Bandbreite ist die Breite eines Frequenzbereichs, angegeben in Hertz: obere Grenzfrequenz minus untere Grenzfrequenz. In der Übertragungstechnik steht dasselbe Wort seit Jahrzehnten auch für die Datenrate, angegeben in Bit je Sekunde. Beide Bedeutungen sind gebräuchlich, beide stehen in Datenblättern, und welche gemeint ist, verrät die Einheit hinter der Zahl.

Ausführliche Erklärung

Die Frequenzbreite in Hertz

In ihrer ursprünglichen Bedeutung ist die Bandbreite eine Differenz zweier Frequenzen. Ein Bereich von 100 bis 1 000 Hz hat eine Bandbreite von 900 Hz. Die Angabe sagt für sich genommen noch nichts darüber, wo dieser Bereich liegt — 20 bis 920 Hz wäre dieselbe Bandbreite an einer ganz anderen Stelle des Spektrums.

Die zweite Frage ist, wo die Grenzen liegen sollen, denn ein Signal hört an keiner Frequenz schlagartig auf. Der Regelfall in der Akustik und in der Elektrotechnik sind die Halbleistungspunkte: die Frequenzen, an denen die Leistung auf die Hälfte des Maximums gefallen ist, also um 3 dB. Wer die Grenzen anders setzt, bekommt für dasselbe Bauteil eine andere Zahl — deshalb ist eine Bandbreite ohne Angabe des Kriteriums nur eine halbe Angabe.

Aus dieser Definition folgen drei Größen, die im Heimkino und in der HiFi-Planung ständig vorkommen:

• Die Breite einer Resonanz. Wie breit eine Raummode ausfällt, hängt allein von ihrer Dämpfung ab; die Rechnung und ihre Folgen stehen bei der Modenbandbreite.
• Die Güte eines Filters. Sie ist das Verhältnis von Mittenfrequenz zur Breite des Eingriffs, und wie sich beides beim Einstellen bedingt, klärt die parametrische Entzerrung.
• Das Auswerteraster einer Messung. Ein Terzband ist ein Frequenzband fester relativer Breite; was das für die Ablesbarkeit einer Messung bedeutet, steht bei Oktavband und Terzband.

Warum dasselbe Wort für Datenraten steht

Der Sprachgebrauch stammt aus der analogen Übertragung. Dort belegte jeder Kanal ein Stück des Frequenzspektrums: der Fernsprechkanal rund 300 bis 3 400 Hz, ein Fernsehkanal einige Megahertz. Wie viel Information sich durch so einen Kanal schicken lässt, hängt unmittelbar an dieser Breite — je breiter der Kanal, desto mehr Zeichen je Sekunde. Ralph Hartley, Ingenieur bei den Bell Telephone Laboratories, hat diesen Zusammenhang 1928 als erster in eine Formel gefasst; zwanzig Jahre später hat Claude Shannon, ebenfalls bei den Bell Labs, die Obergrenze exakt bestimmt: Die Kapazität eines Kanals ist seine Frequenzbreite mal einem Faktor, der vom Verhältnis zwischen Signal und Rauschen abhängt.

Solange die Frequenzbreite in Hertz die begrenzende Größe war, meinte „mehr Bandbreite" zwangsläufig auch „mehr Information je Sekunde". Beide Bedeutungen fielen praktisch zusammen, und das Wort ist mitgewandert, als die Technik digital wurde. Geblieben ist die Sache selbst: Eine Funkverbindung mit 80 MHz Kanalbreite schafft mehr als eine mit 20 MHz, und ein längeres Kupferkabel dämpft die hohen Frequenzanteile so weit, dass die erreichbare Datenrate sinkt. Geändert hat sich nur die Einheit, in der die Angabe herausgegeben wird — bei einer Schnittstelle steht heute die fertige Datenrate im Datenblatt und nicht mehr die Frequenzbreite, aus der sie sich ergibt.

Woran Du im Datenblatt erkennst, welche gemeint ist

Die Einheit entscheidet, und sie ist zuverlässiger als jede Faustregel:

Die dritte Zeile ist die Stolperstelle, weil dort Hertz steht und trotzdem keine Breite gemeint ist. Ein Pixeltakt von 340 MHz ist eine Taktfrequenz und beschreibt, wie schnell einzelne Bildpunkte aufeinanderfolgen; die Frequenzbreite, die das Kabel dafür übertragen können muss, ist eine andere Zahl. Wie sich Taktraten und Datenraten an HDMI-Strecken zueinander verhalten, führen FRL und TMDS aus.

Für die Praxis genügen zwei Merksätze. In der Akustik ist Bandbreite immer eine Frequenzbreite — eine Datenrate kommt dort nicht vor. An Schnittstellen und im Netzwerk ist umgekehrt fast immer die Datenrate gemeint, auch wenn kein Mensch sie so nennt: Die 48 Gbit/s einer HDMI-Strecke, die 80 Gbit/s eines DisplayPort-Anschlusses und die Angaben zu Ultra96 und HDMI 2.2 heißen im Sprachgebrauch alle Bandbreite und sind alle Datenraten.

Häufiges Missverständnis

„Mehr Bandbreite heißt besseres Bild." In der Datenraten-Bedeutung beschreibt die Zahl eine Obergrenze der Strecke und sagt nichts über den Inhalt, der darüber läuft. Ein Kabel mit hoher Reserve überträgt ein schwaches Signal genauso schwach; umgekehrt reicht eine knapp bemessene Strecke, solange das Format darunter bleibt. Was eine Datenrate über Qualität aussagt und was nicht, steht bei Bitrate und Datenrate.

„Der Lautsprecher geht von 20 Hz bis 40 kHz, das ist die Bandbreite." Ohne Toleranzangabe ist das eine Zahl ohne Aussage. Erst der Zusatz, bei welcher Abweichung gemessen wurde — üblich sind ±3 dB —, macht die Spanne vergleichbar; welche Fallstricke in solchen Angaben stecken, klärt der Frequenzgang.

„Bandbreite und Kanalbreite sind zwei verschiedene Dinge." Beim Funk fallen sie zusammen, und das ist der ehrlichste Fall von allen: Die 20, 40 oder 80 MHz eines WLAN-Kanals sind eine echte Frequenzbreite, und aus ihr folgt die erreichbare Datenrate. Hier hat das Wort beide Bedeutungen gleichzeitig, weil die eine aus der anderen entsteht.

Nicht zu verwechseln mit

• Datenrate: Menge je Zeit in Bit je Sekunde. Umgangssprachlich heißt sie oft Bandbreite; ihre eigenen Fallstricke — Mittelwert gegen Spitze, brutto gegen netto — stehen bei Bitrate und Datenrate.
• Taktfrequenz und Pixeltakt: ein einzelner Frequenzwert, keine Spanne zwischen zwei Frequenzen.
• Übertragungsbereich eines Lautsprechers: eine Frequenzbreite, aber nur zusammen mit der Toleranz eine belastbare Angabe.
• Modenbandbreite: der Sonderfall einer einzelnen Raumresonanz. Die Größe ist dieselbe, das Kriterium ebenfalls; die Rechnung dazu steht bei der Modenbandbreite.
• Dienstgüte: die Reihenfolge, in der ein Netzwerk Daten abarbeitet. Eine breite Leitung ordnet nichts; wie priorisiert wird, klärt die Dienstgüte.

In der Planung

In einer Projektbesprechung steht das Wort zweimal im Protokoll. Einmal sagt der Elektriker, die Leitung ins Wohnzimmer habe zu wenig Bandbreite für den geplanten Projektor. Und einmal steht es im Absatz zur Basskorrektur, wo von zu großer Bandbreite eines Filtereingriffs die Rede ist. Beide Sätze klingen nach demselben Problem und meinen zwei Größen, die nur den Namen gemeinsam haben.

Zuerst ist deshalb zu klären, welche Größe jeweils gemeint ist und wer sie bemisst. Beim Signalweg geht es um eine Datenrate: Das Zielformat legt fest, wie viel je Sekunde über die Strecke muss, und daran wird der Weg bemessen — mit Reserve, weil die Bruttoangabe einer Schnittstelle nach Leitungscodierung weniger Nutzlast übrig lässt. Bei der Basskorrektur geht es um eine Frequenzbreite: Ein Filter mit geringer Güte greift über einen weiten Bereich ein und nimmt Frequenzen mit, die niemand absenken wollte.

Daraus ergibt sich die Verfahrenswahl, und sie ist in beiden Fällen eine andere. Für den Signalweg entscheidet die Länge der Strecke, ob eine direkte Verbindung reicht oder ob eine Übertragung über Netzwerkkabel sinnvoll wird; die Grenzen dieser Wege stehen bei HDBaseT. Für die Basskorrektur entscheidet der Vergleich zwischen der Breite des Filters und der Breite der Resonanz, die er treffen soll — ein Eingriff, der deutlich breiter ausfällt als die Mode, senkt den halben Bassbereich mit ab.

Die Geräteauswahl steht in beiden Fällen am Ende. Weder ein teureres Kabel noch ein Entzerrer mit mehr Filterbändern beantwortet eine Frage, die vorher nicht gestellt wurde. Und wer in einem Protokoll dasselbe Wort für zwei Größen stehen lässt, verschiebt genau diese Frage auf den Montagetag.

Verknüpfte Inhalte

Was eine Datenrate im Einzelnen aussagt und woran ihre Angaben scheitern, steht bei Bitrate und Datenrate; wie viel davon auf den Leitungen übrig bleibt, bei DisplayPort, bei FRL und TMDS und für lange Strecken bei HDBaseT. Auf der akustischen Seite führen die Modenbandbreite und die parametrische Entzerrung die Frequenzbreite weiter; wie Resonanzen überhaupt zu ihrer Breite kommen, klärt die Resonanz.

Quellen

Die historische Wurzel der Doppelbedeutung — die Frequenzbreite eines Kanals als Maß für die übertragbare Informationsmenge — geht auf zwei Arbeiten aus den Bell Telephone Laboratories zurück: Hartley 1928 für den grundsätzlichen Zusammenhang und Shannon 1948 für die exakte Obergrenze unter Rauschen. Beide sind hier als Erstveröffentlichung angegeben und für diese Seite nicht am Objekt gelesen worden; der Zusammenhang selbst ist Grundlagenwissen der Nachrichtentechnik. Der Frequenzbereich des klassischen Fernsprechkanals steht als historische Größenordnung und nicht als zitierter Normwert.