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Die Programm-Zuführung im Hörfunk

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Papers » Basic principles of radio technique » Die Programm-Zuführung im Hörfunk
           
Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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15.Jun.16 17:28
 
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Die Programm-Zuführung ist die Übermittlung der Audio-Signale zwischen Funkhaus und den Senderstandorten, aber auch der Programm-Austausch zwischen verschiedenen Rundfunkanstalten geschieht in dieser Weise.

Heute sind die Audio-Programme (nicht nur) auf diesen Übertragungswegen digitalisiert und MPEG Layer 2 codiert, entsprechend zur Audio-Verarbeitung im Rundfunk. Das trifft auch dann zu, wenn am Senderstandort ein analoges UKW FM Programm ausgestrahlt wird.
[Trotzdem "klingt" ein analoges UKW Programm oft besser als das gleiche DAB/DAB+ Programm, besonders dann, wenn es mit einem "historischen" Röhren-Radio wieder gegeben wird. Wie kommt das bloß?]

Informationen über die zwischenzeitliche technische Entwicklung der Übertragungsnetze für Hörfunk und Fernsehen findet man in [Kenter].

Das NF-Rundfunk-Kabelnetz 1931

Hier soll nun auf die Methoden der Programm-Übermittlung zu Zeiten des AM-Rundfunks eingegangen werden. Eine Beschreibung davon findet man in [Siemens].  Hier wird das deutsche und österreichische Rundfunk-Leitungs-Netz (mit Stand 1931) beschrieben. 

Während die späteren (analogen) Rundfunk-Netze modulierte Signale übertragen haben, war dieses Rundfunk-Netz von 1931 noch ein reines Niederfrequenz-Netz. Das heißt, die Audio-Signale wurden "im Basisband" übertragen, wie man heute sagen würde.

Die Post-Kabel

Hierzu verwendete man Kabel der Post (für den Telefon-Fernverkehr), und zwar zunächst den geschirmten "Kern-Vierer", Abb 332 [Zipp].  Bei späteren Kabeln enthielt der "Kern" eines (vieladrigen) Postkabels eine (extra) Schirmung mit einem Bleimantel, worin sich dann ein "Vierer" für Meßzwecke und zwei geschirmte Doppel-Leitungen als Programmleitungen befanden, Abb 330 [Zipp].

Auf diese Weise ergaben sich dann Rundfunk-Leitungen mit unterschiedlichen Eigenschaften, die mit Hilfe von Kennfarben gekennzeichnet waren. So gab es als erstes die "schwarzen" Netze, denen dann in weiteren Ausbaustufen die Netze mit den anderen Farben folgten. Nach 1931 sollten allgemein nur noch Leitungen mit Kennfarbe "gelb" verlegt werden.

Aus dieser Tabelle entnimmt man auch die Information, daß diese Kabel "pupinisiert" waren.

Pupin-Kabel

Ein "Pupin-Kabel" enthält in regelmäßigen "Spulenabständen" solche "Pupin-Spulen" (mit der hier angegebenen Spulen-Induktivität), Abb. 233.1.[Wallot] Die Idee, die Kabeldämpfung durch das Einfügen von Induktivitäten zu vermindern, stammt von O. Heaviside aus dem Jahre 1893. Die Realisierung dazu hat M.J. Pupin 1900 verwirklicht. So war es noch vor der Erfindung der Röhre als Verstärker-Element möglich, die Länge der Fernsprech-Leitungen auf den dreifachen Wert zu erhöhen, dann allerdings nur für ein Frequenzband von 300 Hz bis 2,4 KHz. So erreichte das damalige "Rheinland-Kabel" (für Telefon) mit seinen Adern-Durchmessern von 3 mm (!) eine Länge von ca. 800 km - und das ohne Zwischenverstärkung.

Das Ersatzschaltbild einer Pupinleitung, Abb. 233.2 [Wallot], zeigt sofort, daß eine Pupin-Leitung Tiefpaß-Charakter hat, also nur bis zu einer oberen Grenzfrequenz verwendbar ist. Die obere Grenzfrequenz wird um so geringer, je größer die Induktivitäten der Pupin-Spulen gewählt werden. Für Rundfunk-Leitungen wurde deshalb eine "leichte Pupinisierung" gewählt.

Die Dämpfung b der Pupin-Kabel ist Frequenz-abhängig und nimmt mit steigender Frequenz zu, um dann bei der Grenzfrequenz überproportional anzusteigen, Abb. 2. (b ist in Neper angegeben; 1Np ≈ 8,686 dB)

Bei der Grenzfrequenz steigt auch die Signal-Laufzeit stark an, allerdings auch bei tiefen Frequenzen, wodurch sich auch eine untere Grenzfrequenz ergibt, Abb. 4. [Siemens]

Die Abschnitte der (pupinisierten) Fernkabel betrugen 72,5 km bis ein Zwischen-Verstärker (Zwischen-Amt) die Dämpfungs-Verluste ausgeglichen bzw. "entzerrt" hat, Abb. 6.[Siemens]

Pupin-Spulen

Pupin-Spulen sind heute nicht mehr in Gebrauch. Hier sollen deshalb Beispiele dieser Spulen gezeigt werden, damit man sich eine Vorstellung von deren Aussehen und Größe machen kann.

Abb. 327 zeigt einen aufgeschnittenen Pupin-Ring-Kern mit den Wicklungen der Spulen. Der Kern wurde sowohl als "Masse-Kern" (Eisenpulver mit Isoliermaterial) als auch als spiralförmig augewickeltes dünnes Blechband aus "Isoperm" realisiert. Abb. 326 zeigt Pupin-Spulen verschiedener Größe, alle mit einer magnetischen Schirmung umgeben. [Zipp]

Die Pupin-Spulen von Kabeln waren in Spulen-Kästen untergebracht, Abb. 328 [Zipp]. Bei telefonischen Freileitungen waren die Pupin-Spulen auf dem Mast montiert, Fig. 665.[Graetz]

Die Dynamik

Der Dynamik-Umfang des Ohrs zwischen Hörschwelle und Schmerzgrenze ist im mittleren Frequenzbereich ca. 1:106, was 120 dB entspricht. Der Bereich zwischen Hörschwelle und Schmerzgrenze wird mit Hörfläche bezeichnet, Bild 1.3. [Zwicker]

Wie aus Bild 1,3 zu entnehmen ist, umfaßt der Dynamik-Bereich von Musik ca. 60 dB, also 1:1000. Das ist für die (damaligen) NF-Verstärker ein zu großer Bereich. Wenn die Pegel so gewählt werden, daß die (Zwischen-)Verstärker nicht übersteuert werden, ist dann die kleinste NF-Spannung in der Größenordnung des (durch die NF-Übertragung aufgesammelten) Störgeräusches. Daher wird für die Rundfunk-Übertragung die Dynamik auf 40 dB, also 1:100, eingeschränkt.
Diese Dynamik ist auch für eine AM-Übertragung (direkt ab dem Studio) sinnvoll, wenn man sich die beim AM-Empfang vorkommenden Störgeräusche vor Augen hält. (Nicht aus den Augen verlieren sollte man da auch, daß die (frühen) Netz-Empfänger üblicher Weise einen "Netz-Ton" (Brummen) aufgrund der knapp bemessenen Siebmittel hatten.) Ist die Dynamik einer Übertragung zu groß, verschwinden leise Passagen des Programms in den Störgeräuschen. 

Lit:

[Siemens]: Veröffentlichungen aus dem Gebiete der Nachrichtentechnik, 1931, 3. Folge, pp. 177 - 183, Siemens
[Kenter]: Kenter, H.: Ton- und Fernsehübertragungstechnik und Technik leitergebundener BK-Anlagen, R.v.Decker, 1988
[Zipp]: Zipp (Hrsg): Die Elektrotechnik, Wirkungen und Gesetze der Elektrizität und ihre technischen Anwendungen, Bd. 2, 6.A., Weller, 1940
[Wallot]: Wallot, J.: Theorie der Schwachstromtechnik, 2.A., Springer, 1940
[Graetz]: Graetz, L.: Die Elektrizität und ihre Anwendungen, 23.A., Engelhorns Nachf., 1928
[Zwicker]: Zwicker,E.; Feldkeller,R,: Das Ohr als Nachrichtenempfänger, 2.A. Hirzel, 1967

MfG DR

Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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13.Aug.16 11:17

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Per Mail erreichte mich folgende Information zur Programmzuführung in der DDR, die ich hier gerne anfüge.

Zum Beitrag „Programmzuführung im Hörfunk“

Zu diesem Artikel möchte ich noch einige vielleicht interessante Ergänzungen mitteilen.

In der ehemaligen DDR wurde die Programmzuführung für den Hörfunk bis zur Wiedervereinigung und teilweise auch noch bis 1993 weiter wie im Beitrag beschrieben, durchgeführt. Als Übertragungswege dienten die alten, noch von der Reichspost verlegten Fernkabel.
Als in den 50-er Jahren der UKW-Rundfunk eingeführt wurde, reichte das Übertragungsspektrum der alten „bunten“ Übertragungswege nicht mehr aus. Für UKW Übertragung war ein Frequenzbereich von 30 Hz-15 kHz und eine bessere Dynamik notwendig. Das gleiche traf auch für die Überspielleitungen zwischen den Funkhäusern zu. Richtfunkstrecken für Hörfunk standen kaum zur Verfügung, da die vorhandenen Produktionskapazitäten der Industrie kaum ausreichten, um den Bedarf für die Programmzuführungen für das Fernsehen abzudecken.

Deshalb wurde ab etwa 1955 begonnen, die in den alten Fernkabeln vorhandenen Rundfunkvierer und weitere bisher für reinen Fernsprechbetrieb genutzten Adern durch Änderung der Bespulung für eine obere Übertagungsfrequenz von 15000 Hz zu ertüchtigen. Diese Adern wurden mit neuen Pupinspulen mit einer Induktivität von 3,2 mH ausgerüstet. Das ließ dann eine maximale Übertragungsfrequenz von 15 kHz zu. Da die in den Kabeln vorhandenen Rundfunkvierer für die gestiegene Anzahl an Programmen nicht mehr ausreichte, wurden weitere Adern im Kabel für Rundfunkbetrieb umgerüstet. Zusätzlich wurde auch der Nebensprechausgleich erneuert. Das war zum einen nötig, um die bisher nicht für Rundfunk genutzten, ungeschirmten Adern im Nebensprechabstand zu verbessern.
Weiterhin wurden oft gleichzeitig weitere bisher klassisch betriebene Adern komplett entspult um sie als Grundleitungen für Trägerfrequenzsysteme im Frequenzbereich von 6 kHz-108 kHz verwenden zu können. Damit der alte Verstärkerfeldabstand zwischen den Rundfunkverstärkerämtern von 72,5 km beibehalten werden konnte, wurde auch die Verstärkertechnik erneuert. Sie wurde jetzt mit Einschüben realisiert, die in verriegelbaren Schränken untergebracht war.
Der Hauptverstärker war 2 –stufig mit den Röhren IF 860 und IL 861 ausgeführt. Er hatte einen linearen Übertragungsbereich von 30 Hz-15000 Hz. Seine maximale Verstärkung betrug 5,5 Neper (47 dB) bei einem Dynamikumfang von über 70 dB. Der Eingangswiderstand betrug 600 Ω, der Ausgang war niederohmig. Der im ankommenden Kabel aufgetretene Frequenzgang wurde mit passiven Entzerrern ausgeglichen.
Diese Entzerrer wurden für jede Leitung individuell von den Betriebskräften angefertigt. Nachdem der Frequenzgang des Kabels durch Messung mit einem Pegelmeßsatz festgestellt wurde, zeichnete man diesen auf spezielles logarithmisch liniertes Millimeterpapier auf. Die jetzt entstandene Kurve wurde mit Kurvenscharen aus einem Tabellenwerk verglichen und Typ und ungefähre elektrische Größe des Entzerrungsgliedes festgelegt. Es kamen symmetrische Vierpolnetzwerke in H- oder Doppel T-Schaltung zum Einsatz. Hauptsächlich wurden Hochpässe und Bandsperren verwendet, bei schwierigen Frequenzgängen waren Kombinationen aller 4 Grundnetzwerke im Einsatz. Weitere Tabellen und Berechnungen ergaben dann die elektrischen Werte der Bauelemente. Diese wurden erst als provisorischer Aufbau zusammengelötet, das Ergebnis mit einer Messung vom Verstärkerausgang des vorhergegangenen Verstärkeramtes bis zum Verstärkerausgang des eigenen Amtes festgestellt.
Meistens lag dann der Frequenzgang noch nicht im zulässigen Toleranzbereich. Nun folgten noch kleine Korrekturen an den Bauelementen, erneute Messung, weitere Korrekturen usw. bis der Frequenzgang im Toleranzbereich war. Dann wurden die Bauelemente des Testaufbaus (um Abweichungen durch Bauelementetoleranzen zu vermeiden) in Einschubkassetten montiert und eingesetzt. Wenn die Schlußmessung erfolgreich war, war die Leitung betriebsfähig.
Dieses Verfahren benötigte manchmal mehrere Arbeitstage. Der Ausgang des Hauptverstärkers führte zur waagerechten Seite eines Kreuzschienenfeldes. An der senkrechten Seite dieses Feldes waren die Eingänge sogenannter Trennverstärker. Sie hatten eine Verstärkung von 0 dB,  einen Eingangswiderstand von 600 Ω und einen niederohmigen Ausgang. Hier war dann die abgehende Leitung angeschlossen. Der Trennverstärker war mit einer Röhre IL 861 bestückt. Im Kreuzschienenfeld wurden die Rundfunkleitungen nach Bedarf verschaltet. Hier konnten auch bei Störungen Ersatzschaltungen vorgenommen werden.

Eine Besonderheit stellten die Überspielleitungen zwischen den Studios dar. Da es hier keine festgelegte Betriebsrichtung gab, wurden sie wechselseitig betrieben. In den Kabelendgestellen gab es spezielle Umschaltrelais, die vom Kreuzschienenfeld gesteuert, die Betriebsrichtung der Kabeladern änderten.

Auch Außenübertragungen und Reportagen wurden über Kabelzuspielungen realisiert. Hierzu wurden gewöhnliche Telefonleitungen benutzt. Auch diese wurden aufwendig entzerrt.

Um den geforderten hohen Dynamikumfang zu erreichen, waren noch weitere Maßnahmen nötig. Der gesamte Übertragungsweg war streng symmetrisch und mit abgeschirmten Leitungen ausgeführt. Die Stromversorgung der röhrenbestückten Verstärker erfolgte aus einer zentralen Anodenbatterie mit 212 V Gleichspannung. Die Röhren benötigten aber noch eine Heizspannung von 20 V Wechselstrom. Dazu gab es in jedem Verstärker einen speziell magnetisch abgeschirmten Heiztransformator. Dem Verstärker wurden 220 V Wechselspannung zugeführt.
Interessant war hier die Absicherung des Betriebs bei den häufigen Stromausfällen der damaligen Zeit. Die Anodenspannung war ja durch die Batterien gewährleistet. Für längerfristige Ausfälle gab es Dieselaggregate. Um die Heizspannungsversorgung bis zum Hochlaufen des Notstromaggregats zu überbrücken, startete bei Stromausfall ein Umformer, eine Motor-Generatorkombination gespeist aus der Anodenbatterie. Der kurzzeitige Ausfall der Heizung (kleiner 30 s) wurde durch die Wärmeträgheit der indirekt geheizten Röhrenkathoden ausgeglichen.

Erst mit dem Ausbau des Richtfunk- und Glasfasernetzes ab 1991 wurden die Rundfunkübertragungswege nach und nach durch digitale PCM Strecken ersetzt. Die alten Fernkabel wurden dann außer Betrieb genommen und, soweit sie den Städten in Kanalanlagen lagen, demontiert. Entlang der Land- und Bundesstraßen sieht man heute manchmal noch bei Bauarbeiten ans Tagesslicht gebrachte Kabelstücke.

Reinhart Henning, Jahrgang 1949 von 1968 bis 1980 im Rundfunkverstärkeramt Sangerhausen, Bundesland Sachsen-Anhalt , tätig.

MfG DR

  
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