Phono-Vorverstärker und RIAA-Entzerrung

Ein Phono-Vorverstärker erledigt zwei Aufgaben in einem Gerät: Er hebt das sehr kleine Signal eines Tonabnehmers auf Line-Pegel an, und er stellt die Frequenzverteilung wieder her, die beim Schneiden der Schallplatte absichtlich verbogen wurde. Die zweite Aufgabe heißt RIAA-Entzerrung und ist der Grund, warum ein Plattenspieler an einem gewöhnlichen Line-Eingang auch dann falsch klingt, wenn man ihn laut genug bekommt.

Ausführliche Erklärung

Warum die Schallplatte verbogen aufgenommen wird

Eine Rille steuert die Nadel über ihre seitliche Auslenkung. Bei tiefen Tönen braucht dieselbe Lautstärke sehr viel mehr Auslenkung als bei hohen — die Rille würde breit, der Rillenabstand müsste wachsen, und die Spielzeit einer Plattenseite schrumpfte auf wenige Minuten. Am oberen Ende steht das umgekehrte Problem: Hohe Töne erzeugen so kleine Auslenkungen, dass sie im Rauschen des Materials untergehen.

Beim Schneiden wird der Bass deshalb abgesenkt und der Hochton angehoben. Die Wiedergabe kehrt beides um, und dabei sinkt das Oberflächenrauschen mit dem Hochton gleich mit ab. Weil dasselbe Verfahren die Spielzeit verlängert und das Rauschen senkt, hat es die Langspielplatte überhaupt erst praktikabel gemacht.

Damit Platten aus verschiedenen Häusern auf verschiedenen Geräten gleich klingen, muss die Verbiegung überall dieselbe sein. Diese Festlegung stammt vom US-amerikanischen Branchenverband Recording Industry Association of America aus den frühen 1950er-Jahren; die Internationale Elektrotechnische Kommission hat sie später übernommen. Ihre Norm dazu ist IEC 60098, seit Januar 2020 in vierter Ausgabe — sie ersetzt die dritte von 1987 vollständig und behandelt Schallplatten samt der Geräte, die sie abspielen, nicht aber Verstärker und Lautsprecher.

Die Kennlinie in Zahlen

Festgelegt wird die Kennlinie über Zeitkonstanten. Jede von ihnen beschreibt einen Knickpunkt, an dem die Kurve ihre Steigung ändert; ein Kurvenbild wäre dafür zu ungenau.

IEC 60098 legt sie in Abschnitt 8.1.1 für die Aufnahme fest: drei Kurven mit den Zeitkonstanten 75, 318 und 3180 Mikrosekunden. Beim Abspielen wird dieselbe Kennlinie umgekehrt, und deshalb bestimmen genau diese drei Zahlen auch den Entzerrer.

Zwischen 20 Hz und 20 kHz überstreicht die Wiedergabekurve damit knapp 40 dB. Das ist der eigentliche Grund, warum die Entzerrung kein Feinschliff ist: Wer sie weglässt, hört einen Frequenzgang, dessen unteres und oberes Ende um den Faktor 100 auseinanderliegen — jedes davon rund 20 dB von der Mitte entfernt, das eine nach unten, das andere nach oben.

Eine vierte Zeitkonstante von 7950 µs (20,02 Hz) kam 1976 als IEC-Ergänzung hinzu. Sie begrenzt die Tiefenanhebung nach unten und soll Rumpeln unterdrücken, das von Plattenwellen und Unwuchten stammt. Manche Geräte bieten sie als Schalter an; wer sie zuschaltet, verliert bei 20 Hz 3 dB und darunter mehr — denn die Eckfrequenz ist genau der Punkt, an dem eine solche Begrenzung 3 dB kostet.

Was der Eingang können muss

Tonabnehmer gibt es in zwei verbreiteten Bauarten, und sie stellen unterschiedliche Anforderungen.

Magnetsysteme liefern einige Millivolt und brauchen rund 40 dB Verstärkung. Ihr Abschlusswiderstand ist mit 47 kΩ praktisch überall derselbe — anders als die Kapazität, die parallel dazu wirkt. Sie setzt sich aus dem Eingang des Verstärkers und dem Kabel vom Plattenspieler zusammen, und weil beide zusammenzählen, ist das Kabel hier Teil der Schaltung und kein Zubehör. Zu viel Kapazität verschiebt eine Resonanz im Hochton und verändert den Frequenzgang hörbar.

Spulensysteme liefern nur einige Zehntel Millivolt und brauchen deshalb rund 20 dB mehr Verstärkung. Ihr Abschlusswiderstand liegt erheblich niedriger, die Kapazität spielt kaum eine Rolle, und stattdessen wird das Grundrauschen der Eingangsstufe zur bestimmenden Größe: Bei so kleinen Signalen entscheidet die Qualität der ersten Transistorstufe darüber, wie viel vom Signal überhaupt übrig bleibt. Ein Übertrager vor dem Eingang ist der klassische Weg, diese Stufe zu entlasten.

Häufiges Missverständnis

„Ein Phono-Eingang ist ein Line-Eingang mit mehr Verstärkung." Diese Vorstellung ist die häufigste und lässt sich in Sekunden widerlegen: Wer einen Plattenspieler an einen Line-Eingang anschließt und weit aufdreht, bekommt nicht einfach ein leises Ergebnis, sondern ein dünnes und scharfes. Der Bass fehlt, weil er auf der Platte abgesenkt liegt und niemand ihn zurückholt; der Hochton ist zu präsent, weil er beim Schneiden angehoben wurde. Genau dieses Klangbild ist das Erkennungszeichen einer fehlenden Entzerrung.

Der zweite Fall ist der umgekehrte und in modernen Anlagen der häufigere: Viele Plattenspieler haben einen Phono-Vorverstärker bereits eingebaut, oft mit einem kleinen Schalter auf der Rückseite. Steht der Schalter auf Line und das Kabel steckt trotzdem im Phono-Eingang des Verstärkers, wird zweimal entzerrt und zweimal verstärkt — das Ergebnis ist übersteuert und im Bass aufgebläht. Beim Anschließen ist deshalb die Stellung dieses Schalters die erste Frage, und die Beschriftung an der Buchse des Verstärkers die zweite; welches Signal an einer Cinch-Buchse anliegt, verrät die Bauform nie von selbst (Cinch/RCA).

Nicht zu verwechseln mit

• Vorverstärker im allgemeinen Sinn: Die Line-Vorstufe wählt Quellen aus und stellt die Lautstärke ein. Sie arbeitet bereits auf Line-Pegel und entzerrt nichts.
• Phono-Stecker: Im englischen Sprachraum heißt der Cinch-Stecker phono connector, weil er ursprünglich für den Anschluss eines Plattenspielers an die Geräterückseite wanderte. Der Name sagt nichts darüber, welches Signal an einer Buchse anliegt.
• Klangregelung und Equalizer: Sie verändern den Frequenzgang nach Geschmack. Die RIAA-Entzerrung stellt einen definierten Zustand wieder her und ist keine Geschmacksfrage.
• Übertrager für Spulensysteme: Er hebt die Spannung passiv an und ersetzt damit eine Verstärkerstufe, nicht die Entzerrung. Nach ihm folgt weiterhin ein Phono-Eingang.
• Historische Schneidkennlinien: Platten aus der Zeit vor der RIAA-Festlegung folgen anderen Kurven. Sie über einen RIAA-Entzerrer abzuspielen ergibt einen hörbaren, aber meist tolerierten Fehler; Geräte mit umschaltbaren Kennlinien sind eine Spezialität für Sammlungen.

In der Planung

Ein Plattenspieler soll in eine bestehende Anlage, deren Ton über das Netzwerk in mehrere Räume geht. Das ist der Regelfall, in dem die Reihenfolge der Entscheidungen wirklich zählt.

An welcher Stelle wird das Signal zu einem Line-Signal, und an welcher Stelle wird es digital? Diese beiden Punkte legen alles Weitere fest, weil das Phono-Signal die empfindlichste Stufe der ganzen Kette ist — wenige Millivolt auf einer unsymmetrischen Leitung, mit einem Kabel, das bei Magnetsystemen zusätzlich elektrisch mitspricht.

Die Wahl fällt dann eindeutig aus: entzerren und verstärken so nah wie möglich an der Quelle, lange Wege erst danach. Ein Phono-Kabel quer durch den Raum zu einem entfernten Verstärker sammelt Störungen ein, die auf Line-Pegel keine Rolle mehr spielen würden; dazu kommt die Masseverbindung des Plattenspielers als klassische Ursache einer Brummschleife. Wo die Digitalisierung sitzt, ist die zweite Entscheidung derselben Frage — sie kann direkt hinter dem Entzerrer liegen oder erst im Netzwerkgerät.

Erst danach kommt die Gerätewahl. Ob der Entzerrer im Plattenspieler, im Verstärker oder als eigenes Gerät sitzt, ist an dieser Stelle bereits weitgehend entschieden — und es lässt sich später ohne Umbau der Verkabelung kaum noch ändern.

Verknüpfte Inhalte

Was Line-Pegel überhaupt bedeutet und warum Geräte verschiedener Welten unterschiedlich kräftig aussteuern, steht unter Line-Pegel und die Pegelkonventionen. Die Buchse, über die Phono-Signale laufen, behandelt Cinch/RCA; den Platz der Vorverstärkung in der Gerätekette zeigt Die Audiokette. Warum ein sehr kleines Signal besonders empfindlich gegen Störungen ist, erklären Grundgeräuschpegel und Schirmung.

Quellen

Die drei Zeitkonstanten der RIAA-Kennlinie stehen in Abschnitt 8.1.1 von IEC 60098; die zugehörigen Eckfrequenzen sind daraus gerechnet. Die IEC-Ergänzung von 1976 stammt aus einer Fachpublikation. Die Größenordnungen für Ausgangsspannung und Abschlusswerte von Tonabnehmern sind Fachallgemeingut ohne einzeln benannte Fundstelle.