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Technik-Artikel 8 - teilweise aus einem Büchlein von 1988

Die beiden Autoren Michael Janitz und Claus Römer sind oder waren Ingenieure beim Südwestfunk Baden Baden (damals noch SWF, inzwischen SWR) und haben mehrere Aspekte der 1988 modernen Rundfunk- und Studiotechnik beschrieben. Die Didaktik ist vorbildlich und der Schreibstil ist mustergültig, darum hier ein paar Auszüge. Dies ist einer von mehreren Artikeln. Der nächste Artikel steht hier. Die Übersicht über alle diese Artikel steht hier.

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Kurzwellen- Empfangsgeräte

Wer auf Reisen geht und dabei auf den Radioempfang nicht verzichten will, der steht vor der Frage:
Welcher Empfänger ist am besten geeignet? Die Empfängertechnik hat sich nicht nur auf dem Sektor der Hi-Fi-Geräte ständig weiterentwickelt, sondern auch bei den kleineren Radioempfängern, und heute gibt es in jedem Fachgeschäft mindestens ein Dutzend verschiedener Empfänger in allen Preislagen von unter 500 DM bis über 2000 DM. Es ist deshalb nützlich, sich zunächst einige Fragen zu beantworten, ehe eine Kaufentscheidung getroffen wird.

Die erste Frage sollte lauten: Welche Sender kann man im Ausland empfangen? Innerhalb Europas sind deutsche Sender in größerer Entfernung nur auf Lang-, Mittel- oder Kurzwelle zu empfangen. Wegen des größeren Programmangebots liegt das Interesse mehr auf der Mittel- und Kurzwelle. Die Mittelwelle hat den Nachteil, daß sie in der Regel nur während der Dunkelheit zu empfangen ist. Dagegen ist die Kurzwelle auf verschiedenen Frequenzen ganztägig zu hören. Dieser Vorteil der Kurzwelle schlägt noch mehr zu Buche, wenn die Reise in andere Kontinente geht; dann sind deutsche Sender nur noch auf der Kurzwelle zu finden. Ein Reiseempfänger sollte demnach einen guten Kurzwellenempfangsteil haben. An zweiter Stelle ist die Mittelwelle wichtig.

Braucht man noch Kurzwelle ?

Die Kurzwelle umfaßt den Frequenzbereich von 2.300 kHz bis 26.100 kHz und ist im Empfänger meistens in mehrere Meterbänder aufgeteilt, die dann beim 120m Band beginnen und bis zum 11m Band reichen. Doch nicht alle Bänder sind lückenlos dem Rundfunk zugeteilt, sondern dazwischen liegen auch andere Funkdienste (z.B. der Flugfunk), deren Abhören dem Radiohörer nicht gestattet ist. Es ist deshalb wichtig, auf die postalische Genehmigung des Empfängers zu achten, die man an der FTZ-Nummer auf der Gehäuserückseite vorfindet.

Sogenannte Allwellenempfänger sind dagegen in Deutschland nicht zugelassen, und der Besitz eines solchen Geräts ist hier strafbar. Zum Glück treten diese Schwierigkeiten bei den Weltempfängern von bekannten Markenfirmen nicht auf; sie haben alle die FTZ-Zulassung.

Ein guter Kurzwellenempfänger unterteilt das gesamte Kurzwellenband in sechs oder sieben, aber auch bis zu zehn Bereiche, die man jeweils umschalten kann. Das ergibt eine bessere Übersicht; und die Spreizung der Kurzwelle ermöglicht auch eine genauere Senderabstimmung. Sie ist besonders wichtig beim Kurzwellenempfang. Wer noch aus vergangenen Zeiten ein tragbares Transistorgerät mit Kurzwellenteil besitzt, wird wissen, wie schwierig es ist, mit diesem Gerät einen bestimmten Sender zu finden und ihn richtig einzustellen. Bei diesen Empfängern ist das gesamte Kurzwellenband auf einer Skala angebracht, und so liegen die Sender alle derart dicht beieinander, daß Suche und Abstimmung fast unmöglich sind.

Die digitale Frequenzanzeige

Erst die Digitaltechnik hat, wie so oft in der Rundfunktechnik, dieses Problem auf elegante Weise gelöst. Mit einem Mikroprozessor und einem internen Quarzoszillator werden heute die sogenannten Synthesizer aufgebaut, die zusammen mit einer digitalen Anzeige das Auffinden und Einstellen, ja sogar das Abspeichern eines gewünschten Senders gestatten. Anhand einer gültigen Kurzwellentabelle lassen sich mit einem Synthesizer-Empfänger leicht alle Sender ohne langes Suchen hereinbekommen. Auf diese spezielle Abstimmung wird in den Datenblättern auch durch die Bezeichnung PLL-Abstimmung besonders hingewiesen.

Trotz dieser modernen Schaltung gibt es aber nach wie vor auch gute Analogempfänger mit gespreizter Kurzwelle und Digitalanzeige, die sich als Weltempfänger bewährt haben und zu empfehlen sind. Über den Kauf eines Empfängers mit oder ohne Synthesizer entscheidet mehr der Geldbeutel, denn den technischen Aufwand muß man natürlich bezahlen. Vielleicht läßt man sich durch einen Test überzeugen.

Nicht jeder fühlt sich durch die vielen Tipptasten ermutigt und bevorzugt lieber den altvertrauten Abstimmknopf. Doch er wird damit auf die vielen Speichermöglichkeiten des Synthesizers verzichten müssen, und die sind gerade beim Kurzwellenempfang ein schätzenswerter Vorteil. Außerdem werden die meisten Radiohörer das Synthesizerprinzip von ihrem Hi-Fi-Tuner her kennen und den Umgang mit Tasten und Anzeigefeldern längst gewöhnt sein.

Was ist ein Einfachsuper oder ein Weltempfänger ???

Weltempfänger unterscheiden sich aber nicht nur in der Abstimmung, sondern auch grundsätzlich durch das Schaltungsprinzip. Bei den Doppelsupern wird das Eingangssignal insgesamt zweimal in eine Zwischenfrequenz umgesetzt, bevor es zu den Lautsprechern gelangt. Durch dieses Prinzip der Signalverarbeitung werden störende Spiegelfrequenzen unterdrückt, und außerdem läßt sich die Bandbreite verbessern.

Anders beim Einfachsuper: Hier wird das Signal nur einmal in eine Zwischenfrequenz umgewandelt. Dabei entstehen oft Geisterfrequenzen aus ganz anderen Frequenzbereichen, die natürlich bei der dichten Belegung der Kurzwelle den Empfang vieler Stationen direkt überlagern können. Nur wenn in Einfachsupern die Zwischenfrequenz sehr hoch gelegt wird, z.B. bei 30 MHz, dann treten auch bei ihnen keine Spiegelfrequenzen auf. Meistens wählt man jedoch gleich den Weg über den Doppel- oder gar Dreifachsuper.

Alle Weltempfänger besitzen eine Gehäuse- oder Teleskopantenne, die normale Erwartungen bereits voll erfüllen. Wenn eine spezielle Außenantenne angeschlossen werden soll, dann muß der Empfänger natürlich einen separaten Antenneneingang aufweisen. Hierüber sollte man sich eingehender von einem Radio- oder Antennenfachmann beraten lassen.

Der UKW-Empfänger

Als 1949 in Deutschland die ersten UKW-Sendungen ausgestrahlt wurden, waren die Radiohörer von der Tonqualität hellauf begeistert. Bis dahin kannte man nur die Qualität von Kurz- und Mittelwellensendungen, und die war natürlich - wie wir selbst heute feststellen können - mit UKW überhaupt nicht vergleichbar.

Dabei hatte es anfangs zahlreiche Widerstände gegen die Einführung von UKW gegeben, die jedoch nach der Entscheidung für die Frequenzmodulation schnell vergessen waren. Das Wort von der "Welle der Freude" machte die Runde, und heute wissen wir, daß High-Fidelity ohne UKW gar nicht denkbar wäre.

Die Zeiten haben sich geändert auch bei UKW (von 1988)

Doch trotz aller Sympathie für UKW gibt es in der heutigen Zeit viele Radiohörer, die das Schlagwort von der Welle der Freude nicht ohne weiteres aussprechen würden. Nach den Ursachen muß man nicht lange forschen: Vielfach wird eine schlechtere Empfangsqualität von UKW beklagt, nicht selten ist selbst der Ortssender nicht mehr störungsfrei zu empfangen, und viele Radiohörer sind der Meinung, daß der Empfang auf UKW inzwischen längst den Verhältnissen auf anderen Frequenzbändern gleicht, gekennzeichnet von einem immer dichter werdenden Wellensalat.

Die Zeiten haben sich in der Tat gewandelt. Lagen Anfang der 50er Jahre die einzelnen UKW-Sender noch mindestens 300kHz auseinander, so sind selbst benachbarte Sender heute auf 100kHz zusammengerückt.

Natürlich hat sich auch die Zahl der UKW-Sender im Laufe der Jahre um ein Vielfaches erhöht und wird auch in Zukunft noch weiter ansteigen. Alle Anzeichen deuten darauf hin, daß beim UKW-Empfang mit wachsenden Problemen zu rechnen ist.

Helfen kann nur die Empfangstechnik, denn an dem erst 1984 neu geschaffenen UKW-Frequenzplan wird sich für die nächsten 20 Jahre nichts mehr ändern. Wer also heute bereits Störungen beim UKW-Empfang hat, der sollte sich rechtzeitig über die Verbesserungen auf dem Gebiet der Empfängerund Antennentechnik informieren.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß für störungsfreien Stereoempfang immer eine Dachantenne verwendet werden sollte. Zimmerantennen oder Gehäuseantennen sind allenfalls ein Behelfsmittel, das nur in unmittelbarer Sendernähe zu einem brauchbaren Ergebnis führt. Optimal ist eine Richtantenne, zumal wenn sie mit einem Antennenrotor gedreht werden kann.

UKW per quarzstabilisiertem Synthesizer

Bei den UKW-Empfängern hat es in den letzten Jahren weitere wesentliche Verbesserungen gegeben. Insbesondere bei der Senderabstimmung sind Fortschritte erzielt worden. Selbst preiswerte Hi-Fi-Empfänger besitzen heute eine digitale Frequenzanzeige und einen quarzstabilisierten Synthesizer. Man sollte allerdings darauf achten, daß eine digitale Anzeige allein noch keine genaue Abstimmung garantiert, sondern dazu erst der Synthesizer den entscheidenden Beitrag leistet.

Das Geheimnis des Synthesizerverfahrens ist ein winziger Schwingquarz, dessen exakte Schwingungen ein Frequenznormal (also eine stabile Referenzfrequenz) herstellen, an dem sich der Abstimmvorgang ausrichtet. Es entsteht ein genau festgelegtes Frequenzraster, das stufenweise die Abstimmung in z.B. 25-, 50- oder 100kHz Schritten ermöglicht. Mit der Synthesizerschaltung verbunden ist in der Regel eine Speichereinheit, in die gewünschte Frequenzen vom Benutzer eingegeben werden können.

Umschaltbare Bandbreite bei UKW

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Eine weitere Eigenschaft moderner UKW-Empfänger ist die Bandbreitenwahl. An diesen Empfängern kann mit einem Schalter eine große oder kleine Bandbreite eingestellt werden. Auf diese Weise paßt sich der Empfänger dann den speziellen Empfangsverhältnissen an. Es gibt auch Empfänger, bei denen die jeweilige Bandbreite programmiert werden kann.

Allerdings ist es auch unter Experten umstritten, ob die Bandbreitenwahl überhaupt sinnvoll ist. Denn ganz pauschal gesagt bedeutet eine geringere Bandbreite automatisch die Gefahr für Verzerrungen. Eine große Bandbreite bringt ebenfalls nicht immer eine Klangverbesserung, sondern begünstigt Störungen durch benachbarte Frequenzen. Man muß sich also sehr genau überlegen, ob eine Bandbreitenumstellung vorteilhaft ist.

Die Entstehungsgeschichte der Bandbreitenumschaltung gibt hierzu eigentlich schon die wesentlichen Hinweise. In Japan und den USA werden noch heute nur sehr großräumige UKW-Sendernetze betrieben, d.h. die einzelnen Sender liegen auch mit ihren Sendefrequenzen weiter auseinander als es in Europa der Fall ist. Abstände von 300kHz und mehr zwischen benachbarten Sendern sind durchaus die Regel. Japanische und amerikanische Fabrikate sind also zunächst einmal auf diese Verhältnisse zugeschnitten; es wird eine große Bandbreite eingestellt, um die dortigen Sender verzerrungsfrei empfangen zu können.

Der Kompromiss für Hifi-UKW

Ein amerikanischer Dynaco Tuner für K+K, eine unerwartet üble UKW Gurke mit 7 Röhren

In Mitteleuropa könnte man mit dieser großen Bandbreite jedoch kaum Hi-Fi-Empfang erzielen, die vielen UKW-Sender liegen mit ihren Frequenzen viel zu dicht beieinander. Ein einwandfreier Empfang ist meist nur mit einer geringen Bandbreite möglich, um nämlich den benachbarten Sender wirkungsvoll unterdrücken zu können. Eine schmale Bandbreite erhöht also automatisch die Trennschärfe.

Die Wahl für oder gegen eine Bandbreitenumschaltung muß also in Abhängigkeit von der örtlichen Empfangssituation getroffen werden. Wenn lediglich der Ortssender zu empfangen ist, lohnt sich z.B. eine separate Bandbreitenumstellung nicht. Wo Fernempfang mehrerer Sender erfolgversprechend ist, kann die Bandbreitenwahl von erheblichem Vorteil sein.

Probleme mit zu starken UKW Sendern

Eigentlich ein Spielerchen
auch eine Legende

Es gibt noch ein weiteres Kriterium für einen modernen Hi-Fi-Empfänger, nämlich das sogenannte Großsignalverhalten. Gemeint ist damit seine Fähigkeit, sehr starke Antennensignale störungsfrei verarbeiten zu können. Empfänger, die ein schlechtes Großsignalverhalten aufweisen, erzeugen Geisterfrequenzen oder überdecken die gesamte UKW-Skala mit einer Störmodulation.

Kritische Empfangslagen sind immer in der Nähe von leistungsstarken Sendern zu suchen oder befinden sich in den Breitbandkabelanlagen. Hier kann es leider sehr oft passieren, daß gleich mehrere zu sehr verstärkte Signale den Empfänger überfordern und Dutzende von Geisterfrequenzen produziert werden.

Die meisten Hersteller informieren ihre Kunden über das Großsignalverhalten ihres Empfängers anhand eines kleinen Schaubildes, in dem nur wenige Signalspitzen zu sehen sein dürfen.

Zusammengefaßt läßt sich sagen, daß moderne Hi-Fi-Empfänger eine Synthesizerabstimmung aufweisen sollten. Die Trennschärfe sollte über eine Bandbreitenwahl einstellbar sein, wenn es die Empfangsverhältnisse erfordern; und starke Empfangssignale in der Nähe eines Senders oder in einer Kabelanlage dürfen zu keiner Störmodulation führen. An einem derartigen UKW-Empfänger wird auch der kritische Hi-Fi-Freund seinen Gefallen finden.

Der Hi-Fi-Verstärker

Eine moderne Hi-Fi-Anlage setzt sich meist aus mehreren oder sogar vielen Bauteilen zusammen. Nur selten besteht sie allein aus einem Empfänger und zwei Lautsprechern, sondern viel häufiger gesellen sich Plattenspieler, Kassettenrecorder und CD-Abspielgerät dazu.

Doch stets ist der Hi-Fi-Ver-stärker das Herz der Anlage, gewissermaßen das Kraftwerk. Nicht wenige Hi-Fi-Freunde werden davon überrascht sein, haben sie ihre Aufmerksamkeit doch vor allem auf die Abspielgeräte gelenkt und hier mitunter auch viel Geld investiert.

Dennoch, der Verstärker hat in der Radiotechnik schon immer die wichtigste Rolle gespielt. Ohne ihn wären die Lautsprecher wohl kaum in der Lage, mehr als Zimmerlautstärke hervorzubringen.

Dieser Sachverhalt hängt zusammen mit dem geringen Wirkungsgrad aller Lautsprechertypen, d.h. mit ihrer nur sehr geringen Fähigkeit, elektrische Energie ohne Verluste in akustische Energie umzuwandeln. Vielmehr wird in jedem Lautsprecher der überwiegende Teil der angebotenen Energie in Wärme umgesetzt. Hätte man also nur die wenige tausendstel Volt betragende Empfangsspannung von Radiosignalen zur Verfügung oder die gleichfalls winzigen Signalpegel des Tonabnehmers oder Kassettenrecorders, so würde die Schwingspule des Lautsprechers die Lautsprechermembrane kaum noch zu einer Bewegung anregen können. Wenn die hi-fi -üblichen Schallpegel erreicht werden sollen, dann müssen eben ausreichende Energievorräte vorhanden sein. Diese Aufgabe übernehmen in der Hi-Fi-Technik elektrische Verstärker.

Der Sprachgebrauch und die Geräte

Nun gibt es in der Sprache der Hi-Fi-Techniker gleich mehrere Begriffe, die mit dem Verstärker verknüpft sind:

Da ist die Rede von Empfänger-Verstärkern - auch Receiver genannt -, von Vorverstärkern oder gar Vor-Vor-Verstärkern und schließlich auch von Steuer- und Endverstärkern. Doch jeder dieser Verstärker erfüllt im Grunde dieselbe Aufgabe, nämlich die Verstärkung des elektrischen Signals, welches ihm von unterschiedlichen Signalquellen angeboten wird.

Die Quellen - Tuner und Plattenspieler

Da ist als wohl wichtigste und häufigste Signalquelle der Radioempfänger oder Tuner. Hier laufen sämtliche Radiosignale zusammen. Weitere Signalquellen sind der Plattenspieler mit dem Tonabnehmer, das Tonbandgerät oder der Kassettenrecorder mit den Tonköpfen, ein Mikrofon oder der moderne CD-Player mit Laserabtastung.
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1948 - ein Wandel - der Transistor

In den Anfangszeiten der Radiotechnik waren Empfänger und Verstärker mit dem Lautsprecher in einem Gehäuse untergebracht. Die Verstärkung der Radiosignale erfolgte in sogenannten Vakuumröhren - man bezeichnete sie auch kurz und bündig als Radioröhren. Die Röhrentechnik war bis 1948 die einzige Möglichkeit, Radiosignale zu verstärken. Erst mit der massenhaften Herstellung von Transistoren verschwand die Vakuumröhre immer mehr aus den Radiogeräten, und heute gibt es nur noch einige wenige Verstärker mit Röhren.

Es gab jedoch Zeiten, in denen sich Hi-Fi-Anhänger heftig über die Vor- und Nachteile eines Transistorverstärkers streiten konnten. Es wurde immer wieder behauptet, solche Verstärker hätten einen unverwechselbaren Transistorklang, und meinte damit Klangverfälschungen bei bestimmten Tonsignalen. Doch es hat nicht lange gedauert und die Verstärkerkonstrukteure konnten diesem Vorwurf wirkungsvoll begegnen.Sie erfanden die sogenannte Gegenkopplung.

Die Gegenkopplung im Verstärker

Bei der Gegenkopplung wird ein bereits stark verstärktes elektrisches Signal nach der Verstärkung zum Eingang des Verstärkers zurückgeführt und mit dem Eingangssignal verglichen. Sollte diese Kontrolle ergeben, daß Fehler vorhanden sind, dann können diese bereits im Ansatz ausgeschaltet werden. Dieses Prinzip der Gegenkopplung hat sich derart bewährt, daß es inzwischen auch in der Lautsprechertechnik mit Erfolg angewendet wird.

Allerdings wurde im Laufe der Jahre mit Hilfe immer besserer Meßmethoden festgestellt, daß die Gegenkopplung auch ihre Tücken hat. Sie führt nämlich zu einer Klangbeeinflussung, die in der Hi-Fi-Szene unter der Bezeichnung dynamische Verzerrung oder TIM-Verzerrung (Transient Intermodulation) bekannt geworden ist.

Der Begriff transient (engl, flüchtig) weist darauf hin, daß die Verzerrungen nur kurzfristig auftreten und auch nur bei bestimmten Signalinhalten. Ein einzelner Sinuston kann diese TIM-Verzerrungen beispielsweise nicht hervorrufen. Es gibt einige wenige Verstärkerhersteller, die deshalb nur eine sehr geringe Gegenkopplung in ihren Geräten anwenden.

Es hat sich aber gezeigt, daß diese Verstärker nur dann ihr Klangideal erreichen, wenn die einzelnen Bauteile einer strengen Auslese unterworfen werden. Es ist fraglich, ob dies bei großen Stückzahlen überhaupt realisiert werden kann. Die Gegenkopplung bleibt also weiterhin ein wirkungsvolles Mittel, Transistorverstärker in der Hi-Fi-Technik möglichst verzerrungsfrei einzusetzen.

Der Vorverstärker mit den Klangreglern

Zu der ursprünglichen Aufgabe, Radiosignale zu verstärken, sind weitere Funktionen hinzugekommen, die dann auch zu unterschiedlichen Verstärkerkonzepten führte. So gibt es den sogenannten Vorverstärker für Plattenspieler und Mikrofone. In diesem Vorverstärker wird das Signal vom Tonabnehmer entsprechend einer genau vorgegebenen Kennlinie unterschiedlich stark verstärkt, die ihrerseits durch die Schneidkennlinie bei der Plattenaufnahme vorbestimmt ist.

Schon die geringsten Abweichungen von dieser Kennlinie verursachen Pegelveränderungen. Wegen der erheblichen Gefahr von unerwünschten Hochfrequenzeinstreuungen muß jeder Vorverstärker ausreichend abgeschirmt sein. Den Herstellern gelingt das nicht immer oder oft nur auf Kosten einer deutlichen Klangverfälschung.

Der Vorverstärker wird weiterverbunden mit dem Steuerverstärker, einem Bauteil, in dem auch die Radiosignale eintreffen. Mit dem Steuerverstärker kann der Benutzer willkürlich den Klang verändern, falls das erwünscht ist. Hier wird die Lautstärke geregelt, hier können Höhen und Tiefen verändert werden, und schließlich lassen sich im Steuerverstärker auch Rumpel- oder Rauschfilter zuschalten. Das Gleichgewicht zwischen rechtem und linkem Stereokanal ist hier ebenfalls einstellbar.

Nachdem die Tonsignale den Vorverstärker und den Steuerverstärker durchlaufen haben, wartet auf sie noch die Endverstärkung. In einem Endverstärker erfolgt dann auch die elektrische Anpassung an die Lautsprecherboxen. Alle drei Verstärkerstufen lassen sich in einzelnen Bauteilen anfertigen, können aber auch in einem Gerät, dem sogenannten Vollverstärker integriert werden.

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