 
Zahl nennen könnte. Die meisten Leute wissen gar nicht was eine 
Masseschleife ist, weil damit noch nie ein Problem hatten. Ich will Dir 
nur bremsen, damit du nicht Lösungen für nicht vorhandene Probleme 
baust.

> Bist du sicher, dass die unter 100kHz irgendwie funktionieren?

Die sind für die Antennenleitung, also für Frequenzen im Bereich von 
hunderten MHz. Je nach Ausführung steckt da ein HF Übertrager drin oder 
einfache Kondensatoren. Beide Varianten wirken tadellos gegen 50Hz 
Brummen.

von Michael B. (laberkopp)


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Test schrieb:
> Bist du sicher, dass die unter 100kHz irgendwie funktionieren?

Reicht ja wohl für eine Antennenleitung (es sei den Sat-Antenne wo 
Gleichstrom drüber muss zur Versorgung des LNB).

Carsten P. schrieb:
> Kannst du das vielleicht noch ein wenig genauer spezifizieren?

Er meint, er hört die Brummschleife nicht. Brummt natürlich trotzdem. Es 
gilt wie beim Highlanedr: Es darf nur Einen geben. Also eine Verbindung 
von GND zu PE.

Wer seinen PC und seinen HiFi-Verstärker also mit Schuko hat, muss 
irgendwo trennen. Und wenn die HiFi-Anlage an einer Antenne hängt, ist 
der Mantelstromfilter schon ganz ok.

von Carsten P. (cp70)


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Michael B. schrieb:
> Wer seinen PC und seinen HiFi-Verstärker also mit Schuko hat, muss
> irgendwo trennen.

Du verwirrst mich. Erst hieß es, Erde und Masse und die Mittelabzapfung 
vom Sekundärkreis des Trafos in dem Sternpunkt zu verbinden, dann hieß 
es, die Erde aufzusplitten, je nach Szenario, jetzt kommst du. Meine 
Endstufe hat nur einen Euro-Stecker, nix mit PE.

Vielleicht wäre es ja nicht nur für mich lehrreich, wenn sich wer 
bemüht, eine oma-taugliche Erklärung zu schreiben, was es mit dem 
Brumm-Einschleifen auf sich hat und wieso man da was genau wieso trennen 
oder verbinden soll?

Sorry, wenn das so Noob klingt, aber das sind wohl eben Themen, die nur 
Ingenieure und sehr erfahrene Leute auf der Pfanne haben, aber dann wohl 
doch so wichtig sind, dass sie auch Noobs begreifen sollten, drum bitte 
ich so darum!

von Michael B. (laberkopp)


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Carsten P. schrieb:
> Erst hieß es, Erde und Masse und die Mittelabzapfung
> vom Sekundärkreis des Trafos in dem Sternpunkt zu verbinden, dann hieß
> es, die Erde aufzusplitten, je nach Szenario, jetzt kommst du

Nein, es hiess schon zuvor:

MaWin schrieb:
> da es in einer Audioanlage aber nur 1 Punkt geben darf an dem
> Abschirmung mit Schutzleiter verbunden ist, ist diese Verbindung
> bei noch besseren Anlagen auftrennbar (ground lift) und man trennt
> sie wenn woanders schon eine Verbindung zum Schutzleiter besteht.

Carsten P. schrieb:
> Meine Endstufe hat nur einen Euro-Stecker, nix mit PE.

Das ist gut, dann hast du ja kein Problem.

Carsten P. schrieb:
> aber das sind wohl eben Themen, die nur
> Ingenieure und sehr erfahrene Leute auf der Pfanne haben

Jeder DJ.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Das ist eine typische Masseschleife:
1
 ______                     ______________                  ____
2
|      |                   |              |                |    |
3
|  PC  |-----Audiokabel----| Stereoanlage |---Audiokabel---| TV |
4
|______|                   |______________|                |____|
5
    |                                                         |
6
    |                                                         |
7
    |                                                         |
8
 Steckdose                                              Antennendose
9
    |                                                         |
10
    |                                                         |
11
 Fundamenterder--------------------------------------------Antenne
12
    |                                                         
13
    |                                                         
14
 Erdreich

Die Verbindungen zeigen nur den Erdleiter bzw den damit verbundenen GND 
Leiter. Es besteht eine Ringförmige Verbindung, die sich über Drei 
Geräte, die Antennenanlage und den Fundamenterder erstreckt.

Dazwischen kann eine Quelle elektromagnetischer Felder liegen. Zum 
Beispiel eine Stromführende Leitung, ein Motor, eine Leuchtstofflampe, 
...

Die ringförmige Erde/GND-Leitung empfängt das Magnetfeld und induziert 
wie ein Transformator eine Spannung. Dadurch hast du nicht mehr ein GND 
Potential, sondern an jeder Stelle eine andere Spannung. Dem 
Ruhepotential ist eine Wechselspannung (von typischerweise 50Hz) 
überlagert, die an jedem Punkt eine andere Phasenlage hat.

Wenn jetzt der PC "stille" an die Stereoanlage sendet, wird diese 
Brummen, denn die GND Leitung selbst erzeugt eine Wechselspannung, die 
dem Nutzsignal "stille" überlagert ist. Das hört man dann als Brummen. 
Wenn man Glück hat ist es so leise, dass es nicht stört. Wenn man pech 
hat, ist es lauter.

Ziel ist es, diesen Ring zu unterbrechen. Es darf entweder nur einen Weg 
zur Erde geben oder alle GND Leitungen sollen Sternförmig zu einem Punkt 
zusammen laufen. Wenn alle betroffenen Geräte in der selben 
Steckdosenleiste stecken, dann ist das der Sternpunkt. Allerdings 
widersprechen die sensiblen Audio Leitungen dieser Stern-Regel, deswegen 
sollte man diese wenigstens so kurz wie möglich halten. Kein 10 Meter 
Kabel, wo ein halber Meter reichen würden.

Bei der Antenne hast du keine Wahl, die muss zentral geerdet sein. Die 
kannst du nicht auf deine Steckdosenleiste umlegen (es sei denn, es ist 
eine Zimmerantenne). Genau deswegen gibt es Mantelstromfilter. Sie 
unterbrechen die Masseschleife.

Bei mir ist es besonders schlecht:

In meiner Wohnung gibt es noch die sogenannte Nullung, da fließt über 
die Erdleiter der ganze Laststrom (weil Erde = Null-Leiter, zweiadrige 
Verkabelung). Deswegen habe ich zeitweise ganz erhebliche Brummspannung 
auf dem Erdleiter. Wenn ich zum Beispiel auf dem Wohnzimmertisch einen 
Grill betreibe, der zusammen mit dem PC in einer Steckdosenleiste 
steckt, dann habe ich zwischen PC und Stereoanlage mehr als einen Volt 
Differenz.

Damit riskiere ich, meine Geräte zu zerstören. Ich möchte nicht, dass 
die 10 Ampere vom Grill durch die Klinkenbuchse meines PC laufen. 
Deswegen überlege ich immer gut, was ich wo einstecke. Außerdem habe ich 
einen Übertrager zwischen PC und Stereoanlage, damit die GND Leitungen 
der beiden Geräte eben nicht miteinander verbunden sind.

: Bearbeitet durch User

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