Übersteuern (Signalverarbeitung)

Anzeige eines durch Übersteuerung abgeschnittenen Sinus auf einem Oszilloskop

Als Übersteuern bezeichnet man in der Signalverarbeitung das Beaufschlagen von signalverarbeitenden Einheiten mit Eingangssignalen außerhalb des erlaubten Eingangsbereiches. Als Folge einer Übersteuerung treten unerwünschte Effekte auf wie Nichtlinearitäten. Typischerweise werden Ausschläge, die über den Eingangsbereich hinausgehen, abgeschnitten. Diesen Effekt bezeichnet man als Clipping (englisch to clip = abschneiden, kappen).

Bei Regelkreisen kann Übersteuerung sogar zum Komplettversagen führen. Bei vielen Schaltungen zur Frequenzverdopplung ist Übersteuerung Voraussetzung für die Funktion.

Übersteuern bei Audio-Verstärkern

Übersteuerung (englisch overdrive) oder kurz drive genannt, bezeichnet in der Musik das unabsichtliche oder absichtliche Hervorrufen einer Verzerrung bei einem elektrisch transportierten Tonsignal.

Funktionsweise

Clipping einer digitalen Wellenform

Ein Verstärker kann durch einen zu hohen Eingangspegel oder eine zu hohe Verstärkung in die Sättigung kommen, bei der das Ausgangssignal nicht mehr formtreu dem Eingangssignal folgt, sondern geklippt und dadurch verzerrt wird. Dabei wird die Signalkurve an den oberen und unteren Signalspitzen "abgeschnitten". Derartige Vorgänge kann man sich bildlich in Form einer Sinuskurve vorstellen, die an den oberen und unteren Ausbuchtungen mittels zweier horizontaler Geraden abgeflacht wird. Wird eine einzige Frequenz eingespeist, entstehen im Signal-Spektrum nur zusätzliche Obertöne, sogenannte Harmonische. Werden (bei Musik) gleichzeitig unterschiedliche Frequenzen eingespeist, entstehen außerdem immer zusätzliche Kombinationsfrequenzen, also die Summen und Differenzen der ursprünglichen Frequenzen, weil der Verstärker dann als Mischer arbeitet.

Für gewöhnlich sind Übersteuerungen unerwünscht; bei musikalischen Effektgeräten wird jedoch ein derartiger Effekt oft gezielt eingesetzt. Siehe dazu Verzerrer. Gitarrenverstärker können zum Beispiel durch ein überhöhtes Eingangssignal absichtlich übersteuert werden, um eine Verzerrung des Instrumentensignales zu erreichen.

Transistorverstärker klingen beim Übersteuern besonders unangenehm, während Röhrenverstärker eine weichere Begrenzung des Signales verursachen. Daher sind manche Transistorverstärker mit einem sogenannten Soft-Clipping ausgerüstet, das ein weicheres Übersteuerungsverhalten bedeutet.

Röhrenverstärker und Röhrenmikrofone (Trioden), die bei größeren Lautstärken nichtlineare Verzerrungen mit quadratischem Klirrfaktor an einer unsymmetrischen Kennlinie mit nur geradzahligen Harmonischen erzeugen können, heben besonders diejenigen Teiltöne hervor, die mit dem Grundton harmonisch nah verwandt sind. Sie haben im Klirrfaktor k₂, k₄, k₆ usw. Anteile der Oberschwingungen.

Siehe auch

• Sättigung (Elektronik)
• Vollaussteuerung
• Out of Specification
• Übersteuerungsreserve

Weblinks

• Gewünschte Übersteuerungen: Geradzahlige Harmonische mit Klirrfaktor k2, k4, k6 usw. - pdf (255 kB)