AES3 und AES3id

Was ist AES3 — und warum ist ein XLR-Mikrofonkabel dafür kein zulässiges Kabel?

Wenn im Studio oder im Technikraum ein XLR-Kabel steckt, muss darin nicht zwangsläufig ein analoges Tonsignal laufen. AES3 nennt sich die professionelle Digitalaudio-Schnittstelle, die dieselben Stecker benutzt: zwei Kanäle, symmetrisch über eine Leitung mit 110 Ω Wellenwiderstand. Festgelegt haben sie 1985 die Audio Engineering Society und die European Broadcasting Union gemeinsam — daher der bis heute gebräuchliche Doppelname AES/EBU. AES3id ist dieselbe Datenstruktur, aber unsymmetrisch über 75-Ohm-Koax und BNC.

In Tonstudios und in Kinotechnik steckt derselbe dreipolige Stecker wie an einem Mikrofon — nur läuft darüber kein Mikrofonsignal, sondern eine digitale Datenleitung. Das sieht man dem Anschluss nicht an, und genau daraus entstehen die meisten Probleme: Ein Kabel, das für Mikrofone gebaut wurde, passt mechanisch perfekt und funktioniert auf kurzer Strecke sogar. Über eine längere Leitung durchs Haus bricht die Verbindung dann aber ab. Nicht, weil das Kabel schlecht wäre — sondern weil es für eine andere Aufgabe gebaut ist.

Ausführliche Erklärung

Der Datenrahmen ist derselbe wie bei S/PDIF: 32 Zeitschlitze je Subframe, zwei Subframes je Frame, 192 Frames je Block, Biphase-Mark-Codierung mit eingebettetem Takt. Unterschiedlich sind die elektrische Seite und der Channel Status. Statt der Kopierschutz-Flags des Consumer-Formats stehen dort professionelle Angaben wie Abtastrate, Kanalzuordnung und Textkennungen — weshalb ein AES3-Sender an einem S/PDIF-Eingang zwar oft, aber nicht verlässlich erkannt wird.

Elektrisch sind es drei Ausprägungen, und die Unterschiede sind größer, als der gemeinsame Name vermuten lässt:

	AES3 symmetrisch	AES3 über CAT 5	AES3id
Leitung	geschirmtes Twisted Pair, 110 Ω	CAT 5, 110 Ω	Koax, 75 Ω
Steckverbinder	XLR-3	8P8C	BNC
Ausgangspegel	2 bis 7 V Spitze-Spitze	2 bis 7 Vss	1,0 Vss
Mindest-Eingangspegel	0,2 V	0,2 V	0,32 V
maximale Distanz	100 m	400 m	1000 m

Dass ausgerechnet die unsymmetrische Variante am weitesten kommt, wirkt zunächst verkehrt herum. Der Grund steht in der AES-Informationsschrift zu AES3id und ist eine Hochfrequenzeigenschaft, keine Frage der Störfestigkeit: Für lange Strecken mit hohen Frequenzen ist Koax dem symmetrischen Paar überlegen, weil geschirmtes Twisted Pair eine hohe Kapazität hat. Symmetrische Führung hilft gegen eingestreute Störungen — gegen die Dämpfung der eigenen Signalflanken hilft sie nicht.

Ein zweiter Punkt aus derselben Quelle wird gern übersehen: AES3id über 75-Ω-BNC ist nicht dasselbe wie S/PDIF über 75-Ω-Cinch. Die Leitung stimmt überein, der Pegel nicht — 1,0 gegen 0,5 V — und der Channel Status erst recht nicht. Es kann funktionieren, aber es ist nicht dieselbe Schnittstelle, und ob es funktioniert, entscheidet der Empfänger.

Warum ein Mikrofonkabel kein AES3-Kabel ist

Hier liegt der Punkt, an dem in der Praxis das meiste schiefgeht. Der Steckverbinder ist identisch, die Belegung ist identisch, das vorhandene Kabel liegt im Regal — also nimmt man es. Und meistens läuft es dann auch, jedenfalls am Tisch.

Der Unterschied ist ein einziger Wert. AES3 verlangt eine Leitung mit 110 Ω Wellenwiderstand. Übliches analoges Audiokabel in Broadcast-Qualität liegt bei rund 45 Ω — Steve Lampen, langjähriger Technikverantwortlicher bei Belden, nennt diese Zahl als Faustwert für die Kabelklasse. Das ist kein Qualitätsmangel, sondern eine andere Auslegung: Für Signale um 1 kHz spielt der Wellenwiderstand keine Rolle, weil die Viertelwellenlänge dort in der Größenordnung von Zehnerkilometern liegt. Die Leitung verhält sich praktisch wie Gleichstrom.

Ein AES3-Signal enthält dagegen Flankenanteile bis etwa 25 MHz. Dort beträgt die Viertelwellenlänge rund 3 m. Ab dieser Größenordnung wird die Leitung zur Übertragungsleitung, und eine Fehlanpassung wirft einen Teil des Signals zum Sender zurück. Am Empfänger sieht das aus wie ein stark gedämpftes Kabel — tatsächlich ist es Reflexion. Sinkt der Pegel dabei unter die geforderten 0,2 V, rastet der Empfänger nicht mehr ein: kein leiser Ton, kein Rauschen, sondern Stille oder Aussetzer.

Daraus folgt die eigentlich unangenehme Eigenschaft dieses Fehlers. Er ist nicht binär, sondern längenabhängig. Zwei Meter Mikrofonkabel funktionieren tadellos, zwanzig Meter derselben Sorte funktionieren vielleicht — und funktionieren vielleicht auch erst dann nicht mehr, wenn später auf eine höhere Abtastrate umgestellt wird und die Flanken steiler werden. Ein Aufbau, der beim Einmessen läuft und ein halbes Jahr später beim Firmware-Update aussteigt, ist die typische Form dieses Problems.

Häufiges Missverständnis

„Es funktioniert doch, also war die Sorge unbegründet." Das ist die verbreitetste und die teuerste Fehlannahme, weil sie stimmt — bis sie nicht mehr stimmt. Digitale Übertragung hat keinen graduellen Qualitätsverlust, an dem man den nahenden Ausfall hören könnte. Sie funktioniert bis zu dem Punkt, an dem der Empfänger die Flanken nicht mehr sicher erkennt, und dann fällt sie aus. Eine Strecke ohne Reserve lässt sich deshalb nicht erhören, sondern nur nachrechnen oder nachmessen.

Das zweite Missverständnis sitzt am Steckverbinder. XLR-3 führt in derselben Anlage analoges symmetrisches Audio und AES3, ohne dass man es der Buchse ansieht. Ein AES3-Ausgang an einem analogen Eingang legt mehrere Volt Rechteckspannung im Megahertzbereich auf eine Eingangsstufe, die dafür nicht gebaut ist. In der Gegenrichtung passiert weniger, aber auch nichts Sinnvolles. Beschriftung ist hier kein Ordnungsfimmel, sondern Teil der Ausführungsplanung.

Nicht zu verwechseln mit

Analoges symmetrisches XLR-Audio: gleicher Steckverbinder, gleiche Belegung, völlig andere Anforderung an die Leitung.
S/PDIF: dieselbe Datenstruktur in der Consumer-Ausprägung, mit anderen Pegeln, 75 Ω und anderem Channel Status.
AES3id gegen S/PDIF-Koax: beide 75 Ω, aber unterschiedliche Pegel und unterschiedliches Subcode-Format.
AES67 und Dante: Audio als Netzwerkpaket über Ethernet, mit eigener Zeitsynchronisation — nicht dieselbe Schnittstelle, auch wenn am Ende ein RJ45-Stecker beteiligt sein kann.

Aus der Praxis

Ein bestehendes Wohnhaus bekommt einen neuen AV-Prozessor mit AES3-Eingängen. Vom Technikraum zum Kinoraum liegen bereits XLR-Leitungen aus einer früheren analogen Installation, rund 25 m, im Leerrohr — verlockend, weil sie da sind und die Stecker passen.

Muss die Strecke überhaupt digital sein? Wenn der Prozessor am Ende ohnehin analog an die Endstufen geht, kann die Wandlung genauso gut vorne passieren, und die vorhandene Leitung überträgt weiterhin analoges Audio. Bleibt es dagegen bei digital — etwa weil die Raumkorrektur im Prozessor rechnet und die Quelle digital anliefert —, entscheidet die Länge: Über 25 m ist AES3 symmetrisch mit spezifiziertem 110-Ω-Kabel unauffällig im grünen Bereich, die vorhandene Analogleitung dagegen nicht spezifiziert. Für deutlich längere Wege oder für eine Trasse, in der ohnehin Koax liegt, ist AES3id über BNC der robustere Weg.

Die Gerätewahl kommt zuletzt und ist hier die einfachste Entscheidung, weil die Schnittstelle die Kandidaten längst eingegrenzt hat. Was nicht funktioniert, ist die Reihenfolge andersherum: erst Gerät kaufen, dann feststellen, dass die vorhandene Leitung nur fast passt.

Verknüpfte Inhalte

Die Consumer-Ausprägung derselben Schnittstelle behandelt S/PDIF, die optische Variante TOSLINK. Warum ein Wellenwiderstand überhaupt eine Anforderung ist und nicht bloß eine Kabeleigenschaft, steht beim Wellenwiderstand; was symmetrische Führung leistet und was nicht, beim Eintrag zur symmetrischen und unsymmetrischen Übertragung.

Quellen

Alle Zahlen der Tabelle — Impedanzen, Pegel, Mindest-Eingangspegel und maximale Distanzen — stammen aus der Vergleichstabelle in RaneNote 149, die sie ihrerseits auf AES3-2003 und AES-3id-2001 zurückführt; dort steht auch der Hinweis zur Überlegenheit von Koax auf langen Strecken und die Abgrenzung von AES3id gegenüber S/PDIF. Der Rahmenaufbau folgt dem AES3-Normtext. Die Argumentation zum Mikrofonkabel stützt sich auf den Fachbeitrag von Bob Kovacs mit den Angaben von Steve Lampen. Alle drei Quellen wurden für diese Seite am Objekt gelesen.