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.

Eine Schirmung ist eine leitfähige Hülle um eine Ader, ein Aderpaar oder ein ganzes Kabelbündel. Ihre Aufgabe klingt einfach — Störungen sollen draußen bleiben und das eigene Signal soll nicht nach außen strahlen —, ihre Wirkung hängt aber an etwas, das nicht im Kabel steckt, sondern an seinen Enden entsteht.

Ausführliche Erklärung

Der Schirm hält ein Störfeld nicht ab wie eine Mauer. Ein veränderliches äußeres Feld treibt einen Strom in der leitfähigen Hülle, und dieser Strom baut ein Gegenfeld auf, das sich dem ursprünglichen überlagert. Was innen ankommt, ist die Differenz. Ein idealer Schirm hätte keinen Widerstand und keine Öffnungen, führte den gesamten Störstrom an den Adern vorbei und ließe nichts übrig. Ein realer Schirm hat beides, und deshalb bleibt eine kleine Spannung übrig, die entlang der Innenleiter auftritt.

Diese Restspannung ist die eigentliche Kenngröße. Sie heißt Kopplungswiderstand oder Transferimpedanz und wird in Milliohm pro Meter angegeben: Wie viel Spannung entsteht je Meter innen, wenn außen ein bestimmter Strom über den Schirm fließt? Je kleiner der Wert, desto besser der Schirm. Oberhalb einiger Megahertz greift diese Beschreibung nicht mehr, weil das Kabel dann nicht mehr wie eine Leitung mit punktweise definierten Größen wirkt; dort tritt die Schirmdämpfung an ihre Stelle, angegeben in Dezibel.

Folie, Geflecht — und warum gute Kabel beides haben

Es gibt zwei gebräuchliche Bauarten, und sie sind nicht zwei Qualitätsstufen desselben Prinzips, sondern zwei verschiedene Kompromisse.

Ein Folienschirm ist eine mit Aluminium bedampfte oder kaschierte Kunststofffolie, die um das Bündel oder um jedes einzelne Paar gewickelt wird. Sie liegt lückenlos an, hat also keine Öffnungen, durch die ein hochfrequentes Feld schlüpfen könnte. Die metallische Schicht ist allerdings sehr dünn und damit vergleichsweise hochohmig — bei tiefen Frequenzen, wo es auf einen niedrigen Längswiderstand ankommt, kann sie wenig ausrichten. Dazu kommt ein praktisches Problem, das jeder Monteur kennt: Eine Folie lässt sich nicht klemmen. Deshalb läuft in foliengeschirmten Leitungen ein blanker Beilaufdraht mit, der die Folie überhaupt erst anschließbar macht.

Ein Geflechtschirm besteht aus verflochtenen, meist verzinnten Kupferdrähten. Sein Widerstand ist um Größenordnungen niedriger, er wirkt deshalb schon bei tiefen Frequenzen, er hält mechanische Beanspruchung aus und er bleibt biegefest — für ein Kabel, das bewegt oder eng geführt wird, ist das der entscheidende Punkt. Dafür hat ein Geflecht rautenförmige Öffnungen, und die werden mit steigender Frequenz durchlässiger.

Die beiden Schwächen liegen also an entgegengesetzten Enden des Frequenzbereichs, und genau deshalb kombinieren hochwertige Kabel beides: Geflecht über Folie. Man findet das bei Koaxialkabeln ebenso wie bei geschirmten Datenleitungen. Die Zusatzkosten sind gering, der gewonnene Bereich ist es nicht.

Eine zweite Unterscheidung läuft quer dazu: Gesamtschirm oder Paarschirm. Ein Gesamtschirm liegt um alle Adern und arbeitet gegen die Außenwelt. Ein Paarschirm liegt um jedes verdrillte Paar einzeln und arbeitet vor allem gegen das Nachbarpaar im selben Kabel, also gegen Übersprechen. Das sind zwei verschiedene Aufgaben, und weil sich beide frei kombinieren lassen, gibt es dafür eine eigene Kurzschreibweise — sie steht bei der Schirmungsnotation.

Der Schirm ist nur so gut wie seine Auflegung

Hier entscheidet sich in der Praxis fast alles. Ein Schirm, der den Störstrom aufnimmt, muss ihn auch irgendwohin abgeben können; ohne niederimpedanten Anschluss an beiden Enden sammelt er ihn nur ein.

Drei Größen entscheiden darüber: die Art des Kontakts — rundum aufliegend oder zu einem Zopf verdrillt —, die Zahl der aufgelegten Enden samt dem Potentialausgleich, den die beidseitige Auflegung voraussetzt, und die Lückenlosigkeit der Kette aus Kabel, Modul, Dose, Patchfeld, Patchkabel und Erdung. Ein einziges offenes Glied macht die Strecke wirkungslos. Wie das im Einzelnen aussieht, welche Größenordnungen dahinterstehen und woran man eine fertige Strecke überhaupt beurteilen kann, steht bei der Schirmauflegung.

Für den Kabelkatalog bleibt daraus eine Erkenntnis: Die Schirmfrage ist in Wahrheit keine Produktfrage, sondern eine an die Elektroplanung.

Wo Schirmung nicht die Antwort ist

Ein Schirm ist nicht der einzige und oft nicht der wirksamste Weg gegen Störungen. Zwei Mechanismen arbeiten ohne jede Metallhülle.

Der eine ist die Verdrillung: Zwei eng miteinander verdrillte Adern fangen ein äußeres Feld auf nahezu gleicher Fläche und damit in gleicher Größe ein. Wenn die Empfängerseite die Differenz der beiden Leiter auswertet, fällt die gemeinsam eingefangene Störung heraus. Das ist das Prinzip der symmetrischen Übertragung, und es ist der Grund, warum eine ungeschirmte Netzwerkleitung in einem normalen Wohnhaus zuverlässig funktioniert.

Der andere ist schlicht Abstand. Kopplung nimmt mit der Entfernung und mit der Länge der Parallelführung ab, und Geometrie kostet im Rohbau fast nichts, solange sie in der Planung steht und nicht auf der Baustelle nachgeholt werden muss. Die Trennungsabstände zwischen Energie- und Kommunikationsverkabelung sind in EN 50174-2 geregelt.

Und weil die Frage regelmäßig kommt: Ein Lichtwellenleiter hat das Problem gar nicht. Er führt keinen Strom, koppelt elektromagnetisch nichts ein und trennt die beiden Seiten galvanisch. Wo eine Strecke zwischen zwei Gebäudeteilen mit getrennten Erdungsanlagen läuft, ist das nicht nur die störfeste, sondern die grundsätzlich saubere Lösung.

Häufiges Missverständnis

„Geschirmt ist besser." Das ist der Satz, der im Fachhandel die meisten Kabel verkauft, und er stimmt nur unter einer Bedingung, die selten mitgenannt wird. Ein Schirm, der an keinem Ende sauber aufliegt, nimmt Störströme auf und führt sie mit — er bringt sie in Kabelform bis an das Gerät heran, statt sie fernzuhalten. Gegenüber einer sauber verdrillten ungeschirmten Leitung ist das kein Gewinn, sondern ein Rückschritt. Die Entscheidung für geschirmt ist deshalb eine Entscheidung für einen höheren Ausführungsanspruch, nicht für ein besseres Produkt.

Ein zweites steckt im Bild vom Schutzschild. Der Schirm hält nichts ab, er leitet ab. Wer das einmal so denkt, versteht sofort, warum der Zopf am Steckerende und der Potentialausgleich im Technikraum wichtiger sind als die Frage, ob Folie oder Geflecht im Kabel steckt.

Zum Dritten die Rolle des Schirms im Signalweg. Bei einer unsymmetrischen Verbindung — Cinch, Klinke, auch das analoge Subwooferkabel — ist der Schirm zugleich der Rückleiter des Signals. Alles, was auf ihm passiert, liegt damit unmittelbar im Nutzsignal, und eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Geräten wird zum hörbaren Brummen. Bei einer symmetrischen Verbindung ist der Schirm dagegen nicht am Signal beteiligt. Dieselbe Metallhülle hat in den beiden Fällen zwei völlig verschiedene Funktionen, und Ratschläge aus dem einen Fall lassen sich nicht in den anderen übertragen.

Nicht zu verwechseln mit

• Verdrillung: Eine geometrische Maßnahme an den Adern selbst, keine Hülle. Sie wirkt gegen Einkopplung und gegen Übersprechen und braucht kein Metall — siehe Twisted Pair.
• Symmetrische Übertragung: Ein Übertragungsverfahren, bei dem die Empfängerseite die Differenz zweier Leiter auswertet. Es nutzt die Verdrillung, ist aber nicht dasselbe: Auch eine geschirmte Leitung kann unsymmetrisch betrieben werden.
• Erdung und Potentialausgleich: Die Anlage im Gebäude, an die ein Schirm angeschlossen wird. Ohne sie ist ein Schirm ein Stück Metall ohne Bezug; sie ist Voraussetzung, nicht Bestandteil.
• Schirmungsnotation: Die Kurzschreibweise U/UTP bis S/FTP beschreibt, wo geschirmt ist, und sagt nichts über die Güte des Schirms — siehe Schirmungsnotation.
• Bewehrung: Ein Metallgeflecht oder Wellmantel zum mechanischen Schutz, etwa gegen Nagetiere im Erdreich. Es kann nebenbei schirmen, ist aber für eine andere Belastung ausgelegt — siehe Kabelbauarten für die Erdverlegung.

In der Planung

Ein Altbau wird saniert. Vom Zählerschrank im Keller bis zum Technikraum im Obergeschoss gibt es genau einen brauchbaren Schacht, und in diesem Schacht liegen bereits die Zuleitungen. Der Elektriker fragt, ob er für die Datenleitungen „das geschirmte Kabel" nehmen soll.

Anders gefragt: Welche Störquelle ist da, wie lang laufen die Leitungen parallel, und wie weit auseinander lassen sie sich legen? Solange das offen ist, ist jede Kabelentscheidung geraten. Sehr oft löst die Antwort das Problem bereits — ein zweiter Kabelkanal, eine andere Trassenführung oder auch nur ein größerer Abstand über die kritischen Meter ist billiger als eine geschirmte Installation und hält länger, weil an ihr niemand etwas falsch machen kann.

Bleibt die Parallelführung unvermeidlich, hilft ein Vorgehen aus drei Teilen, die zusammen bestellt und zusammen abgenommen werden müssen: durchgehend geschirmte Komponenten von der Dose bis zum Patchfeld, ein rundum aufliegender Schirmkontakt an jedem Übergang und ein Anschluss an den Potentialausgleich im Technikraum. Fehlt einer davon, ist die geschirmte Installation teurer als die ungeschirmte und nicht besser.

Erst danach kommt die Produktauswahl — und sie ist an dieser Stelle der einfachste Teil.

Verknüpfte Inhalte

Welche Kurzschreibweise die Kombination aus Gesamt- und Paarschirm festhält, steht bei der Schirmungsnotation; warum der Außenleiter eines Koaxialkabels zugleich Schirm und Rückleiter ist, dort. Den Anschlusspfad eines Folienschirms beschreibt der Beilaufdraht, das Übertragungsverfahren dahinter die symmetrische Übertragung und die Verdrillung. Was an einem Kabel sonst noch zu prüfen ist, wenn es fest ins Bauwerk geht, behandelt das Brandverhalten von Kabeln — dort auch CPR-Klassen und halogenfreie Mantelwerkstoffe, die mit der Schirmung nichts zu tun haben. Was an Netzwerkinfrastruktur im Haus zusammenkommt, steht bei den Grundlagen des Heimnetzwerks, die Erdungs- und Verteilerseite beim Technikraum für die AV-Technik.

Quellen

Die Prüfverfahren hinter den Kenngrößen Kopplungswiderstand und Schirmdämpfung stehen in IEC 62153-4-3 und IEC 62153-4-4; Auflegung, Erdung und die Trennungsabstände zur Energieverkabelung regelt EN 50174-2. Die Kurzschreibweise für Gesamt- und Paarschirm stammt aus ISO/IEC 11801-1.