Die Anwendung der Stereoklinkenbuchse in der G.-Elektronik

DerOnkel

Power-User
26 Nov 2004
294
16
Ellerau
1 Einleitung

Die Elektrogitarre ist, wie viele andere elektronische Instrumente, ein zweipoliges GerĂ€t. Das bedeutet, daß zwei elektrische Verbindungen ausreichen, um die Signalquelle (Tonabnehmer) mit einem VerstĂ€rker zu verbinden. Auch wenn es gute GrĂŒnde gibt, mindestens drei Leitungen zu verwenden, so hat sich der zweipolige unsymmetrische Anschluß durchgesetzt und als Standard etabliert. Entsprechend sind alle EffektgerĂ€te und VerstĂ€rker fĂŒr die Gitarre mit unsymmetrischen EingĂ€ngen ausgerĂŒstet.

In Bereich der Instrumententechnik hat sich der Klinkenstecker mit einem Durchmesser von 1/4 Zoll (6,35mm) zum Anschluß der Instrumente durchgesetzt. Dieser wurde ursprĂŒnglich in den Handvermittlungen der Telefonzentralen anfang des 20. Jahrhunderts verwendet. Gleichwohl es diese Stecker und die dazugehörenden Buchsen mit bis zu vier Polen gibt, beschrĂ€nkt man sich bei der Elektrogitarre auf die Verwendung der zweipoligen Mono-Version fĂŒr Stecker und Buchsen.

Es gibt jedoch auch FĂ€lle, in denen die Kombination einer dreipoligen Stereobuchse mit einem Monostecker sinnvoll ist. Schau'n wir mal...

2 Der Aufbau einer einfachen Stereoklinkenbuchse

Klinkenbuchsen gibt es in vielfacher Ausfertigung. Sie sind in den meisten ElektroniklĂ€den schon fĂŒr wenige Cent zu haben. Wie so eine einfache Variante aussehen kann, zeigt das folgende Bild:

StereoBuchse01.jpg

Bild 1: Die AnschlĂŒsse einer Stereoklinkenbuchse

Man erkennt sehr deutlich die zwei Kontaktfedern fĂŒr die Spitze (links) und den Ring (rechts). Sie werden im Englischen als "Tip" und "Ring" bezeichnet. Die Lötösen fĂŒr den elektrischen Anschluß liegen gegenĂŒber den entsprechenden Kontaktfedern. Der Anschluß fĂŒr den Schaft (engl. Sleeve) liegt in der Mitte. Er wird in der Regel als gemeinsamer RĂŒckleiter benutzt. Hier wird also die Masse und auch die Abschirmung angeschlossen.

Auch wenn man leicht in Versuchung ist, die preiswerteste Buchse zu kaufen, sollte man davon lieber Abstand nehmen. Der Klinkenstecker gehört von Haus aus nicht zu den besten Steckverbindungen und minderwertige Buchsen bergen immer die Gefahr, daß die Kontakte korrodieren oder die Spannung der Kontaktfedern nachlĂ€ĂŸt, was zwangslĂ€ufig zu Kontaktproblemen fĂŒhrt. Besonders anfĂ€llig ist hier der Verbindung des Schaftes in der Buchse. Da hier kein besonders großer Druck ausgeĂŒbt wird, fĂŒhren schon leichte Oxidationen zu Problemen und der Kontaktwiderstand steigt stark an. Auch hier gilt also: "Wer billig kauft, kauft zweimal!"

3 Warum eine Stereoklinkenbuchse?

Da die Gitarre ein zweipoliges Instrument ist, kann man sich zu Recht die Frage stellen, warum man denn eine Stereobuchse verwenden soll? GrundsÀtzlich gibt es verschiedene Anwendungen:
  1. Man möchte Schaltungsmasse und Abschirmung getrennt fĂŒhren (symmetrischer Anschluß).
  2. Man möchte zwei unterschiedliche Signale aus der Gitarre herrausfĂŒhren.
  3. Man möchte die Gitarre mit einer externen Energiequelle verbinden (Phantom Power).
  4. Man möchte die interne Energiversorgung einer aktiven Gitarre einschalten.
Eine symmetrische Verbindung der Gitarre mit dem VerstĂ€rker ist mit Sicherheit ein guter Weg, um die Störempfindlichkeit des Systems zu verringern. Möchte man die Vorteile dieses Verfahrens jedoch wirklich ausnutzen, so ist ein VerstĂ€rker mit Differenzeingang zwingend erforderlich! Mischpulte verfĂŒgen grundsĂ€tzlich ĂŒber solche EingĂ€nge. GitarrenverstĂ€rker oder EffektgerĂ€te leider nicht. Hier muß also ein entsprechender VerstĂ€rker vorgeschaltet werden. NatĂŒrlich kann man das Signal am VerstĂ€rker auch unsymmetrisch machen, indem einfach die Abschirmung mit einer Signalleitung verbunden wird, aber dann ist das ganze Verfahren "fĂŒr die Katz'"! Diese Anwendung scheitern also in der Regel an der mangelnden KompatibilitĂ€t mit den anderen GerĂ€ten.

Es gibt einige Instrumente, die das Signal ihrer Tonabnehmer ĂŒber getrennte Leitungen zur VerfĂŒgung stellen. Schon in den 60er Jahren stellten Gibson und Rickenbaker entsprechende Gitarren vor. Auf dem einen Kanal hatte man das Signal des Stegtonabnehmers, der andere Kanal stellte das Signal des Halstonabnehmers zur VerfĂŒgung. Heute wird auf diese Weise hĂ€ufig das Signal von magnetischen und piezokeramischen Tonabnehmern auf getrennten Wegen unterschiedlichen VerstĂ€rkern zugefĂŒhrt. Aber auch hier ist die KompatibilitĂ€t ein Problem, denn man benötigt ein kleines GerĂ€t, welches die beiden Signale auf zwei getrennte Monoverbindungen aufteilt, um es dann den entsprechenden EmpfĂ€ngern zuzufĂŒhren.

Viele Gitarristen wĂŒrden zwar gerne eine aktive Elektronik in ihrem Instrument haben, befĂŒrchten jedoch, daß im unpassenden Augenblick die Batterie leer ist. Da liegt der Gedanke nahe, ĂŒber den dritten Pol die Gitarre mit einer externen Spannungsquelle zu verbinden. So reizvoll dieser Gedanke auch ist, hat man hier schon wieder ein Problem mit der KompatibilitĂ€t, denn man benötigt eine spezielle Break-Out-Box, welche die Spannungsversorgung enthĂ€lt und am Ausgang das reine Signal zur VerfĂŒgung stellt. An die Spannungsquelle muß man noch eine zusĂ€tzliche Anforderung stellen, denn Aufgrund der Tatsache, daß der Klinkenstecker einen kurzschließenden Steckvorgang beeinhalten, muß die entsprechende Spannungsversorgung kurzschlußfest sein.

Die Anwendung einer aktive Elektronik bietet in der Gitarre eine FĂŒlle von neuen Möglichkeiten und Verbesserungen, auch wenn viele Gitarristen sich da eher reserviert verhalten. Dumm ist nur, wenn man vergißt, die Batterie auszuschalten. Hat man keinen Ersatz, so findet die nĂ€chste Probe oder gar der nĂ€chste Auftritt ohne einen statt! Einen entsprechenden Schalter nachtrĂ€glich in das Instrument einzubauen, ist auch nicht jedermanns Sache und sorgt im Zweifelsfall sogar fĂŒr einen Wertverlust des Instrumentes. Es ist daher praktisch und sinnvoll die Spannungsversorgung mit dem Einstecken des Stecker zu aktivieren. Zu diesem Zweck kann man spezielle Schaltbuchsen kaufen. Es geht jedoch auch anders...

4 Die Stereoklinkenbuchse als Schalter

4.1 Das Prinzip

Wenn man in der Gitarre eine Batterie mit einer aktiven Elektronik verbinden will, so ist ein einpoliger Schaltkontakt bereits ausreichend. Dabei ist es vollkommen unerheblich, ob man den Minus- oder den Pluspol der Batterie schaltet. Mit Hilfe der Stereobuchse ist es möglich, genau so eine Funktion zu realisieren. Sehen wir uns dazu das nÀchste Bild an.

StereoBuchse02.jpg

Bild 2: Stereoklinkenbuchse mit eingestecktem Monostecker

Wir erkennen, daß die Kontaktfeder des Rings mit dem Schaft des Steckers verbunden ist. Wenn man jetzt den Minuspol einer Batterie mit dem Ring der Buchse verbindet, so wird dieser durch den Stecker mit der Schaltungsmasse verbunden. Damit ist dann der Stromkreis geschlossen. Eine Anwendung dieses kleinen Tricks zeigt das folgende Schaltbild:

SCM_IB2.gif

Bild 3: Einfacher Impedanzwandler mit OperationsverstÀrker

Die Hersteller von EffektgerĂ€ten kennen diesen Trick natĂŒrlich auch und sind seiner Anwendung nicht abgeneigt, denn man spart einen Extraschalter. Das senkt die Kosten und erhöht den Komfort. Bei den EffektgerĂ€ten von "BOSS" wird am Eingang eine Stereobuchse zum Schalten der Betriebsspannung verwendet, wie das nĂ€chste Bild zeigt:

SCM_PS_BOSS_DS_2.gif

Bild 4: Die Spannungsversorgung beim "BOSS DS-2"

Sehen wir uns zum Schluß einmal an, wie "gut" dieser Schalter denn eigentlich ist. Gibt es Probleme, auf die man achte sollte?

4.2 Das Problem

Es wurde eingangs erwĂ€hnt, daß der Klinkenstecker immer einen kurzschließenden Steckvorgang beeinhalten. Beim Einstecken passiert die Spitze zunĂ€chst die Kontaktfeder fĂŒr den Ring. Wenn die Spitze des Steckers Kontakt mit dem Ring der Buchse hat, entsteht tatsĂ€chlich ein Stromkreis, den wir nicht haben wollen. Betrachtet man den eigentlichen Verbraucher als Widerstand, so versorgt die Batterie jetzt eine Reihenschaltung aus zwei WiderstĂ€nden: unseren Verbraucher und, ĂŒber die Masse- und Signalleitung des Kabel, auch der Eingangswiderstand der nachfolgenden Schaltung. Das bedeutet, daß im Moment des Einsteckens kurzfristig eine Gleichspannung am Eingang der nĂ€chsten Stufe entsteht. Jetzt stellt stellen sich zwei Fragen:

  1. Wie groß ist diese Spannung und
  2. stellt sie eine Gefahr fĂŒr andere GerĂ€te dar?
Wenn wir beim Beispiel des Impedanzwandlers bleiben, dann wird hier typisch ein Strom von wenigen Milliampere aufgenommen. Wir gehen einmal von 5mA aus, was schon viel ist, und nehmen eine Betriebsspannung von 9V an. Dann stellt die Schaltung in etwa einen Widerstand von 1,8kOhm dar. Als Eingangswiderstand nehmen wir die typischen 1 MOhm an.

Die Betriebsspannung wird jetzt durch die beiden WiderstĂ€nde aufgeteilt. Am Eingangswiderstand entsteht dann ein Spannung von 99,8% der Betriebsspannung. Das bedeutet, daß am VerstĂ€rkereingang eine negative Spannung von 8,98V gegen Masse anliegt!

WĂŒrde ein VerstĂ€rker mit Gleichstromkopplung verwendet werden, so wĂ€re eine Verschiebung aller Arbeitspunkte unweigerlich die Folge. Am Ende stehen dann mit Sicherheit grĂ¶ĂŸere SchĂ€den an verschiedenen Bauelementen des VerstĂ€rkers.

GlĂŒcklicherweise werden gleichspannungsgekoppelte VerstĂ€rker im Instrumentenbereich selten eingesetzt. Statt dessen werden die einzelnen VerstĂ€rkerstufen durch Koppelkondensatoren gleichspannungsmĂ€ĂŸig getrennt. SchĂ€digungen durch eine Verschiebung der Arbeitspunkte sind also nicht zu befĂŒrchten.

Die Koppelkondensatoren haben jedoch eine differenzierende Wirkung. Aus dem ursĂ€chlichen Spannungssprung erzeugen sie einen Nadelimpuls, der vom VerstĂ€rker befehlsgemĂ€ĂŸ verstĂ€rkt wird. Folglicherweise kann beim Einstecken des Steckers also ein entsprechender "Knack" gehört werden, welcher unter UmstĂ€nden in der Lage ist, die Hochtöner eines Mehrweglautsprechers zu schĂ€digen!

4.3 Die Lösung

Das eben beschriebene Verhalten ist konstruktionsbedingt. Eine vollstĂ€ndige Abhilfe ist nur möglich, wenn man als Stecker einen sogenannten "Silent Plug" verwendet, wie ich ihn im Artikel "Instrumentenkabel: Aus 'Alt' mach 'Besser'" unlĂ€ngst beschrieben habe. Da dieser bis zum Ende des Einsteckvorganges einen Kurzschluß zwischen Spitze und Schaft aufrecht hĂ€lt, wird das Entstehen der Fehlerspannung so zuverlĂ€ssig verhindert.

NatĂŒrlich gibt es auch noch ein schaltungstechnische Lösung, die das Problem allerdings nicht vollstĂ€ndig löst. Man betrachte dazu das folgende Schaltbild:

SCM_IB3.gif

Bild 5: Impedanzwandler mit "Connect-Protection"

Hier wurde jetzt der Widerstand Rp hinzugefĂŒgt, der die Aufgabe hat, das Potential am Ring schon im Vorwege in etwa auf das Potential zu legen, welches im Fehlerfall entsteht. Dadurch wird der Spannungssprung zwar nicht verhindert, aber deutlich verringert!

Bei der Dimensionierung des Widerstandes muß man jedoch vorsichtig sein, denn er liegt ja parallel zu unserem Schaltkontakt. Selbst wenn sich der Stecker nicht in der Buchse befindet, ist der Stromkreis geschlossen. Rp muß also ausreichend groß gewĂ€hlt werden, um einen möglichst geringen Standby-Strom zu erhalten und die Batterie zu schonen.

Wenn man einmal den resultierenden Spannungssprung als prozentualen Anteil der Betriebsspannung ĂŒber dem Widerstand Rp darstellt, dann erhĂ€lt man den folgenden Graphen:

StereoBuchse03.gif

Bild 6: Die Dimensionierung der "Connect-Protection"

Man erkennt, daß der relative Spannungssprung sehr schnell mit steigendem Widerstand geringer wird. ZusĂ€tzlich wurde in diesem Bild noch die Lebensdauer der Schaltung bei Verwendung einer handelsĂŒblichen 9V-Batterie mit einer KapazitĂ€t von 500mAh aufgenommen.

WĂ€hlt man Rp=4,7MOhm, so betrĂ€gt der Spannungssprung nur noch 3,4mV (0,038%). Dieser Wert ist so klein, daß er kaum noch störend in Erscheinung treten wird.

Im ausgeschalteten Zustand nimmt die Schaltung dann immer noch einen Strom von 10,9”A auf, was zu einer voraussichtlichen Lebensdauer von 273 Tagen fĂŒhrt. Der Einsatz eines noch grĂ¶ĂŸeren Widerstandes bringt dann kaum noch eine Verbesserung. 10MOhm fĂŒhren dann zu eine Lebensdauer von 301 Tagen.

4.4 Fazit

Wenn man die Betriebsspannung in einer aktiven Elektrogitarre mit Hilfe einer Stereoklinkenbuchse schalten will, so sollte man unbedingt auf eine Connect-Protection achten. Die sauberste Lösung bietet der Silent-Plug, der finanziell allerdings mit 6 bis 10 Euro zu Buche schlÀgt. Der Schutzwiderstand ist dagegen ein "Pfennigartikel" und bietet eine fast gleichwertige Lösung.

(Eine aktuelle und vollstÀndige Version dieses Beitrages ist in der Knowledgebase der Guitar-Letter zu finden.)

Ulf
 
Hallo, und

5. ganz normal als Ersatz einer Monobuchse

Man legt den mittleren Anschluss auch auf Masse
und hat mehr Sicherheit beim Kanten des Steckers -
es gibt diese Masse-fehlt-kracher nicht mehr.

V.H.
 

Beliebte Themen

ZurĂŒck
Oben Unten