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Technik-Artikel 6 - 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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Über die Ausbreitung der Radiowellen

Viele Radiohörer wollen auch auf Reisen ihren vertrauten Heimatsender hören. So häufen sich regelmäßig zu Beginn der Ferienzeit die Anfragen (wir schreiben 1988), wie ein bestimmter Sender im Ausland zu empfangen ist oder ob das kleine Transistorradio für die Reise auch geeignet sei.

Um es vorwegzunehmen: So einfach wie die Fragestellung ist eine Antwort darauf in der Regel nicht zu geben, und das wissen wohl auch die meisten Radiohörer.

Schon im eigenen Land kann jeder leicht feststellen, daß die Reichweite eines Senders begrenzt ist.

Die UKW Reichweite

Das ist speziell im UKW-Bereich der Fall, weshalb dieser Frequenzbereich auch nur zur Versorgung eines relativ kleinen Sendegebiets eingesetzt wird. Nur in Ausnahmen können mit UKW-Frequenzen größere Reichweiten als etwa 150 km erzielt werden.

Dann gibt es allerdings zum Teil ganz erstaunliche Rekordweiten von fast 2000 km. In der Regel spielt aber das UKW-Band beim Fernempfang keine Rolle.

Viel besser geeignet ist dagegen das Lang-, Mittel- oder Kurzwellenband, und hier insbesondere die Kurzwelle.

Über die Kurzwelle

In diesem Frequenzbereich tummeln sich nicht nur die Kurzwellenamateure, sondern in den letzten Jahren immer häufiger auch ganz normale Radiohörer. Die große Nachfrage nach Kurzwellenempfängern und die zahlreichen Empfangsberichte aus aller Herren Länder sind dafür ein deutlicher Beleg.

Was muß man nun beachten, wenn in einem fernen Land ein deutscher Sender empfangen werden soll? Zunächst eine Bemerkung zum Angebot heimischer Sendungen:

Die meisten Kurzwellenfrequenzen in Deutschland belegt die Deutsche Welle. Sie ist die einzige deutsche Rundfunkanstalt mit einem regelmäßigen Auslandsdienst, auch in anderen Sprachen. Mit mehr als 30 verschiedenen Sendern kann die Deutsche Welle alle Gebiete der Erde mit deutschsprachigen Sendungen versorgen. Relaisstationen in anderen Erdteilen vervollständigen das Sendernetz. Fünf Landesrundfunkanstalten (BR, NDR, SDR, SWF und WDR) senden ebenfalls auf Kurzwelle, davon vier im sogenannten 49-m-Band. (Die Bezeichnung Meterband wird oft gleichberechtigt neben der Frequenzangabe benutzt, weil für die Frequenzen in einem Bandbereich ungefähr die gleichen Ausbreitungsverhältnisse gelten.)

Die Reichweite der Kurzwelle

Nun zur Reichweite der Kurzwelle: Prizipiell können alle Entfernungen zwischen etwa 100km und 40.000km überbrückt werden. Auf Kurzwelle ist also ein weltweiter Empfang möglich. Die Schlüsselrolle bei der Ausbreitung spielt dabei die Atmosphäre in einer Höhe von 100km bis 400km über dem Erdboden. Dort oben werden die Luftmoleküle unter der Einwirkung der Sonnenstrahlung in elektrisch geladene Teilchen zerlegt, wobei sich die Atmosphäre schichtweise in einen elektrischen Leiter verwandelt. Diese Luftionisation gibt diesem Teil der oberen Lufthülle deshalb auch ihren Namen: Ionosphäre.

Die Ionosphäre verhält sich gegenüber den Kurzwellen wie ein riesiger schalenförmiger Spiegel, an dem die Wellen reflektiert werden und zur Erdoberfläche zurückkommen. Wegen des hohen Reflexionspunktes können nach rein geometrischen Regeln große Entfernungen auf der Erdoberfläche überbrückt werden. Bei Mehrfachspiegelungen zwischen Ionosphäre und Erdboden gelingt sogar eine erdumspannende Ausbreitung.

Die Ionosphäre

Die Kurzwellenausbreitung hängt direkt mit dem Zustand der Ionosphäre und dieser wiederum mit der Sonneneinstrahlung zusammen. Am Tage und im Sommer sind mehr Luftmoleküle ionisiert als in der Nacht oder im Winter. Außerdem spielt die Sonnenaktivität eine große Rolle, die sich durch dunkle Flecken auf der Sonnenoberfläche bemerkbar macht. Im Rhythmus von durchschnittlich elf Jahren durchläuft die Fleckenzahl ein Maximum bzw. ein Minimum.

Bei großer Sonnenaktivität wird die Atmosphäre bis in die untersten Schichten hinein ionisiert und dadurch für die Kurzwellen zeitweilig eine starke Dämpfung verursacht. Neben der guten Ausbreitung auf einigen bestimmten Frequenzen können in diesem Fall auch starke Empfangseinbrüche auftreten. Bei mittlerer und geringer Sonnenaktivität ist die Kurzwellenausbreitung dagegen sehr stabil und gut berechenbar.

Die günstigste Frequenz für ein bestimmtes Gebiet ist abhängig von der Tages- und Jahreszeit. Mit Vorbehalt sei eine Faustregel genannt, die unmittelbar aus den physikalischen Vorgängen in der Ionosphäre resultiert: Hohe Frequenzen am Tage und im Sommer, tiefe Frequenzen in der Nacht und im Winter. Auch wenn diese Empfehlung in vielen Fällen zutrifft, sei vor einer generellen Anwendung gewarnt. In der täglichen Praxis können unvorhersehbare und nicht berechenbare Zustände und Abläufe in der Ionosphäre auftreten, die jede Prognose unmöglich machen. So wird man immer wieder Überraschungen erleben.

Doch gerade wohl deshalb ist das Kurzwellenhören für viele Radiohörer längst ein Hobby geworden. Allen Neulingen auf diesem Gebiet sei deshalb empfohlen: Unternehmen Sie möglichst viele Empfangsversuche zu verschiedenen Tageszeiten, und Sie werden bald selbst herausfinden, welche Frequenzen brauchbar sind.

Die Ausbreitung der Mittelwelle

Neben der Kurzwelle besitzt auch die Mittelwelle erhebliche Bedeutung beim Fernempfang, allerdings nur in der Zeit zwischen Sonnenuntergang und Sonnenaufgang. Während der Tagesstunden erreicht die Mittelwelle lediglich Entfernungen von etwa 100 bis 200 km, in der Nacht dagegen wesentlich mehr.

Die Ursache für die unterschiedlichen Ausbreitungsbedingungen ist - ähnlich wie beim Kurzwellenempfang - die Ionisation der höheren Luftschichten. Bei der Mittelwelle spielen dabei ionosphärische Schichten in 100 bis 250 km Höhe (E- und F-Schicht) als Reflektoren die entscheidende Rolle. Beide Schichten sind besonders während des Tages aufgrund der Sonnenstrahlung ausgebildet. Doch in dieser Zeit tritt ihre Wirkung nicht in Erscheinung, weil die tiefer gelegene D-Schicht die Raumwelle vollständig absorbiert. Erst nach Sonnenuntergang, wenn die Ionisation der D-Schicht verschwindet, können die Mittelwellen bis zur E- und F-Schicht durchdringen, um dort reflektiert zu werden.

Auf diese Weise wird die Raumwelle über große Entfernungen übertragen; 2000 km und mehr liegen dann die Empfangsorte vom Sender entfernt. In seltenen Fällen findet sogar eine Mehrfachreflexion zwischen Ionosphäre und Erdoberfläche statt, die Reichweiten von 5000 km ermöglicht. Dann können in Mitteleuropa auch Sender von der amerikanischen Ostküste empfangen werden.

Am Tage sind diese günstigen Ausbreitungsbedingungen jedoch nicht vorhanden, da keine Raumwelle existiert. Es dominiert die Bodenwelle mit relativ kurzer Reichweite. Die Stärke der Bodenwelle ist eng verknüpft mit der elektrischen Bodenleitfähigkeit. Sie nimmt große Werte an, wenn der Boden naß oder feucht ist. Trockener Boden wie Wüstensand und Felsboden leitet die Bodenwelle dagegen nur schlecht.

Auch der Mittelwellenempfang ist leider etlichen Störungen ausgesetzt, z.B. den elektrischen Entladungen bei Gewittern und Zündungen sowie Schwunderscheinungen. Letztere treten vor allen Dingen dann auf, wenn sich beim Tag-und Nachtwechsel die Bodenwelle mit der Raumwelle in einer bestimmten Entfernung überlagert. Die daraus resultierenden Interferenzen können im Extremfall zu einer totalen Empfangsauslöschung führen. Doch wie bei der Kurzwelle ist es häufiger die unterschiedliche Ionisation der Atmosphäre, die zu Empfangsschwankungen beiträgt.

Über den UKW-Empfang

Stereosignale werden heute im UKW-Band ausgestrahlt, weil in anderen Frequenzbereichen die dazu erforderliche Bandbreite fehlt. Aus diesem Grund ist es natürlich auch interessant zu wissen, wie es sich mit der Wellenausbreitung im UKW-Band verhält, zumal Stereoempfang besonders empfindlich auf Störungen des Ausbreitungswegs reagiert.

Trotz zahlreicher praktischer und theoretischer Methoden, welche die Meßtechnik und moderne Computer heute bieten, bleibt selbst für den Experten noch immer vieles im Unklaren, besonders dann, wenn er zu einer Empfangsprognose aufgefordert wird. Zu viele Einflüsse können hierbei eine Rolle spielen.

Dabei ist die Ultrakurzwelle durchaus keine Entdeckung der letzten vier Jahrzehnte, auch wenn regelmäßige UKW-Sendungen erst seit etwa 35 Jahren ausgestrahlt werden. Schon Heinrich Hertz hat bei der Entdeckung der elektromagnetischen Wellen vor 100 Jahren in seinem Labor mit Ultrakurzwellen experimentiert. Allerdings tat er dies nicht im Hinblick auf das heutige UKW-Band, sondern wegen der räumlichen Verhältnisse.

Heinrich Hertz wollte nämlich in seinem nur wenige Quadratmeter großen Labor sogenannte stehende Wellen nachweisen, im Grunde also die gleiche Wellenform, die beim UKW-Empfang so häufig Probleme bereitet. Da sich aber stehende Wellen einer bestimmten Frequenz nur dann ausbilden, wenn es die räumlichen Abmessungen zulassen, wählte Heinrich Hertz eine Wellenlänge von rund 5 Metern und hatte damit beim Nachweis der elektromagnetischen Wellen auch Erfolg.

Eine Wellenlänge von 5 Metern entspricht aber einer Frequenz von 60 MHz, ein Wert, der knapp unterhalb des heutigen UKW-Bandes liegt, das bei 87,5 MHz beginnt.

Trotz dieser Entdeckung blieb dem Rundfunk der UKW-Bereich zunächst verschlossen, weil mit der damaligen Röhrentechnik nur Empfänger und Sender im Lang-, Mittel- oder Kurzwellenbereich betrieben werden konnten. Erst nach dem Krieg tauchten die ersten UKW-Sender und -Empfänger auf, und die Experten lernten, mit der Ultrakurzwelle umzugehen.

UKW Wellen ähneln den Lichtwellen

Bereits die ersten Feldversuche zeigten, daß die neuen Wellen, gemessen an den bis dahin bekannten längeren Wellen, eng mit Lichtwellen verwandt waren. Auch Ultrakurzwellen breiteten sich nahezu geradlinig aus, und es wurde deshalb der Begriff von der quasioptischen Ausbreitung geprägt. Dieser physikalische Sachverhalt begrenzt die Reichweite der Ultrakurzwellen im Vergleich zu den längeren Wellen ganz erheblich. Waren Mittelwellen noch in fast ganz Europa zu empfangen, Kurzwellen sogar in anderen Kontinenten, so reichten Ultrakurzwellen in den meisten Fällen gerade bis zum Horizont.

Der eigentliche Ausbreitungsmechanismus von Ultrakurzwellen wurde jedoch recht bald theoretisch erfaßt und durch unzählige Messungen untermauert. Heute gibt es zwischen den damaligen Erkenntnissen und modernen Ausbreitungsmodellen keine grundlegenden Unterschiede.

So gilt als gesichert, daß bei der Ausbreitung von Ultrakurzwellen sowohl die Erdoberfläche als auch die untere Atmosphäre die entscheidende Rolle spielen. Folglich werden UKW-Sender möglichst hoch über dem Sendegebiet errichtet, um die Reichweite zu vergrößern. Der Bereich der optischen Sicht ist ein erster Anhaltspunkt für die zu erwartende Reichweite. Jede Geländeerhebung, jedes Bauwerk, hinter das mit bloßem Auge nicht gesehen werden kann, erzeugt einen sogenannten Funkschatten, in dem ein Empfang oft nicht mehr möglich ist.

Allerdings wird die Ausbreitung von Ultrakurzwellen zusätzlich von den dichteren Luftschichten beeinflußt. Nach den Gesetzen der Strahlenoptik werden Ultrakurzwellen in der Luft derart gekrümmt, daß damit die optische Reichweite erheblich überschritten werden kann. Leider ist aber auch der umgekehrte Fall denkbar, so daß Schwunderscheinungen bereits in der nahen Umgebung eines UKW-Senders auftreten können.

Überreichweiten bei UKW

Ein besonders eindrucksvolles Phänomen ist die sogenannte Inversion, die zu extremen Überreichweiten beim UKW-Empfang führen kann. Inversions- oder Umkehrschichtung tritt in der Atmosphäre immer dann auf, wenn Warm- und Kaltluft aufeinandertreffen und sich in einer bestimmten Höhe über dem Erdboden nicht durchmischen. Insbesondere bei einer großflächigen Schichtung spricht der Experte von Überreichweitenwetter. Diese besonderen Wetterlagen sind in Mitteleuropa in den Monaten August bis November häufig anzutreffen. Alle Empfangsorte, die sich südlich oder westlich von Hochdruckgebieten befinden, liegen im Bereich von Überreichweiten im UKW-Band. Es ist keine Seltenheit, daß Entfernungen von mehr als 1000 km überbrückt werden.

Eine weitere wichtige Eigenschaft der Ultrakurzwellen ist die Fähigkeit, auf relativ engem Raum ausgeprägte Interferenzfelder zu bilden, ähnlich denen, die bereits Heinrich Hertz für seine Versuche absichtlich erzeugt hat. Im Empfangsalltag eines Radiohörers sind diese Interferenzfelder allerdings mehr ein Ärgernis, wechselt sich doch in ihrem Bereich guter und schlechter Empfang auf kurzen Wegstrecken ständig ab.

Empfangsprobleme bei UKW

Jeder Autohörer hat schon diese Erfahrungen gemacht und weiß, daß es kaum Möglichkeiten gibt, den UKW-Empfang in diesem Fall zu verbessern. Die Überlagerung von Ultrakurzwellen ist nur dann möglich, wenn es zuvor zu einer Reflexion an einem Gegenstand im Ausbreitungsweg gekommen ist. Hierfür sind besonders Gebäude, Metallkonstruktionen und Geländeerhebungen geeignet, an denen Wellenfronten reflektiert werden, die aber auch in Form von Sekundärwellen in das Gebiet jenseits der störenden Gegenstände gelangen können. Dieser Beugungseffekt ist dann für den teilweise möglichen Empfang im Funkschatten verantwortlich.

Da gebeugte und reflektierte UKW-Signale zeitlich verzögert zum Empfänger gelangen, weil sie - gemessen an der direkten Welle - größere Wege zurücklegen müssen, stellt sich insbesondere beim Stereoempfang ein weiterer Störeffekt ein: Stereosignale sind bei Umwegsignalen meist verzerrt. Man erkennt Einflüsse von Mehrwegesignalen daran, daß sie beim Umschalten auf Monoempfang schlagartig verschwinden.

Der UKW-Empfang kann häufig durch die Montage einer UKW-Antenne auf dem Dach verbessert werden. Hierfür sind besonders Richtantennen geeignet, mit denen störende Umwegsignale unterdrückt werden können. Außerdem erzeugt eine Richtantenne im Vergleich zu einer Zimmer- oder Gehäuseantenne eine größere Empfangsspannung am Empfänger. Selbst in einem Funkschatten ist dann oftmals noch guter UKW-Empfang zu erzielen.

Der Digitale Rundfunk (Stand 1988 !!)

Wie lange muß der Radiohörer noch warten, bis digitale Tonqualität vom Studio bis zum Empfänger übertragen wird? Optimisten glauben daran, daß vielleicht schon 1988 die erste echte Digitalübertragung bei uns möglich sein wird.

Eine Weltpremiere hat es allerdings bereits gegeben, als 1986 ein Symphoniekonzert live von Europa nach Japan via Satellit übertragen wurde. Dabei konnten japanische Radiohörer mit entsprechenden Digitalempfängern direkt in störungsfreier Qualität an diesem Ereignis teilnehmen.

Warum ist zur digitalen Tonübertragung überhaupt ein Satellit erforderlich? Geht es nicht auch mit den erdgebundenen Sendern? Der Gedanke, digitale Signale hier auf der Erde zu übertragen, ist auch nicht neu. Auf einigen speziellen Übertragungswegen ist das bereits vielfach erprobt worden und längst Stand der Technik, z.B. beim Richtfunk und bei modernen Mobiltelefonen.

Prinzipiell gibt es also keinen Grund, auf die digitale Tonübertragung von vornherein zu verzichten. Es liegt weniger an der Machbarkeit als vielmehr an der Frequenzknappheit und der technischen Ausstattung der Radiohörer. Viele Vorteile der digitalen Signalübertragung müssen durch fast ebensoviele Nachteile erkauft werden. Ein wesentlicher Nachteil ist dabei, daß die digitale Tonübertragung je nach Modulationsart eine größere Bandbreite verlangt als die analoge Übertragung. Aus diesem Grund sind die meisten digitalen Übertragungssysteme mit dem bestehenden UKW-Frequenzplan nicht vereinbar.

Noch fehlt ein EU Konzept für den Digitalen Rundfunk

(Anmerkung: Es ist immer noch 1988 !!) Inzwischen wurde ein Verfahren entwickelt, das unter gewissen Bedingungen schon heute akzeptabel wäre. Man muß aber trotz dieses Erfolges ganz klar sehen, daß ein derartiges Übertragungssystem nicht von heute auf morgen eingeführt werden könnte. Es gibt eben noch viele offene Fragen. Wie sieht es z.B. mit der Entwicklung eines neuen Digitalempfängers im UKW-Bereich aus? Soll die Industrie einen Mehrnormenempfänger entwickeln? Wie verträgt sich ein digitales Sendernetz mit benachbarten analogen Netzen, wenn dort die Umstellung noch nicht vollzogen ist?

Es deutet vieles darauf hin, daß die Einführung eines digitalen Übertragungssystems auf der Erde nur durch ein gemeinsames europäisches Konzept zu verwirklichen wäre, wollte man nicht Gefahr laufen, erhebliche Störungen untereinander zu verursachen. Ungelöst sind auch noch die Probleme der Verträglichkeit innerhalb eines Sendernetzes, z.B. im Gleichkanalbetrieb und - als größte Schwierigkeit der digitalen Signalübertragung - die Störanfälligkeit bei Mehrwegeausbreitung.

Was schon im analogen UKW-Hörfunk zu starken Verzerrungen bei Stereosendungen führen kann, tritt bei der digitalen Übertragung als immenses Problem in Erscheinung. Die zeitlich verzögert in den Empfänger gelangenden Digitalsignale verursachen ein derartiges Signalchaos, daß wohl nur sehr aufwendige Kompensationsschaltungen wieder aus dem Dilemma herausführen würden.

Nun wird man sich fragen, warum diese Probleme beim Satellitenempfang nicht ebenfalls auftreten. Hier gibt es aber einen ganz wesentlichen Unterschied: Für den Satellitenempfang müssen wegen des hohen Frequenzbereichs und der schwachen Empfangsenergie schüsseiförmige Empfangsantennen verwendet werden, die eine extrem schmale Empfangskeule besitzen.

Die Mehrwegesignale können damit weitaus wirkungsvoller unterdrückt werden als mit den herkömmlichen UKW-Antennen. Trotz dieser etwas düsteren Aussichten für eine digitale Tonübertragung über erdgebundene UKW-Sender ist darüber mit Sicherheit aber noch nicht das letzte Wort gesprochen.

Die drahtgebundene Rundfunkübertragung

Hörfunk- und Fernsehprogramme können heute auf zwei verschiedene Arten empfangen werden, entweder auf dem Luftweg über die Rundfunksender, oder über Kabel, die sogenannten Breitbandverteilnetze der Deutschen Bundespost, kurz BK-Netze genannt. Diese drahtgebundene Rundfunkübertragung hat in Deutschland eine lange Tradition, stand sie doch mit am Beginn der Hörfunkübertragung überhaupt.

Rundfunk über Telefonleitungen 1881

Erste Versuche wurden bereits 1881 mit Telefonleitungen durchgeführt, über die in Berlin vom königlichen Opernhaus Ausschnitte der Oper "Der fliegende Holländer" übertragen wurden. 1925 wagte man sogar eine zweikanalig Übertragung aus der Münchner Staatsoper, ebenfalls über einfache Telefonverbindungen. Ab 1928 fanden schließlich regelmäßige Drahtfunksendungen statt, die in besonderen Hörstuben - anfangs mit Kopfhörern und später über Lautsprecher - empfangen werden konnten.

Auch die ersten Radioempfänger waren z.T. am Drahtfunknetz angeschlossen. Selbst nach dem Zweiten Weltkrieg ist in Berlin Drahtfunk noch weiter betrieben worden, der erst 1966 wegen der ständig abnehmenden Teilnehmerzahlen endgültig eingestellt worden ist, und in der Schweiz gibt es noch heute kabelgebundene Hörfunkprogramme, die im ganzen Land verbreitet werden.

Die moderne Breitbandkabeltechnik

Mit der damaligen Technik hat die moderne Breitbandkabeltechnik natürlich nur noch wenig zu tun. 1960 wurde von der Deutschen Bundespost ein völlig neues Konzept entworfen, das vier Jahre später in der Nähe von Stuttgart in einer Musteranlage vorgestellt wurde. Zehn Jahre später waren in Hamburg und Nürnberg sogenannte Großgemeinschaftsantennen in Betrieb, über die zwölf Fernseh- und maximal 24 Hörfunkprogramme verteilt werden konnten. Diese Großgemeinschaftsanlagen sind die Vorläufer der heutigen BK-Netze.

Jede BK-Anlage wird nach einem einheitlichen Konzept aufgebaut. Als erstes wird die Empfangsstelle errichtet, an der die Hörfunk- und Fernsehprogramme eingespeist werden. Technisch ist eine BK-Anlage geeignet, 30 Fernseh- und zusätzlich 24 UKW- Programme zu übertragen. Es sind aber nicht nur die herkömmlichen Sender zu empfangen, sondern mit Parabolspiegeln können auch Satellitenprogramme eingespeist werden. Von diesen BK-Empfangsstellen führen dann Kupferkabel in Koaxialtechnik über Verstärkerpunkte die Rundfunksignale zu den einzelnen Übergabepunkten in den Häusern.

Von hier aus müssen die Hauseigentümer die gewünschten Kabelanschlüsse auf privater Basis verlegen lassen. Oftmals vereinfacht sich die Hausverteilung deshalb, weil bereits Kabel für eine Gemeinschaftsantenne vorhanden sind, die in technisch einwandfreiem Zustand auch für die BK-Anlage übernommen werden können.

UKW Radio über Kabel

Beim UKW-Empfang verwendet die Post in BK-Anlagen den üblichen Frequenzbereich von 87,5 bis 108 MHz. Allerdings bemüht man sich um eine möglichst hohe Verträglichkeit der einzelnen Frequenzen untereinander und setzt sie deshalb ebenfalls in neue Frequenzen um. So ist gewährleistet, daß der geringste Abstand benachbarter Frequenzen mindestens 300kHz beträgt.

Man wählt dabei allerdings ein Frequenzraster von 50 kHz. Leider hat sich in der Praxis gezeigt, daß einige UKW-Empfänger am BK-Netz Empfangsprobleme bekommen. Da im BK-Netz relativ hohe Spannungen an den Kabelsteckdosen angeboten werden, kommen viele UKW-Empfänger aus dem Tritt und erzeugen Geisterfrequenzen. Dieser Fehler läßt sich jedoch häufig durch eine angemessene Verstärkung innerhalb der Hausverteilanlage vermeiden.

Hörfunkprogramme werden nur im UKW-Bereich angeboten. Wie sieht es aber mit den Lang-, Mittel- und Kurzwellensendern aus? Die Post verzichtet aus technischen Gründen auf die Einspeisung dieser Wellenbereiche. Der BK-Teilnehmer kann jedoch eine separate Empfangsantenne für Lang-, Mittel- und Kurzwelle an das Hausnetz anschließen, so wie es bei den Gemeinschaftsantennen auch schon der Fall ist.

Der Satellitenempfang von 1988

Anfang März 1987 haben sich die Ministerpräsidenten der Bundesländer über den sogenannten Medienstaatsvertrag geeinigt. In diesem lange Zeit umstrittenen Abkommen wird u.a. auch die zukünftige Nutzung von Hörfunk- und Fernsehkanälen auf direktempfangbaren Satelliten vom Typ
TV-SAT geregelt. Sie sollen von jedermann mit Einzelantennen ohne den Umweg über ein großes Verteilnetz, wie es zum Empfang der Nachrichtensatelliten üblich ist, empfangbar sein.

Nachrichtensatelliten sind schon länger in Betrieb und unter den Bezeichnungen Intelsat und Eutelsat bzw. ECS längst einer breiten Öffentlichkeit bekannt. Zum Empfang dieser Satelliten sind bisher nur große Empfangsstationen in Frage gekommen, von denen das Signal über Kabelnetze zu den Teilnehmern weitergeleitet wurde. Es ist jedoch auch Einzelpersonen gestattet, diese Nachrichtensatelliten zu empfangen, sofern hierfür bestimmte technische Voraussetzungen erfüllt sind.

Die Technik der Nachrichtensatelliten

Die Geschichte der Nachrichtensatelliten begann im April 1965 mit dem Start von "Early Bird", einer Schöpfung der internationalen Satellitenorganisation Intelsat, die heute noch die meisten Nachrichtensatelliten entwickelt und betreibt. Damals konnten mit Early Bird gerade 240 Telefongespräche oder wahlweise ein Fernsehkanal übertragen werden.

Inzwischen ist die Übertragungskapazität auf 80000 Telefongespräche und zusätzlich zwei Fernsehkanäle angewachsen. Die Bodenstationen sind zum Empfang der relativ schwachen Sendesignale mit großen Parabolspiegeln ausgerüstet, deren Durchmesser zwischen 4,5m und 30m liegt.

In Europa arbeiten 26 Postverwaltungen in der Satellitenorganisation Eutelsat zusammen. Die Nachrichtensatelliten von Eutelsat übertragen nicht nur Telefongespräche und Daten, sondern auch Fernsehprogramme.

Nachrichten- und direktempfangbare Satelliten unterscheiden sich durch ihre Senderleistung im Verhältnis 10:1 zugunsten der direktempfangbaren Satelliten. Das hat zur Folge, daß TV-SAT als direktempfangbarer Satellit schon mit Parabolspiegeln empfangen werden kann, die nur noch einen Durchmesser von 60cm haben müssen. Für Hörfunkempfang reicht wahrscheinlich schon ein Durchmesser von 30cm aus. Eutelsat-Programme sind dagegen in der Bundesrepublik nur über 3-4m große Spiegel zu empfangen.

Neue Stelliten (in 1988)

Zu diesen beiden Leistungsklassen wird sich noch ein weiteres Satellitenmodell mit der Bezeichnung ASTRA hinzugesellen. Die Senderleistung von ASTRA soll etwa in der Mitte zwischen den Nachrichten- und direktempfangbaren Satelliten liegen, woraus sich die Kennzeichnung Medium-power-satellite abgeleitet hat.

Recht unterschiedlich sind auch die einzelnen Ausleuchtzonen der genannten Satelliten. Neben europaweiten Eurobeams werden Programme auch über gerichtete Spotbeams auf ausgewählte Regionen verteilt. Der TV-SAT deckt mit seinem Antennendiagramm schwerpunktartig nur die Bundesrepublik ab. Doch auch bei den Satelliten machen natürlich die Rundfunkwellen nicht an den nationalen Grenzen halt, so daß deren Ausstrahlungen mit etwas geringerer Empfangsenergie auch noch in den benachbarten Ländern empfangen werden können.

Der TV-SAT mit der höchsten Senderleistung aller bisherigen Satellitenmodelle ist allerdings nur in der Lage, höchstens fünf Kanäle anzubieten, wobei ein Kanal als Reserve bereitgehalten werden muß. Voraussichtlich wird dabei ein Kanal auch für die Ausstrahlung von digitalen Hörfunkprogrammen genutzt. Die zur Verfügung stehende Bandbreite ermöglicht immerhin 16 Stereokanäle oder die doppelte Anzahl von Monoprogrammen.

Das Radio-Daten-System (RDS)

Der 1. April 1988 markiert in der Geschichte des Hörfunks einen weiteren Entwicklungsschritt, denn ab diesem Termin werden die deutschen Rundfunkanstalten spezielle Signale zusätzlich über die UKW-Sender ausstrahlen. Diese neue Form der Hörerinformation wird als Radio-Daten-System, kurz RDS, bezeichnet.

Nun ist ja vielen Autohörern bekannt, daß bereits seit mehr als zehn Jahren besondere Autofahrerinformationen über die UKW-Sender ausgestrahlt werden und zwar mit dem sogenannten ARI-System. RDS hat mit dem ARI-System viel gemeinsam und ist trotzdem ein völlig neuartiges Übertragungssystem. Bei RDS werden nämlich erstmalig im UKW-Rundfunk digitale Signale übertragen. Somit lassen sich in Zukunft wesentlich mehr Informationen übertragen als es mit ARI möglich war, und ein entscheidender Vorteil: mit Hilfe von RDS läßt sich der Autoempfänger leichter abstimmen.

Über das ARI-System

Um das Neue an RDS besser erkennen zu können, muß man sich das ARI-System in Erinnerung rufen. Hierfür mußte das UKW-Signal um den Verkehrsfunk-Hilfsträger bei 57 kHz erweitert werden, der noch innerhalb eines UKW-Kanals, aber jenseits des Stereokanals liegt, der nur bis 53 kHz reicht.

Auf diesem 57-kHz-Träger sind nun bei ARI die drei Kennsignale für die Senderkennung, die Bereichskennung und die Durchsagekennung mit einzelnen Frequenzen untergebracht. Diese Kennungen werden von den Verkehrsfunksendern ausgestrahlt und in einem speziellen Verkehrsfunkdecoder im Autoempfänger ausgewertet.

Ein Lämpchen zeigt beispielsweise an, ob gerade ein Verkehrsfunksender empfangen wird. Das ARI-System kann aber über diese Funktion hinaus nicht erweitert werden. Für die Realisierung des Wunsches, noch weitere Informationen als Hörerservice zu übertragen, mußte ein neues Verfahren entwickelt werden: RDS mit digitaler Signalübertragung.

Allerdings wird für alle älteren ARI-Empfänger dieses System weiterhin beibehalten: Digitale und analoge Signalübertragung werden also im UKW-Kanal einträchtig nebeneinander existieren. Es ist sogar vorgesehen, den 57-kHz-Träger auch für RDS auszunutzen. Deshalb wurde auch schon von einem Huckepack-System gesprochen, weil die neuartigen Informationen in digitalen Blöcken auf diesem Träger übertragen werden.

Der Hinz-Triller

Das typische Kennsignal einer Verkehrsmeldung ist der sogenannte Hinz-Triller, so benannt nach seinem Erfinder. Dieses akustische Signal wird vor und nach einer Durchsage vom Studio ausgestrahlt und soll nicht nur den Autofahrer aufmerksam machen, sondern aktiviert für die Dauer der Verkehrsdurchsage auch die Stummschaltung von Verkehrsfunkempfängern.

Der Hinz-Triller entspricht dem Ton d4 = 2350 Hz. Dieser Ton wird außerdem mit der Frequenz 123 Hz moduliert, wodurch für das menschliche Ohr ein disharmonischer Klang entsteht, der in keiner musikalischen Komposition vorkommen wird. Damit ist auch gewährleistet, daß der ARI-Empfänger und dessen Stummschaltung nur durch diesen Hinz-Triller ausgelöst werden kann.

RDS-Signal mit Fehlerschutz

Das RDS-Signal besteht aus mehreren digitalen Datenblöcken, in denen nicht nur Informationen untergebracht sind, sondern - wie in der Digitaltechnik üblich - auch sogenannte Synchronsignale und Kontrollwörter zur Erkennung und Korrektur von eventuellen Übertragungsfehlern. Ein vergleichbarer Fehlerschutz wird auch bei der Compact Disc verwendet. Die einzelnen Bits werden durch zwei verschiedene Phasenlagen des RDS-Signals dargestellt, entsprechend den binären Informationen 0 und 1.

RDS kann keine hörbaren Verbesserungen bewirken, da es keinen Einfluß auf die Tonübertragung hat. Erleichtert wird aber die Abstimmung der Empfänger, denn bei RDS liefert das UKW-Signal selbst den Sendernamen. Auch die Programmbezeichnung wird mit übertragen. Beide Angaben erscheinen in einem Anzeigefeld. Ein weiterer Datenblock beinhaltet sogenannte Alternativfrequenzen, mit deren Hilfe auf verschiedene Frequenzen des gleichen Programms umgeschaltet werden kann, falls sich die Empfangsverhältnisse auf einer bestimmten Frequenz verschlechtern. Ein Mikroprozessor wertet zu diesem Zweck innerhalb weniger Millisekunden aus dem Angebot der Alternativfrequenzen die beste heraus und schaltet diese Frequenz auf die Lautsprecher durch. Natürlich läuft dieser Vorgang unhörbar ab und erfordert auch keine Programmierung durch den Benutzer.

Stereotechnik heute und morgen (Stand 1988)

Die stereophone Tonübertragung gehört heute längst zum Standard des Hörfunks und ist auf dem Wege, auch beim Fernsehen Freunde zu gewinnen.

Moderne Stereotechnik basiert in Europa auf dem sogenannten Pilottonverfahren, einer amerikanischen Erfindung. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, daß nur ein Tonsender benötigt wird und auch Monoempfänger das Programm wiedergeben - allerdings nur in Monoqualität.

Das vollständige Stereosignal besteht aus zwei Teilkanälen, dem Summenkanal und dem Differenzkanal. Hinter diesen Bezeichnungen verbirgt sich zweierlei:

  • Erstens werden im Summenkanal der linke und der rechte Tonkanal in einer Additionsschaltung zusammengefaßt. Aus der phasengleichen Zusammenschaltung von rechts und links entsteht dann das Monosignal.
  • Zweitens wird in einer weiteren Schaltung, der Differenzschaltung, das linke und rechte Tonsignal gegenphasig vereint, wodurch ein Differenzsignal links minus rechts gewonnen wird. In beiden Teilkanälen ist das Tonspektrum von 30 Hz bis 15000 Hz enthalten.

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Die 19kHz Pilottontechnik bei UKW-Stereo

Im UKW-Kanal sind beide Teilkanäle räumlich voneinander getrennt. Der Summenkanal liegt in der Mitte des UKW-Kanals, der Differenzkanal hingegen symmetrisch um den sogenannten Hilfsträger bei 38 kHz. Durch Amplitudenmodulation des 38-kHz-Trägers entstehen ein unteres und ein oberes Seitenband, deren Frequenzumfang von 23kHz bis 53kHz reicht, also insgesamt die zweifache Tonbandbreite, nämlich 30kHz, umfaßt. Da die eigentliche Toninformation in den Seitenbändern des Differenzkanals vorhanden ist, leistet der 38-kHz-Träger tatsächlich nur Hilfsdienste bei der Stereoübertragung und kann im Sender unterdrückt werden, da sonst die Reichweite des Senders und seine Aussteuerung eingeengt würden.

Ein Stereoempfänger kann jedoch auf den Hilfsträger nicht verzichten, andernfalls ließe sich das Stereosignal nicht wiedergewinnen. Deshalb strahlt der Sender einen sogenannten Pilotton bei 19kHz aus, der empfangsseitig von einem Stereodecoder aufgefangen wird, um anschließend in einer Oszillatorschaltung phasenrichtig auf den Wert 38kHz verdoppelt zu werden.

Der Stereopilotton liegt bei 19kHz, also genau in der Mitte zwischen 15kHz, dem oberen Ende des Summen- oder Basiskanals, und 23kHz, dem unteren Ende des Differenz- oder Stereokanals.

Bei der Übertragung eines Stereotons sind nun nahezu unzählige Pegelkombinationen des linken und rechten Stereokanals denkbar. Wenn z.B. das linke und rechte Signal völlig gleich sind, ihre Differenz also gleich Null ist, dann ist jedoch ein Summensignal mit maximaler Amplitude vorhanden. In diesem Fall ist nur der Basis- oder Monokanal belegt, so daß der Ton in der Mitte zwischen den Lautsprechern geortet wird und die für Stereo typischen Seiteninformationen völlig fehlen. Je größer jedoch in anderen Fällen das Differenzsignal hervortritt, desto ausgeprägter offenbart sich ein räumlicher Höreindruck.

Qualitätsvergleich zwischen UKW Stereo und CD Stereo

Für einen Stereoempfänger gilt es als Qualitätsmerkmal, wenn er möglichst linear den gesamten Frequenzbereich des Differenzkanals von 23kHz bis 53kHz wiedergeben kann. Wenn sich trotzdem im Stereodecoder, gemessen am Summensignal, auch nur geringe Abweichungen bei den Pegeln und Phasen ergeben, dann resultiert daraus eine Abnahme der für den Stereobetrieb so wichtigen Trennung zwischen dem rechten und linken Kanal. Man spricht von einer schlechten Übersprechdämpfung.

Wenn sich auch der Stereorundfunk seit seiner Einführung bislang hervorragend bewährt hat, so werden doch seit dem Verkauf der digitalen CD immer wieder Stimmen laut, die von vielen Schwachstellen des UKW-Rundfunks sprechen. Oftmals wird gerade die geringe Ubersprechdämpfung als Beleg dafür herangezogen. Im Zeitalter der CD schneidet die Kanaltrennung bei UKW, gemessen an der CD-Qualität, nur mäßig ab.

Der Vorteil der digitalen CD Technik

Bei der UKW-Stereoübertragung handelt es sich nach wie vor um eine analoge Signalverarbeitung, im Gegensatz zur CD-Technik, bei der die Tonsignale digital gespeichert und wiedergegeben werden. Will man annähernd die gleichen Übertragungswerte erzielen, so muß der Hörfunk ebenfalls die Digitaltechnik anwenden. Erste Ansätze für einen solchen Schritt sind zumindest schon theoretisch erwogen worden, jedenfalls was die Anwendung über die bestehenden Sender anbetrifft.

Digitale Stereosignale bietet hingegen der Satellitenrundfunk, der als gänzlich neues Medium von Anfang an die digitale Übertragung anwenden kann. Hier gibt es nicht die Probleme bei der Wahl der geeigneten Bandbreite, weil für den Satellitenrundfunk ein wesentlich größerer Frequenzbereich erschlossen wurde, nämlich das GHz-Band, das leider aber für den Rundfunk auf der Erde nicht zur Verfügung steht. Gemessen an den Verhältnissen im UKW-Band gibt es nun in den Satellitenkanälen viel Platz.

Stereo über Mittelwelle ???

Noch ein Wort zur oft gestellten Frage, ob Stereofonie auch auf Mittelwelle möglich sei. Historisch gesehen stand am Anfang der drahtlosen Stereoübertragung ohnehin die zweikanalige Übertragung über zwei Mittelwellensender. Was ist also aus dieser Technik geworden?

Da bei diesem Verfahren nicht nur zwei Sender erforderlich waren, sondern auch zwei Empfangsgeräte, nämlich für jeden Stereokanal ein Gerät, konnte Mittelwellenstereofonie, wie sie damals versucht wurde, viele Radiohörer nicht begeistern. Der Aufwand mit zwei Empfängern war zu groß.

Immerhin sind die Versuche von Radio Hilversum in den Niederlanden im Jahre 1950 berühmt geworden. Auch in den USA und Großbritannien hat man anfangs mit zwei Sendern experimentiert, z.B. mit einer Kombination UKW-Sender/Mittelwellen-Sender. Auch dabei kam zutage, daß der Geräteaufwand zu groß war und andererseits auch die begrenzte Anzahl der Sendefrequenzen einer generellen Einführung im Wege stand. In Europa hat man sich deshalb später für das Pilottonsystem entschieden, bei dem ein Sender und ein Empfänger ausreichen.

Doch so ganz ist die Mittelwellen-Stereofonie nie aufgegeben worden. Besonders in den USA mit ihren dicht ausgebauten Mittelwellensendernetzen haben sich zahlreiche Experten immer wieder mit AM-Stereo, wie man dort sagt, beschäftigt. Heute haben sich tatsächlich mehrere neue Verfahren entwickelt, die dank fortgeschrittener Technik auch nur mit einem Sender und einem Empfänger auskommen.

Allen Vorschlägen von AM-Stereo ist gemeinsam, daß zwei verschiedene Modulationsarten verwendet werden, also z.B. Amplitudenmodulation (AM) und Frequenzmodulation (FM) gemeinsam.

Je ein Stereokanal kann aber auch mit einer Kombination von AM und Phasenmodulation übertragen werden. In allen Fällen ist jedoch eine spezielle Empfangsschaltung erforderlich, die bei den Mittelwellenempfängern heute nicht vorhanden ist. Die gesamte Empfängerindustrie müßte sich also auf derartige Stereosysteme neu einstellen, ebenso natürlich die Sendeanstalten.

UKW-Empfangsstörungen

Die klanggetreue Wiedergabe des Tonsignals, also High-Fidelity, wurde unter den Radiohörern immer mehr zu einem wohlvertrauten Qualitätsbegriff. Daraus erwuchs dann aber auch immer häufiger in den darauffolgenden Jahren die Forderung an die Studio- und Sendertechnik der Funkanstalten, das hi-fi-gerechte Tonsignal dem Standard neuer Schallplatten- und Aufnahmeverfahren anzupassen.

Vor allem die CD-Platte und digitale Aufnahmeverfahren über Videorecorder haben viele Hi-Fi-Freunde inzwischen so verwöhnt, daß die herkömmliche UKW-Übertragung etwas von ihrem guten Ruf eingebüßt hat. Dies kann sich jedoch nur auf den Teilabschnitt der Signalübertragung zwischen Sender und Empfänger beziehen, denn sowohl in der Studio- als auch in der Leitungstechnik werden inzwischen teilweise digitale Systeme eingesetzt.

Rauschen bei Gemeinschaftsantennen

Trotzdem gibt es Radiohörer, die UKW-Signale auch dann nicht einwandfrei empfangen können, wenn scheinbar alle technischen Voraussetzungen gegeben sind, wie z.B. ein teures Empfangsgerät und eine große Antennenanlage. Fragt man Radiofachleute nach der Ursache der zahlreichen Reklamationen, so wird häufig darauf hingewiesen, daß es wohl in erster Linie am Sender liegen müsse, schließlich seien die teuren Empfänger in Ordnung und man hänge ja an einer großen Gemeinschaftsantenne oder gar an einem Breitbandkabel der Post. Eine derartige Aussage trifft jedoch in der Regel nicht den Kern, und die Ursachen liegen in den seltensten Fällen auf der Senderseite.

Nehmen wir einen Hi-Fi-Freund, dessen Gerät an eine Gemeinschaftsantenne angeschlossen ist, die mehrere Wohnhäuser mit Rundfunkprogrammen versorgt. An seinem Empfänger hat er nun festgestellt, daß über das ganze UKW-Band verteilt ein gleichmäßiger Rauschschleier liegt, der bestimmte Frequenzen vollständig verdeckt. Auf einigen Frequenzen ist geringer Empfang zwar möglich, doch auch hier treten Störungen auf, die scheinbar durch andere Sender verursacht werden. Zudem zeigt ein Vergleich mit einer Frequenztabelle, daß überraschenderweise auch Sender auf Frequenzen zu empfangen sind, die in der Tabelle gar nicht aufgeführt sind.

Probleme mit Übersteuerungen

Wie kommt es nun zu solchen Störungen und Geisterfrequenzen? Warum häufen sich diese Klagen ausgerechnet im Kreis von Radiohörern, deren Geräte an eine Gemeinschaftsantenne angeschlossen sind? Es gibt sehr wohl einen Unterschied zu den Einzelantennen, bei denen diese Probleme seltener aufzutreten scheinen. In den größeren Gemeinschaftsantennen sind wegen der wesentlich längeren Kabelverbindungen zu den vielen Anschlüssen notwendigerweise Verstärker eingebaut, die Dämpfungsverluste ausgleichen sollen. Dies geschieht vor allen Dingen wegen der schwächeren Empfangssignale der weiter entfernten Sender, die das Empfangsangebot bereichern sollen.

Bei der Verstärkung aller Signale entsteht nun leider ein unliebsamer Nebeneffekt: Es werden nicht nur die schwächeren Signale verstärkt, sondern natürlich auch die Signale der Ortssender, die einen wesentlich höheren Pegel aufweisen, der nun nochmals erhöht wird. Damit besteht jedoch die Gefahr, daß die Transistorstufen in den Empfängern übersteuert werden. Die Folge sind dann sogenannte Intermodulationsstörungen oder Kreuzmodulationen, wie sie z.B. auch in Lautsprechern und Tonbandgeräten bei zu hohen Pegeln auftreten können.

Die Intermodulation

Die Intermodulation ist gekennzeichnet durch zahlreiche Mischprodukte, die durch Addition oder Differenzbildung der starken Signale entstehen und sich über das gesamte UKW-Band erstrecken können. Man kann errechnen, daß die Anzahl der Mischprodukte sehr schnell mit dem Anteil der Großsignale steigt.

Bei drei starken Signalen ergeben sich schon mehr als 20 Störträger, und bei 20 Signalen errechnen sich bereits mehr als 5000 Geisterfrequenzen. Da besonders in großen Gemeinschaftsantennen und Kabelanlagen der Post so viele Programme angeboten werden, ist dieser Störfall mit Tausenden von theoretisch möglichen Störträgern also durchaus realistisch. Die Probleme treten also immer dann auf, wenn Signale zu sehr verstärkt werden und damit der Empfänger übersteuert wird.

Es gibt prinzipiell zwei Möglichkeiten, den Problemen aus dem Weg zu gehen: Erstens durch ein Absenken aller Eingangsignale mit Hilfe eines Dämpfungsgliedes am Empfängereingang und zweitens durch einen Pegelausgleich der Signale durch spezielle Sperrkreise.

Gegenmaßnahmen

Die erste Maßnahme hat den Nachteil, daß mit ihr natürlich auch die schwachen Signale gedämpft werden. Meistens verschwinden sie dann im Rauschen, und es bleiben nur noch die Ortssender empfangbar.

Im zweiten Fall kann es auch Schwierigkeiten geben, weil die Selektion von Sperrfiltern nur begrenzt möglich ist und oft auch viel Zeit kostet. Deshalb entscheidet man sich heute besser für eine weitere Methode, die Frequenzumsetzung. Dabei werden alle Frequenzen auf neue umgesetzt, die dann eine günstigere Lage zueinander haben, so daß sie sich nicht mehr untereinander stören können.

Gleichzeitig wählt man sinnvollerweise die Pegel aller Sender nach der Frequenzumsetzung so aus, daß Intermodulationen nicht auftreten können.

Diese technische Alternative gestattet nun ein Fazit: Die geschilderten Störungen sind vermeidbar, wenn entweder nicht übermäßig verstärkt wird, z.B. nach den Übergabepunkten in Breitbandkabelanlagen, oder wenn Frequenzumsetzung gewählt wird, wo andere Maßnahmen nicht zum Erfolg führen. Davon unabhängig ist jedem Hi-Fi-Freund zu raten, beim Kauf eines Empfängers auf das Großsignalverhalten zu achten. Nur wenn ein entsprechender Test keine Geisterfrequenzen offenbart, dann dürften auch die geschilderten Probleme gegenstandslos sein.

Rauschen bei Stereoempfang

Stereofonie und Rauschen - leider haben schon viele Stereohörer selbst erlebt, wie unmittelbar diese beiden Begriffe miteinander verknüpft zu sein scheinen. Und tatsächlich: Der Preis für räumliches Hören ist eine größere Rauschstörung, verglichen mit dem Monoempfang.

Nun ist zum Glück nicht jeder Stereohörer davon betroffen. Vielmehr können die meisten ohne jegliche Rauschstörung stereofone Sendungen empfangen. Für andere Hörer ist es aber eine ständige Erfahrung, daß Stereofonie und Rauschen scheinbar miteinander verbunden sind.
Stereofonie hat in der Tat etwas mit mehr Rauschen zu tun; das stärkere Rauschen im Vergleich zum Monoempfang gehört systembedingt zur Stereofonie, wie sie heute im Rundfunk praktiziert wird.

UKW Stereo, ein ausgeklügeltes System

Unser heutiges Stereosystem mußte sich in den 60er Jahren dem bereits bestehenden UKW-Netz angleichen, d.h. es mußte so ausgeklügelt werden, daß es noch in das dicht belegte Frequenzband paßte.

Es gab auch andere Vorschläge für ein Stereosystem, die aber nicht mit den älteren Monoempfängern verträglich oder mit dem bestehenden UKW-Band vereinbar waren. Realisiert wurde das heutige Pilottonsystem, wie es in ganz Europa üblich ist.

Markantes Kennzeichen ist ein Pilotton bei 19 kHz, der über den Sender zum Empfänger innerhalb des UKW-Kanals übertragen wird. Das Vorhandensein des Pilottons gilt somit als Kriterium einer Stereoübertragung und wird deshalb auch von den Stereoempfängern durch eine Lampe oder ein Leuchtfeld angezeigt.

Das vollständige Stereosignal mit den L- (links) und R- (rechts) Informationen besteht aus insgesamt zwei getrennten Kanälen, nämlich dem Mono- oder Summenkanal (L+R) sowie dem Differenzkanal (L-R). Der Monokanal umfaßt alle Frequenzen des Basisbandes von etwa 30 bis 15000 Hz. Die Seitenbänder des Differenzkanals reichen statt dessen von 23 bis 53 kHz (s. Abb. 4, Seite 57). Erst wenn beide Kanäle in dem Stereodecoder zusammenkommen, entsteht das Stereosignal mit den linken und rechten Seiteninformationen.

Der Differenzkanal weist noch eine wichtige Besonderheit auf: Er geht hervor aus einem Hilfsträger bei 38 kHz, der von den Frequenzen des Basisbandes - also den hörbaren Frequenzen zwischen 30 Hz und 15 kHz - amplitudenmoduliert wird. Das geschieht nur auf der Aufnahmeseite. Für die Übertragung wird der Hilfsträger dann wieder unterdrückt, um den Sender nicht zu übersteuern. Statt dessen wird der Pilotton bei 19 kHz, also der halben Hilfsträgerfrequenz übertragen, mit dessen Hilfe im Empfänger die Information aus den Seitenbändern gewonnen wird. Nach der Decodierung treffen dann alle Frequenzen im Basisband zusammen und werden an die Lautsprecher weitergegeben.

Ursache ist die Amplitudenmodulation

So elegant und raffiniert sich dieses Verfahren auch anhört: Es beinhaltet bereits die Ursache für das größere Stereorauschen, nämlich die sogenannte Amplitudenmodulation des Hilfsträgers.

Zunächst einmal ist das Rauschen an sich so alt wie die Rundfunktechnik. Es tritt immer dann auf, wenn elektrische Widerstände in Verstärkerstufen eingesetzt sind, und das ist ja in jedem Empfänger der Fall.

Ohne weitere Verarbeitung ist das Rauschen der Empfängereingänge unabhängig von der Übertragungsfrequenz. Erst in einem UKW-Empfänger entsteht bei der üblichen Frequenzmodulation ein frequenzabhängiges Rauschen, was bedeutet, je höher die Frequenz, um so größer die Rauschkomponente. Man spricht hier von einem Dreiecksrauschen. Bei einem frequenzmodulierten Sender wird also der Signal/Rauschabstand für hohe Frequenzen ständig kleiner.

Auf der Senderseite kann dem entgegengewirkt werden durch eine Anhebung der hohen Frequenzen. Dieser Vorgang heißt Preemphase. Er wird auf der Empfängerseite durch den entsprechenden Schritt der Deemphase wieder rückgängig gemacht, um die ursprüngliche Dynamik wieder herzustellen. Vorteil der ganzen Aktion: Die hochfrequenten Rauschkomponenten des Übertragungsweges werden im Empfänger abgesenkt.

Bei Mono rauscht es deutlich weniger

Für den Basiskanal bis 15 kHz ist der Rauschgewinn entsprechend hoch. Das gilt jedoch nicht in gleicher Weise für den Differenzkanal von 23 bis 53 kHz. Hier steigt nach der Deemphase der Rauschpegel bis 38 kHz noch stark an, um erst dann auf ein wesentlich kleineres Maß bei 53 kHz abzufallen. Bei der Decodierung des Stereosignals gelangen diese Rauschkomponenten jedoch mit in das Basisband, wodurch der Signal/Rauschabstand natürlich gegenüber der MonoÜbertragung des Basisbandes allein um den Faktor 11 verringert wird.

Im logarithmischen Maßstab entspricht dem Faktor 11 der Wert von 21 dB. Um diese 21 dB muß die Antennenspannung bei Stereoempfang größer sein, wenn kein Rauschen auftreten soll. Es ist klar, daß es hier viele Grenzbereiche gibt: Für Monoempfang reicht die Empfangsspannung noch aus, für rauschfreien Stereoempfang fehlen vielleicht nur einige dB.

Die Mindestanforderung für Stereo liegt bei einem Signal/Rauschabstand von 46 dB. Wenn dieser Abstand nicht erzielt wird, läßt sich rauschfreier Empfang nur mit einem kleinen Trick erreichen, und zwar mit Hilfe der Monotaste. Ein Druck auf diese Taste, die jeder Empfänger besitzt, schließt dann den Pilotton von der weiteren Signalverarbeitung aus.

Die Folgen liegen auf der Hand: Der Differenzkanal mit seinen großen Rauschkomponenten läßt sich nicht mehr reproduzieren und bleibt damit vom Basisband ausgeschlossen. Die Übertragung ist damit allerdings zu einer MonoÜbertragung geworden, für die ein Signal/Rauschabstand von 46 dB minus 21 dB, also 25 dB ausreicht.

In modernen Hi-Fi-Tunern kann der Übergang von Mono zu Stereo auch mit Hilfe einer Schwellenschaltung erreicht werden, die entweder fest eingestellt ist oder programmiert werden kann. Diese Betriebsarten werden Hi-Fi-Blend oder Stereo-Blend genannt. Viele Autoempfänger sind seit langem damit ausgerüstet.

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