Fourieranalyse
Auch bei unserem Dimmer ist, mit dem Zuschalten der Versorgungsspannung zu einem Zeitpunkt x, das Sinussignal verändert. Durch den Anschnitt der Phase entsteht eine neue Kurvenform. Zum Glück lässt sich mithilfe der Fourieranalyse jede x beliebige Kurvenform in Anteile verschiedener Sinus- und Cosinus- Schwingungen beschreiben

Die Fourieramplituden geben an, wie stark die einzelnen Frequenzanteile in der periodischen Funktion x(t) vertreten sind.
k = 1: Grundschwingung (erste Harmonische)
k = 2: erste Oberschwingung (zweite Harmonische)
k = 3: zweite Oberschwingung (dritte Harmonische)


Eine beliebige Kurvenform, hier am Beispiel eines Phasenanschnitts, ist die Summe von einer bestimmten Anzahl aus Sinus und Cosinus Grundschwingungen verschiedener Frequenzen. (3)



Messdiagramm einer Fourieranalyse im Paktischen Vergleich zwischen Phasenanschnitt (blaue Kurve) und einem anderen System (grüne Kurve). Dabei wird deutlich das der Phasenanschnitt viel stärkere harmonische Oberwellen entwickelt und deshalb auch stärker stören wird. (5)

Deshalb hören wir bei einem Phasenanschnittsdimmer auch nicht einen tiefen Grundton von 50 Hz sondern ein Summen, das je nach prozentualer Ansteuerung auch noch den Klang verändert. Betrachtet man sich die resultierenden Grundfrequenzen, so fällt einem auf, das Sie ein vielfaches der Grundfrequenz betragen. Man spricht dabei von Harmonischen. Der Faktor wie viel Mal die Frequenz höher als die Grundschwingung ist wird als Zahlenwert ausgedrückt. So sind bei einem Phasenanschnitt insbesondere die 3. Harmonische für starke Belastung verantwortlich aber auch die 5. und 7. harmonische Frequenz zeichnen sich für das Summen verantwortlich. Aber warum hören wir diese Obertöne in der meist ebenfalls vorhandenen PA einmal nicht, und einmal unakzeptabel laut?

Tonstörung
Der Stromfluss erzeugt um sich ein Magnetfeld wie auch ein elektrisches Feld. Um den Scheinwerfer mit dem gedimmten Strom zu versorgen, werden Zuleitungen benötigt. Die Oberwellen strahlen nun über die Lastleitungen, ähnlich einer Antenne elektromagnetische Strahlungen ab. Dabei können bei umliegende elektronische Geräte und deren Signalleitungen diese Felder induziert werden. Dabei hängt die Störstrahlung von verschiedenen Faktoren wie die Lastleitungslänge, der Stromfluss durch die angeschlossenen Last sowie dem schnellen di/dt bzw. der Filterqualität des Dimmers ab.
Dabei wird oft das Summen der Dimmer in der Tonanlage als Beweis für schlechte Dimmer angeführt. Dies ist leider eine trügerische Pauschalierung. Denn die Abstrahlungen von Dimmern und den Lastkabeln, wird einmal mehr, einmal weniger gut von der Tonanlage empfangen und verstärkt. Dabei ist zu unterscheiden zwischen Netzrückwirkungen, insbesondere bei Dimmern die an dieselben Phase der Tonanlage nahe am Verbraucher angeschlossen sind und der Störstrahlung, die durch das Lastkabel das nahe an Tonkabeln geführt ist. Die Auswirkungen des Summens ist wesentlich stärker abhängig welche Übertragung bei der Tonanlage vorherrscht wie z.B. abgeschirmte symmetrische Übertragung oder gar unabgeschirmt asymmetrische Übertragung, anstatt der Filterqualität der Dimmer. Erst wenn die Tonanlage "perfekt" aufgebaut ist, kann man durch noch höhere Filterqualitäten einen besseren Störspannungsabstand erreichen. Von künstlerisch aufgebauten Brummschleifen der Tonanlage einmal völlig abgesehen.

a) asymmetrischer Aufbau mit Brummschleife b) symmetrischer Aufbau ohne Brummschleife

a) Asymmetrischer - Störungen wirken sich aus b) symmetrischer Aufbau - ein Dimmer mit normaler Störabstrahlung ist für ordnungsgemäße Tonanlagen kein Problem.

Alle Dimmerzuleitungen sollten, um Schleifen zu vermeiden, als sternförmige Kabelinstallation verlegt werden. Eine möglichst frühzeitige getrennte Stromversorgung Lichtanlage - Tonanlage ist ebenso empfehlenswert. Innerhalb der Leuchten sollten die gesteuerte Phase und der Rückleiter so eng wie möglich zusammenliegen, da die gegensätzliche Stromrichtung auch gegensätzliche Felder induziert. Sind beide Leitungen eng beieinander heben sich die Felder stärker auf als wenn Sie räumlich entfernt liegen. Dann wird nämlich eine größere Entfernungen mit dem Störfeld bestrahlt.
Der Schutzleiter (PE) am Scheinwerfer soll mit den übrigen Leitungen bis zur Verteilung geführt und dort geerdet werden.
Mögliche Mikrofon-, Video- oder Rechner (LAN)-Kabel sollen separat verlegt werden und nicht weniger als 20 cm vom Dimmerkabel entfernt sein. Kreuzungen sollten grundsätzlich im rechten Winkel erfolgen. Bei induktive Hörgerätschleifen sollten die Dimmerkabel - bei einem Abstand größer 3 m - in eisernen Installationsrohren oder geschlossenen Stahblechkabelrinnen verlegt werden.
Zugegeben, bei einer ordentlich aufgebauten Tonanlage ist kein Dimmer zu hören, dennoch ist der Dimmer eine mehr oder weniger große "Dreckschleuder", was niederfrequenten Störungen KHz Frequenzbereich betrifft, was sich hauptsächlich auf Mikrofon- und Audiosystemen auswirkt. Aber Oberwellen haben noch weitere Geräuschbingenende Effekte wie z.B. das Lampensingen.

Lampensingen
Die Geräuschentwicklung von Halogenleuchtmitteln (Lampensingen) welches insbesondere bei einem PAR 64 in Kombination mit einem schlecht entstörten Phasenanschnittsdimmer bei 30% Ansteuerung deutlich zu hören ist, ist die Folge des veränderten Stromverlaufes. Da die Kurvenform je nach Phasenanschnitt sich verändert und damit auch die die Ampltidenverhältnisse der beteiligten Oberwellen, ist es nicht verwunderlich, das beim Ändern der Prozentwerte auch der Singsang des Leuchtmittels seinen Klang verändert. Spätestes bei 100%, also der reinen Sinusform ist der "Gesang" verstummt, da dann auch keine höhere Frequenzen mehr emittiert werden. Die Geräuschentwicklung basiert darauf, das ein Stromfluss in jedem Leiter ein magnetisches Feld verursacht. Bei einem Leuchtmittel mit einem gestaucht gewickelten Draht - die Wendel - beeinflussen die Felder der gegenüberliegenden Drahtabschnitte sich gegenseitig und stoßen sich ab oder ziehen sich an.

Spulen Drossel Filter
Doch zunächst was macht die Spule oder Drossel oder Filter oder Induktivität oder Siebung, um nur einige der Bezeichnungen zu nennen, und wie ist sie aufgebaut?
Damit ein Strom bei einer anliegender Spannung nicht sofort in die Höhe schnellt ist eine Gegenspannung von Nöten. Diese Gegenspannung erzeugt sich selber in einem elektrischen Leiter der als Spule geformt ist und somit ein konzentriertes Magnetfeld aufbaut. Nach dem plötzlichen Einschalten der Spannung durch den Phasenanschnitt wird in der Spule durch den beginnenden Stromfluss ein Magnetfeld aufgebaut. Diese Feldänderung ruft eine Selbstinduktionsspannung hervor, die der anliegenden Spannung entgegenwirkt. Je höher die Stromänderung ist (dI/dt) um so größer ist das erzeugt Magnetfeld und um so größer ist die Gegenspannung. Damit wird das schnelle Ansteigen des Stromes und der Aufbau des Feldes verzögert. Daher auch die Eselsbrücke - das bei Induktivitäten sich die Ströme verspäten.

1) Physik für Ingenieure / Springer Verlag
2) Tabellenbuch Elektrotechnik / Friedrich
3) Elektronik iV A / Pflaum Verlag
4) Entertainment Technology / Genlyte Thomas Company, L.L.C.
5) IES BV / ETC
6) MA Lighting Technology
7) Strand Lighting
8) Lightpower
9) Betriebsgeräte und Schaltungen für elektrische Lampen /C.H. Strurm /E. Klein
10) VDE 0100 und die Praxis / Gerhard Kiefer
11) Norbert Ackermann
12) ADB

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Vielen Dank für Ihr Intresse
Copyright Herbert Bernstädt, erstemals im Web: 28.01.2007 zuletzt geändert am 13.07.2008

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