Was ist Clipping genau???

Immer wieder wird von clipping geredet. Aber die wenigsten (mich inbegriffen) wissen genau was clipping ist. Immer wieder wird erzählt das Gleichspannung aus dem Verstärker kommt und den Hochtöner zerstört. Aber das kann ja nicht stimmen, weil der Kondensator in der Frequenzweiche die Gleichspannung nicht durchlässt. Also das signal wird zwar in der Amplitude begrenzt aber dadurch wird es doch nicht zur Gleichspannung. Jetzt habe ich gelesen das man alle periodischen Schwingungen nach der Fourier-Analyse in Sinusschwingungen zerlegen kann. Kommt man vielleicht so auf den hintergrund des clippings?

Also, einige Ansätze hier sind ja schon ziemlich gut. Ich versuche es jetzt mal etwas ausführlicher, aber einleuchtender zu erklären. (Einige Beckmesser mögen darüber die Nase rümpfen, aber der Anschaulichkeit halber habe ich einige "Vereinfachungen" gewählt.)

Fangen wir mit der eigentlichen Aufgabe eines Verstärkers an. Er soll (im Normalbetrieb) ein ankommendes Signal - wir nehmen mal der Einfachheit halber einen Sinuston an - mit der entsprechenden Spannung und dem entsprechenden Strom - kurz mit Leistung - zu verstärken. Und zwar so, dass das, was reinkommt, genauso wieder rauskommt, nur eben mit einer höheren Spannung und einer höheren Leistung. (Anm.: Bis jetzt ist alles normal. Der Verstärker clippt nicht, und die Hochtöner werden nicht überlastet...)

Zum weiteren Verständnis ein kleiner Exkurs zur Energieverteilung einzelner Frequenzen in einem normalen Musiksignal: Tiefe Töne sind wesentlich energiereicher als hohe Töne, gleiche Lautstärke vorausgesetzt. Nehmen wir jetzt mal ein im weitesten Sinne normales Musiksignal: Die Bässe brauchen wesentlich mehr Kraft, um "gleichlaut" wie die Höhen zu sein. Aus diesem Grunde brauchen die Hochtöner einer Lautsprecherbox auch wesentlich geringere Leistungen verarbeiten zu können als die Tieftöner (weniger als 10%) - eine "100-Watt-Box" hat zum Beispiel Hochtöner, die nur (!) 10 Watt verkraften können, und trotzdem klingt sie gut und richtig.

Jetzt haben Verstärker allerdings die fatale Eigenschaft, nicht nur die tiefen Töne mit - sagen wir - 100 Watt zu verstärken, sondern genauso auch die höchsten Töne mit 100 Watt. Im normalen Frequenzspektrum von Musik kommen aber derart hohe "Hochtonpegel" nicht vor, dass die Höhen tatsächlich mit 100 Watt verstärkt werden würden...

Zurück zum Clipping: Der eigentlichen Funktion eines Verstärkers - Signal 'rein, unverfälscht, aber leistungsstärker wieder 'raus - sind natürlich Grenzen gesetzt. Diese liegen näherungsweise bei den internen positiven bzw. negativen "Betriebsspannungen". Ein Signal wird also solange unverfälscht verstärkt, wie diese Grenzen nicht überschritten werden.

SOLLTE jetzt jedoch der Verstärker eine höhere Leistung abgeben müssen (weil der Benutzer soviel Pegel 'reinschickt, dass er die genannten Grenzen überschreitet), dann schneidet er die Spitzen des Signals kategorisch ab. Was sollte er auch sonst machen? Mehr als die genannten Betriebsspannungen können aus so 'nem Verstärker auch nicht 'rauskommen!

ABER das heisst jetzt wiederum, dass das Signal nicht mehr unverfälscht, sondern verbogen ist! Dem Signal werden vom Verstärker unerwünschte Freuqenz-Anteile hinzugefügt, die vorher gar nicht da waren. - Das klingt jetzt auf den ersten Blick etwas unlogisch: Wenn etwas "abgeschnitten" wird, dürfte doch eigentlich nicht mehr hinzugefügt werden!? Doch, das ist ja das Lustige! Warum das so ist, führt jetzt zu weit - Interessierte müssten sich hier ein wenig mit dem bereits genannten Fourier auseinandersetzen...

Also: Es werden Frequenzanteile hinzugefügt. Diese sind - bei dem üblichen scharfen "Kappen" des Signals - eher hochfrequent und werden, da der Verstärker sowieso schon mit grosser Leistung fährt, auch noch mit sehr viel Leistung "verstärkt". Der Hochtöner bekommt jetzt also nicht mehr nur die gewohnten zehn Watt, die er bei einem normalen Musiksignal verarbeiten muss, sondern weitaus mehr - mitunter die tatsächlichen 100 Watt, die er ansonsten auch kann! Und Hochtonanteile mit dieser Leistung "grillen" eben die Hochtöner....

Ich hoffe, dieser Exkurs hat einigermassen anschaulich und beispielhaft erklärt, worum es sich beim Clipping wirklich handelt...

Gruss,

Hendrik