3-Wire symmetrisch Stereo

  • Hallo!

    Habe mich zwischen den Jahren mal wieder mit einigen altbekannten technischen Problemchen beschäftigt, als da wären Stromversorgung, Rauschen, Brummen, Kabelsalate und die Stereofrage. Dazu habe ich mir mal etwas (bisher zwar bloß theoretisch, aber) überlegt. Um mit den letzten drei Punkten zu beginnen:

    Wünschenswert wäre natürlich eine symmetrische Übertragung des Signals. Andererseits will man nicht alles doppelt und bei Stereo dann vierfach. Wie wäre es also, man hat 2 Signale "L"=linkes Signal und "R"=rechtes Signal, daraus bildet man nun einfach mal S1=R-2•L, S2=L+R und S3=L-2•R. Warum und was bringt das?

    Oder mal von der anderen Seite gedacht:

    Man hat einen einfachen Differenzverstärker aus gematchten FET, allerdings einen mit 3 Zweigen, also...

    ...und der hat einige lustige Eigenschaften.

    Mit UG=[UG1,UG2,UG3]=[L,0,R] erhält man (erster Näherung) eine Source-(Wechsel-)Spannung von US=(L+R)/3 und damit Drain-(Wechselspannungs-)Signale UD=[UD1,UD2,UD3]=-k•[(R-2•L),(L+R),(L-2R)], also genau obige S1,S2,S3.

    Mit UG=[S1,S2,S3] erhält man - oh Wunder - auch wieder etwas der Form -k•[S1,S2,S3]. Und UG=[(L-R),(L+R),(R-L)] funktioniert sogar auch.

    Es lässt sich also mit nur 3 FET (Operationsverstärker sollten genauso elegant gehen !?) eine symmetrische Stereoverstärkerstufe aufbauen, welche

    1. keinen Basisbreitenverlust aufweist

    2. gute PSRR aufweist

    3. und aufgrund der symmetrischen Signalführung (da S1+S2+S3=0 !) unempfindlich gegen Groundloops und sonstige Einstreuungen ist.

    Die ursprünglichen Signale L und R lassen sich, sofern man möchte, jederzeit mit einfachen Differenzverstärkern gemäß S2-S1=3•L und S2-S3=3•R gewinnen. Ggf. auch erst nach der Endstufe, die dann automatisch ein Brückenverstärker wäre.

    Findet jemand Denk- oder Rechenfehler? Und was sagen unsere Theoretiker, also z.B. Bernd, Christof, Thorsten,... zu der Sache?

    Grüße, Loesti

  • Der Trick bei dem symmetrischen Signal ist ja, dass wenn auf invertiert und normal ein absoluter Wert hinzu kommt, sich die Differenz nicht ändert.


    Angenommen wir wollen bei dir folgendes übertragen:

    L=24

    R=51

    Z=5 (Störung)


    S1=R-2L=51-48=3

    S2=L+R=24+51=75

    S3=L-2R=24-102=-78


    Nun kommt die Störung:


    S1+Z=8

    S2+Z=80

    S3+Z=-73


    Nun mal der demuxen:


    L=(S2-S1) /3=72/3=24

    R=(S2-S3)/3=153/3=51


    Die Rechnung scheint zu stimmen. :thumbup: :thumbup:

    Groundloops könnte es ohne trenntrafo weiterhin geben.


    Gegenfrage: worin liegt der Vorteil gegenüber vier adern?

  • Die Gedankenrichtung öfters Eingangs Differenzverstärker zu verwenden, um Groundlift zu machen, finde ich gut. Bei vielen Effekten wäre das Schaltungs technisch auch gar nicht so schwierig, denk ich. Allerdings habe ich schon Brummspannungen im Voltbereich gemessen, sodass 9V Versorgungsspannung evtl. knapp werden. Man muss es konkret durchkonstruieren und probieren.

    Gruß Christof

  • Groundloops könnte es ohne trenntrafo weiterhin geben.

    Das Problem mit den Groundloops lässt sich jetzt auf 2 Arten leicht beseitigen: entweder eine Stufe arbeitet auf einem relativ beliebigen GND, dann sind die Störungen, wie von Dir schön anschaulich dargelegt, auch symmetrisch und stören zumindest im Kleinsignalverhalten erstmal nicht, und/oder, man verwendet als GND-Referenz einer Stufe den gebufferten Sternpunkt der Eingangswiderstände, der auf S1+S2+S3=0 liegt und folglich mit jeder Störung mitschwimmt.


    Gegenfrage: worin liegt der Vorteil gegenüber vier adern?

    Vorteil: mindestens mal 25% Komponentenersparnis (also Kabeladern, Steckerkontakte, Schalt- und Relaiskontakte und sonstige aktive wie passive Bauteile), eventuell auch mehr. Vermutlich auch ein sehr interessantes und für Musikinstrumentenverstärker angenehmes Übersteuerungsverhalten.

  • Allerdings habe ich schon Brummspannungen im Voltbereich gemessen, sodass 9V Versorgungsspannung evtl. knapp werden.

    Allerdings werden die i.d.R. über relativ kleine Kapazitäten eingestreut, so daß man zwar mit einem Multimeter mit 10M Eingangswiderstand viel misst, bei Belastung mit einigen zig Kiloohm jedoch nicht mehr viel übrig bleibt. In jedem Fall sollte die Betriebsspannung natürlich über Kondensatoren auf das GND-Level stabilisiert sein und insofern "mitschwimmen". Auch, und das ist das Schöne, eliminiert sich eine Gleichtaktstörung gegen Referenz schon nach der 1. "dreiarmigen" Differenzverstärkerstufe.

    Was eine "gute" Versorgungsspannung wäre ist natürlich immer eine gute Frage. Oft und gerade hier wünschenswert wäre eine symmetrische Versorgung. Für Headroom und viel Gain pro Stufe mit FET wünscht man sich natürlich auch höhere Spannungen. Andererseits wäre +/-25V den meisten Opamps wieder zuviel und mit Batterie/Akku gar nicht zu stemmen.

  • Was mich neulich schonmal gewundert hat, als ich mir Mikrofonvorverstärker Schaltungen angeguckt habe: Es gibt einige klassische Verstärker, die ein Pseudo - Differenz - Signal auf einen XLR Stecker am Ausgang legen, wie z.B. hier: ThatMicPre - an open-source mic preamp | diyAudio

    Demnach scheinen manche Profis das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand nicht gar zu hoch einzuschätzen...

  • Das waren bestimmt auch Gitarristen! ^^

    Andererseits, wenn man mal 20dB gewonnen hat und keine langen Kabel mehr verwendet und der Preamp relativ potentialfrei versorgt ist, dann ist die Asymmetrie im Wesentlichen nur noch eine geringfügige Abweichung der Quellimpedanz und vielleicht vertretbar? Bloß, mit ein oder zwei guten Dual-OPs hätte man es (ohne teures Spezial-IC!) auch echt symmetrisch aufbauen können. Immerhin, bei Mikrofonsignalen nutzt man in der Regel (sehr im Gegesatz zu Gitarre!) eigentlich auch weniger verzweigte Signalpfade.

  • Extrembeispiel Fußschalter: der 4PDT kostet nicht einfach 30% mehr als der 3PDT, sondern weit über 100% mehr. Und ist dazu noch schlecht erhältlich. Bei XLR4 und 5 ähnlich. Bei Kabel hast Du allerdings recht, 2x2 im Aufbau ist sehr viel weiter verbreitet als 1x3.

  • Nein, nicht ganz.


    Wenn sonst zum Bisherigen nichts mehr kommt, könnte man sich noch Gedanken zur Impedanzfrage machen (also Eingangswiderstand, Eingangskapazität, Kabelkapazität, Quellimpedanz), nicht notwendigerweise im Zusammenhang mit mehrkanaliger Übertragung.

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