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Eine kleine Einführung in die Physik der Wellen bzw. die spannende Frage: Was passiert hier eigentlich ?

Schematischer Aufbau einer Signalübertragungsstrecke über eine elektrische Leitung:

Leitung

Leitungstreiber:

Innenwiderstand:

Wellenwiderstand:

Abschlusswiderstand:

Eine Verstärkerschaltung, die die erforderliche Leistung zur Signalübertragung zur Verfügung stellt.

Der Widerstand, der sich als gesamter Ausgangswiderstand der Treiberschaltung darstellt.

Ist eine Eigenschaft der Leitung, die im wesentlichen durch den geometrischen Aufbau und des Dielektrikums (Isolationsmaterial zwischen den elektrischen Leitern des Kabels) bestimmt wird. Der Wellenwiderstand eines Kabels ist von der Länge unabhängig.

Ist der Lastwiderstand, mit der das Übertragungssystem abgeschlossen wird.

Die wichtigste Regel lautet:

Innenwiderstand, Wellenwiderstand der Leitung und Abschlusswiderstand müssen gleich groß dimensioniert sein, sonst entsteht eine Reflexion. Das heißt digitaler Ausgang, Kabelverbindung und digitaler Eingang müssen eine Einheit bilden.

Was ist eine Welle ?

Beispiele von Wellen kennt wohl jeder aus dem täglichen Leben. Besonders leicht zu beobachten sind Wasserwellen und Wellen entlang von Seilen, Schläuchen etc. Bekannt sind auch Schallwellen, elektromagnetische Wellen und Erdbebenwellen. Eine Welle entsteht, vereinfacht ausgedrückt, immer dann, wenn sich eine Größe am Medium zeitlich verändert. Diese Veränderung der Größe `wandert´ nun längs des Mediums (Wasser, Seil, usw. ). Wir haben es in unserem Übertragungssystem mit einer “elektromagnetsichen Welle” zu tun. Die Größe ist ein elektrischer Strom, der vom Leitungstreiber ausgesendet wird. Ändert sich der zeitliche Verlauf des Stromes, so `wandert´ diese Veränderung durch die elektrische Leitung. Ist der Strom hingegen konstant, so gibt es auch keine Welle. Wenn eine Welle durch ein Medium wandert, so geschieht dies solange ungehindert, wie der Wellenwiderstand konstant bleibt. Aufgrund von der Dämpfung in der realen Welt nimmt lediglich die Intensität der Welle ( die Ausschlaghöhe ) mit der zurückgelegten Wegstrecke ab (Dämpfung).

Was ist eine Reflexion ?

Betrachtet man nun den Fall, dass irgendwo auf der Reise einer Welle, eine Wellenwiderstandsänderung erfährt, so gelangt nur ein Teil der Welle weiter, der andere Teil wird an der Stelle zurückgeworfen und wandert nun in entgegengesetzter Richtung zum Ausgangspunkt zurück. Dieser Teil wird mit der nächsten oder gerade einlaufenden Welle überlagert. Das resultierende Signal verändert seine Form. Reflexionen innerhalb einer Signalübertragungsstrecke sind also stets das Ergebnis, wenn der gesamte Aufbau nicht konsequent für den Wellenwiderstand des Kabels umgesetzt ist. Man spricht auch von Fehlanpassung. Neuralgische Punkte für Fehlanpassungen sind der Innenwiderstand des Treibers, die Anschluss-Kupplungen (Stoßstellen) und der Abschlusswiderstand.

Was ist mit dem Jitter ?

Jitter kann man sich am besten so vorstellen, dass die Signalflanken unkontrolliert hin und her `tanzen´. Dies lässt sich leider nur schwer oszillographieren und hier darstellen. Reflexionen können zu diesem Phänomen beitragen, wenn sie nicht sogar die Verursacher dieses Phänomens sind. Als klangverändernde Störung ist Jitter schon oft benannt worden. 

Was schließen wir daraus ?

Um eine ordentliche Übertragung der digitalen Information zu gewährleisten, muss der gesamte Übertragungsweg reflexionsfrei funktionieren. Nur dann wird die zeitliche Folge der Impulsflanken auch exakt eingehalten. Denn hierin liegt der eigentliche Schwachpunkt der Schnittstelle, da aus den Flanken der Takt zurückgewonnen werden muss. Verändert sich jedoch die zeitliche Folge der Takte, so verändert sich auch der Takt des Digital-Analog-Wandlers, mit der die Daten in ein analoges Signal umgewandelt werden. Die Bitfolge verschiebt sich zeitlich und somit der Zeitpunkt eines Musikimpulses gegenüber dem Original. Daraus folgt eine Änderung des Klangbildes. Da die Hersteller der Geräte nun leider nicht in der Lage sind, eine reflexionsfreie und somit funktionierende Schnittstelle zur Verfügung zu stellen (erst recht nicht, wenn die Geräte von verschiedenen Herstellern stammen), muss hier mit aktiver Technologie nachgeholfen werden. Genau dies ist die Aufgabe von “The Interface”, die diese Anforderungen in vollem Umfang erfüllt.