50 Hz Brummen

      50 Hz Brummen

      Wer kennt es nicht, das 50 Hz Brummen?

      Ich sage ausdrücklich 50 Hz, um es von 100 Hz Brummen zu unterscheiden, das aufgrund ungenügender Siebung/Glättung von gleichgerichteter Wechselspannung eingeschleppt werden kann.
      Ich meine 50 Hz Brummen von (nicht so perfekten) Verstärkern an deren Ausgang (also nicht mechanisches Trafobrummen), obwohl deren Versorgungsspannung sehr "sauber" (unverbrummt) ist und auch sonst kein offensichtlicher Schaltungsfehler vorliegt. Also keine Masse-Brummschleife (doppelte Masseverbindung eines Schaltungsteils, die eine Windung darstellt, in der ein EM-Streufeld eine Brummspannung induzieren kann).

      Was ich stattdessen meine, ist das Brummen, das lauter wird, wenn man an hochohmigen, besonders bei hochverstärkenden Vorverstärkern das abschirmende Gehäuse entfernt. Dieses Brummen wird besonders stark, wenn man sich z.B. mit der Hand bis auf wenige Zentimeter ohne Berührung nähert.

      Wie muß man sich die Einkopplung des 50 Hz Brummens über die darüber gehaltene Hand vorstellen?

      Der menschliche Körper lädt sich (wie eine Antenne) im uns allseitig umgebenden EM-Wechselfeld mit 50 Hz auf und die über die Schaltung gehaltene Hand koppelt kapazitiv in die Schaltung ein? Ist diese Sichtweise korrekt?
      Berührt man mit der anderen Hand dabei die Masse der Schaltung, verschwindet das Brummen, weil sich der Körper dann über diese Hand an Masse entlädt.


      Meine Frage ist nun, was ausser Abschirmung einer solchen Schaltung durch ein Abschirmblech oder ein vollumschliessendes Metallgehäuse kann man noch machen, um die Anfälligkeit gegen solche Brumm-Einkopplung zu vermindern?
      • niederohmigere Schaltungsauslegung
      • abgeschirmte Signalleitungen zu den Eingängen


      Welche Tricks und Kniffe gibt es noch?
      Gibt es gute Anleitungen für die Praxis, wie man bei solchen Brummstörungen vorgeht?

      Oder habe ich bereits alles geschrieben, was man da tun kann?

      Gruß
      Reinhard

      Vernünftige Masse!

      Bei NF bin ich nicht der Oberspezialist, obwohl ich auch da recht brauchbar bewandert bin.
      Hochohmig und hohe Verstärkung ist bei Verstärkern immer ein Risikofaktor.
      Nicht ohne Grund weise ich bei HF immer wieder darauf hin, daß man möglichst doppelseitige Platinen nehmen soll.
      Die Massefläche hat zwei Aufgaben, in erster Linie sorgt sie natürlich für vernünftige Masseverhältnisse.
      Reinhard sprach es schon an, Brummschleifen, die vermeidet man so ganz gut.
      Dann hat man natürlich durch die Massefläche eine prima Schirmung für E-Felder.
      Kleiner Nebeneffekt bei solchen Platinen, der Signalweg ist überall kapazitiv gegen Masse gekoppelt.
      Kapazitiver Spannungsteiler, die angesprochene kapazitive Hand hat so weniger Einfluss.

      Andreas
      Was bedeutet DL2JAS? Amateurfunk, www.dl2jas.com

      Gute Frage, wann ist eine Masse vernünftig!

      Ich nenne mal ein Beispiel, da schoss ich mir selbst ins Knie.
      Vor vielen Jahren baute ich mal Messkarten für PCs, Auftragsfertigung.
      Auf der Karte waren mehrere AD-Wandler, einzeln adressierbar.
      Ist zwar nicht Audio, jedoch gut bei der Masseführung vergleichbar.

      Ich wunderte mich, daß ich bei identischem Einganssignal unterschiedliche Messwerte bekam.
      Die Werte schwankten, irgendwann merkte ich, lastabhängig.
      Es ging zwar nur um ganz wenige mV, die stören aber auch bei Audio.
      Hat man keine durchgehende Massefläche, macht sich Sternführung gut, gängig.
      Mir passierte eine Panne beim Layout, mehr oder minder erzeugte ich zwei Sterne.
      Die waren miteinander verbunden, jedoch über deren Ästchen, nicht die Mitten.
      Es eilte, so korrigierte ich die Masseführung mit zusätzlich Kupferdraht.
      Schwupp, brachte etwa 20 dB, Fehler danach kleiner 1 mV.

      Die Anekdote möge als Hinweis dienen, daß sich schnell mal ein Massefehler einschleichen kann.
      Misst man mit einem Ohmmeter, merkt man das meist nicht.
      Nicht nur bei SABA wird gern der Chassisrahmen als Masse genommen.
      Sind solche Lötverbindungen aufgerissen, sollte man sie vorsorglich nachlöten, auch bei NF.

      Andreas
      Was bedeutet DL2JAS? Amateurfunk, www.dl2jas.com

      Andreas,

      gutes Beispiel von Dir!

      Wann ist 50 Hz Brummen deutlich hörbar?
      Ich hatte bis vor kurzem noch keine Messzahl dazu. Jetzt habe ich so ein Beispiel gemessen.

      Brummspannung (50 Hz) von 1 mV (eff) an 4 Ohm Lautsprecher oder 32 Ohm Kopfhörer lässt sich selbst von mir noch gut hören und stört bei der Wiedergabe.
      1 mV Störspannung entsprechen 50 dB Fremdspannungsabstand bezogen auf 50 mW Leistung an 4 Ohm.

      Ich "kämpfe mit so einem Fall. Masseführungen ist überarbeitet, Masseschleifen gibt es nicht, aber keine hör- und messbare Änderung. Es blieb auch danach bei 50 dB Fremdpannungsabstand und dem leichten, lautstärkeunabhängigen Hintergrundbrummen.

      Ich kann Einstrahlung vom Trafo nicht ausschliessen. Der Trafo hatte schon eine Kupfer-Bauchbinde von mir bekommen ("belly band") und einen Snubber (2,2 µF + 47 Ohm in Serie) zwischen den Trafo-Ausgängen (sekundärseitig), um Spannungsspitzen an den Gleichrichterdioden zu unterdrücken.

      Wie ist messtechnisch feststellbar, ob ein Masseproblem oder eine EM-Trafo-Einstrahlung vorliegt?


      Gruß
      Reinhard

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      Reinhard, gutes Gehör!

      Viele über 50 hören 50 Hz praktisch nicht mehr, wohl noch 100 Hz.
      Häufig hört man nicht die reinen 50 Hz, sondern irgendwelche Obertöne.
      Vor vielen Jahren, ich war noch jung und hübsch, machte ich mal Versuche in der Richtung.
      Da nahm ich allerdings 20 Hz, konnte ich noch hören, gleiche Altersgruppe eher nicht.
      Damit testete ich hochpreisige Kopfhörer, das Ergebnis war interessant.
      Bei den günstigen um damals 100 DM hörte ich scheinbar mehr im Tieftonbereich.
      Das waren jedoch Oberwellen, die die Kapsel erzeugte, Signal kam von einem guten Oszillator.

      Wie würde ich Brummeinstrahlung E oder H testen?
      Im Zweifelsfalle Trafo ausbauen, Aufwand.
      Man kann auch schirmen oder bewusst das H-Feld punktuell stärker machen.
      Man nehme etwas Eisen, dickes Blech, Profilstahl, etc. und bewege es zwischen Trafo und Platine.
      Ändert sich die Brummspannung, kleiner oder größer, wird es H-Feld sein.
      Gegentest, Platinenmaterial oder Alu nehmen, das auf Potential GND legen.
      Kommen hier deutliche Änderungen, eher stärker, wird es das E-Feld sein.

      Andreas
      Was bedeutet DL2JAS? Amateurfunk, www.dl2jas.com

      Hallo Andreas,

      Mein Ohr nennt mir ja keine Frequenz, aber das FFT der Brummspannung zeigt, dass 50 Hz die Frequenz der dominierende Grundwelle ist, 100 Hz und dessen Oberwellen bis 10 kHz sind auch vorhanden, aber wenigstens 10 dB schwächer. Alte Menschen hören insbesondere höhere Frequenzen nur noch schlecht. Dadurch steigt die relative Empfindlichkeit für tiefe Frequenzen. Ich empfinde inzwischen alle Kopfhörer zu stark bassbetont und höhenschwach. Das ist natürlich mein Hörfehler. Du hast Recht, die meisten billigeren Kopfhörer sind oft bassübertrieben. Die vertrage ich gar nicht mehr.

      Ich werde mal mit Blechen testen.
      Ich prüfe auch noch mit kleiner Spule, an deren Ausgang Oszilloskop via abgeschirmter Leitung. Die muss ja ein Wechselspannungs-H-Feld vom Trafo detektieren können, fragt sich nur, wie empfindlich.

      Gruß
      Reinhard

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      Reinhard, ich erzähle mal von Opa und Oma!

      Das war damals lustig, wenn beide vor dem Fernseher saßen, müsste SABA gewesen sein.
      Opa war schwerhörig, weigerte sich ein Hörgerät zu tragen.
      Höhere Töne, schon einige Frauenstimmen, bereiteten ihm ernsthaft Probleme.
      Oma konnte noch brauchbar hören, hatte aber Schwierigkeiten bei tieferen Männerstimmen.
      Beide ergänzten sich, wenn sie vor dem Fernseher saßen.
      Verstand Opa nicht die Frau im Fernseher, wiederholte Oma, was die sagte.
      Wenn Oma frage, "Was hat der Mann gebrummelt?", sprang Opa ein, tiefe Töne verstand er.

      Möglicherweise im Beitrag zuvor nicht ganz angekommen...
      Lautsprecher, bzw. Kopfhörerkapseln, erzeugen selbst Töne, die nicht im Signal enthalten sind.
      Das ist rein mechanisch, membranbedingt, eventuell nicht ganz saubere Aufhängung.
      Nicht ohne Grund schrieb ich scheinbar, nicht anscheinend.
      Die guten Kopfhörer um 300 DM zeigten den mechanischen Oberwelleneffekt weit weniger.
      Wirklich billige testete ich nicht, bei allen passte das durchaus mit dem Hörspektrum.

      Andreas
      Was bedeutet DL2JAS? Amateurfunk, www.dl2jas.com

      Hallo Andreas,
      das war bei mir angekommen, harmonische Verzerrungen. Im Bassbereich sind die stärker, besonders bei kleinen Membranflächen und billigen Hörern.
      Schön, wenn sich die alten Herrschaften so schön gegenseitig helfen!

      Ich habe am Trafo mit einer kleinen Spule das gestreute Feld gemessen. Die Spule misst vorwiegend magnetisches Wechselfeld. Einfluß vom elektrischen Wechselfeld könnte ich ganz abschirmen, wenn ich die ganze Spule mit Alufolie umwickele und die an der Koax-Buchse fest an die Schirmung der Buchse klemme. Habe ich hier noch nicht gemacht.




      Damit zeigt sich:

      Die Kupfer-Bauchbinde (Gauss-band, flux band) über die Trafowicklung, aussen über den Eisenkern (nicht darunter durchziehen, das wäre dann eine Kurzschluss-Trafowicklung und der Strom darüber wäre enorm!) ist sehr wirksam!

      Beispiele für "Bauchbinde" zur Schirmung:
      pe2bz.philpem.me.uk/Misc/- Aud…sformers-1+2/xfmr13-4.gif

      google.com/url?sa=i&url=https%…D_PCm64MDFQAAAAAdAAAAABAE

      hifiduino.files.wordpress.com/…0f_parts_power_trans1.jpg

      Ich messe am Oszilloskop an den Trafo-Ecken 4-8 mV ss (durch das magnetische Wechselfeld in der Sonde induzierte Spannung), Frequenz 50 Hz (20 ms zwischen den Spitzen, Einstellung am Oszi: 10 ms/DIV). Im Bereich über der Bauchbinde ist Ruhe, kaum H-Feld erkennbar, < 0,2 mV. Dafür ist die Bauchbinde ja auch gedacht, sie verhindert das magnetische Streufeld über/ausserhalb der Wicklung im Bereich der Binde.

      Stelle ich einen Eisenwinkel vor den Trafo, ist dahinter das H-Feld nur noch höchstens halb so stark wie vorher bei gleichem Sondenabstand vom Trafo, also dann nur ca. 2 mV ss.

      1. H-Feld an den Trafo-Ecken


      2. H-Feld über der Cu-Bauchbinde


      3. H-Feld mit Eisenblechwinkel zwischen Sonde und Trafo, gemessen an der Trafo-Ecke, wie 1.



      Gruß
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 9 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

      Hallo Rolf,

      Dein sehr guter Beitrag war bei mir im Hinterstübchen verschwunden. Jetzt, wo Du ihn verlinkst, erinnere ich mich auch wieder. Guter Punkt, die Verschraubung!

      Ob das Abschirmblech auch das Hintergrundbrummen beseitigt oder vermindert, weiss ich noch nicht. Der Eisenwinkel war zu kurz, reichte nur provisorisch fürs Messen. Hörbare Änderung habe ich damit allerdings nicht festgestellt.

      Trafobefestigung:
      Nimm den Trafo aus Deinem verlinkten Beispiel "Dunkle Seite des Magnetismus" und lege ihn auf die Seite, so dass die vier langen Schrauben gleichzeitig die Befestigung im Metallchassis besorgen. Die Schrauben sind nicht isoliert und oben auf dem Trafo sind jeweils die zwei Sechskant-Schraubenköpfe mit einem 2 mm starken Metallhaltestreifen ohne Isolierung, so wie im Bild unten, verbunden. Auf der Unterseite ebenfalls und dort nochmal über das Chassisblech. Die magnetischen Feldlinien umschliessen die dadurch gebildete Windung (auf jeder der beiden Seiten), durchdringen aber m.E. nicht deren umschlossene Flächen. Anders wäre es, wenn die Verbindungen um 90° gedreht wären, d.h. auf den beiden anderen Seiten wären, so dass die Feldlinien die Schleifen durchdrängen. Die Frage ist, ob die fehlende Schraubenisolierung im vorliegenden Fall dennoch nachteilig ist.

      Ist so wie hier:




      Gruß
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 8 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

      Also, ich hatte dieses Problem auch schon, und habe mir damals mit einer andere Befestigung des Trafos geholfen. Dazu habe ich mir Gummipuffer mit eingelassenen M4 Gewinden besorgt, und am Trafo über vier Gewindestangen befestigt. Dann aufgesetzt und mit 4 Schrauben fixiert --- hat zwei Effekte: Sicher isoliert, und auch mechanisch entkoppelt, also wird weniger mechanischer Brumm auf das Chassis übertragen. Oft ist genug Platz dafür da ... dann lohnt es einen Versuch.

      Besten Gruss,

      Michael

      Hallo Reinhard,

      das sehe ich genauso, der Fall ist eher unkritisch. Es können seitlich eigentlich keine geschlossenen Stromkreise entstehen. Etwas kritischer scheint mir das Chassisblech darunter, aber da sollte eigentlich das Kupferband helfen. Irgendwo in meiner analogen Datenbank habe ich technische Informationen eines Transformatorenherstellers, in denen grundsätzlich zur isolierten Verschraubung geraten wird, um Wirbelstromverluste zu vermeiden.

      Ich erinnere mich noch gut an den Kulturschock, als wir die ersten am Rand verschweißten Transformatoren geliefert bekamen, die wurden auch deutlich wärmer als ihre isolierten Vorgänger. Dafür waren sie billiger.

      Abschirmung mit µ-Metall wäre auch eine Möglichkeit. Nur muss natürlich Platz vorhanden sein. Grundig hat in seinem (Billig-)-Receiver R500 zu dieser Lösung gegriffen. Und das war sicher nicht billig. Vermutlich haben die Entwickler vorher alles andere versucht. Ich bin mir nicht ganz sicher , ob das Material wirklich aus µ-Metall besteht. Alu würde allerdings wenig Sinn machen. Interessant auch die mechanische Entkopplung mit den Gummielementen.



      Gruß

      Rolf

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von „KOR“ ()

      Also, ich hatte mal ein recht heftiges Brummproblem in einer Datakustik Twin 150 (eine Stereoendstufe aus dem Hause SAC). Konventionelle Trafos (recht fett) waren an die seitlichen Kühlkörper angeschraubt, mit vier Schrauben M5. Ich hatte einen massiven mechanischen und einen leichten elektrischen Brumm. Und absolut keinen Platz ... (man findet Bilder dieser Endstufe im Netz, die ist voll gepackt).

      Ich habe die Trafos ausgebaut, und die Löcher vergrößert, so dass jeweils eine kleine Gummitülle (robustes Exemplar) reinpasste, und die M5 Schrauben wieder durchpassten. Dann etwas längere Schrauben und eine kräftige U-Scheibe eingesetzt, das ging so gerade noch wieder rein. Der mechanische Brumm war deutlich reduziert, und der elektrische ein wenig (da weiss ich aber nicht, wieso).

      Ein anderes Beispiel: Omtec CA 60 Class A Monoblöcke. Da wurde immer an Ringkerntrafo verbaut, was es gerade (günstig) gab ... jedenfalls gegen Ende der Produktionszeit. Ich hatte da Talema 300 VA drin, und die haben das Bodenblech so richtig zum Mitbrummen verleitet (elektrisch war es zum Glück kein Problem).

      Hier habe ich mir jeweils eine quadratische Alu-Platte (5 mm stark) zuschneiden lassen. In der Mitte dann das Loch für den Trafo, an den 4 Ecken Löcher für eine gepufferte Montage. Dann die Platten schwarz eloxieren lassen, damit man nicht sieht, dass ein silbernes Teil drin ist (man kann von der Seite durch Plexiglasscheiben hineinsehen. In der Höhe war genug Platz, und die Massnahme hat gereicht, in Hörentfernung kann man nichts mehr vernehmen.

      Besten Gruss,

      Michael

      Zu verschweissten Kernblechen gibt es ja kontroverse Meinungen. Die Trafohersteller, die das machen, nennen nur Vorteile. Anwender berichten allerdings, wie auch Rolf, erhöhte Wirbelstromverluste und frühere Sättigung.

      Was ich bei mir nicht ausschliessen kann: Wenn die durch den Kern durchgeführten langen Schrauben mit ihrem Gewinde innen die Bleche berühren, wirkt das auch als elektrische Verbindung der Bleche (ähnlich wie bei Verschweissung). Ich denke nicht, dass bei meinem Trafo die Schrauben durch Isolierhülsen oder -Schlauch geführt sind.

      Michaels Gummifuss-Verschraubung ist die bevorzugte Art und Königsklasse der Trafobefestigung. Aber ist natürlich gegen magnetisches Streufeld machtlos. Ich bin nun nicht so der Metallhandwerker und das Projekt auch nicht so bedeutend, dass ich den Aufwand einer neuen Trafobefestigung treiben möchte.

      Es ist auch nach wie vor offen, ob die leichte, leise Brummstörung tatsächlich vom Trafofeld stammt oder nicht doch durch das uns allumgebende 50 Hz EM-Wechselfeld kapazitiv in die Schaltung eingekoppelt wird, einfach weil die selbst ungünstig ausgelegt ist. Zu letzterem tendiere ich. In der Schaltung wird das Signal auf einem langen Weg über die verschiedenen separaten Schaltungsplatinen in einer großen Schleife geführt, statt auf einer einzigen kompakt aufgebauten Platine auf kleiner Fläche. Die besonders brummsensiblen Bereiche sind ca. 20 - 25 cm vom Trafo entfernt, sind aber hochohmig (200 - 500 kOhm), über 15 cm lange Signalleitungen (und ebenso lange Masseleitungen zum Sternpunkt) verbunden und trotz abgeschirmter Signalleitungen extrem anfällig gegen kapazitiv eingekoppelten Brumm (z.B. Hand in 5 cm Entfernung über diesen Bereichen intensiviert den Brumm um ein Vielfaches). Das Brummen wird durch die anschliessende hohe, 70-fache Verstärkung (+37 dB) hinter den brummsensiblen Bereichen am Endstufenausgang hörbar. Eine Abschirmung erfolgt durch eine innere Graphitbechichtung des Holzgehäuses, die leitend mit dem Metallchassis des Geräts verbunden ist. Die wirkt, aber ein leiser, noch hörbarer Restbrumm bleibt.

      Ich denke, dass im nachfolgenden Video verdeutlicht wird, was in diesem Fall wahrscheinlich das Problem ist und/oder wesentlich dazu beiträgt:



      Gegenmassnahme wäre ein kompletter Umbau, das lohnt in diesem Fall nicht. Oder ich verringere die Nachverstärkung auf die Hälfte, dann gewinne ich 6 dB Fremdspannungsabstand. Die hohe Eingangsempfindlichkeit würde das noch zulassen, mit geringerer Verstärkung zu arbeiten.

      Gruß
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 4 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

      oldiefan schrieb:


      ... Das Brummen wird durch die anschliessende hohe, 70-fache Verstärkung (+37 dB) hinter den brummsensiblen Bereichen am Endstufenausgang hörbar. Eine Abschirmung erfolgt durch eine innere Graphitbechichtung des Holzgehäuses, die leitend mit dem Metallchassis des Geräts verbunden ist. Die wirkt, aber ein leiser, noch hörbarer Restbrumm bleibt.


      Verbesserungsversuche:
      • Sternmasse, Neuverlegung von dicken (niederohmigen) Masseverbindungen, Trafonähe dabei gemieden. Hatte in diesem Fall nur wenig Wirkung. Wenn auf einer Masseleitung aber bereits ein Ripplestrom fliesst, wird ein weiterer Masseanschluss einer Schaltungseinheit an diese Leitung mit großer Sicherheit Brummen hervorrufen. Also sind z.B. Masseleitungen der Endstufe nicht für andere Schaltungsteile mitbenutzbar, sondern benötigen ihre eigene, unabhängige Masseführung zum Sternpunkt. Im vorliegenden Fall war das aber nicht die Ursache.
      • Ein Aluminiumblech, passend zugeschnitten und den sensiblen (brummanfälligen) Schaltungsbereich im Abstand von ca. 3 cm abdeckend, am Chassis leitend verschraubt, hat letztlich erhebliche Abhilfe gebracht (Abschirmung gegen Einkopplung eines elektrischen Feldes). In diesem Fall gab es demnach kapazitive Brummeinkopplung. Die Graphitschicht auf der Innenseite des Holzgehäuses war offenbar nicht hinreichend wirksam.
      Gruß
      Reinhard

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