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.
Das Wort Bandbreite wird für zwei ganz verschiedene Dinge benutzt. Beim
Ton beschreibt es, welchen Bereich zwischen tief und hoch ein Gerät oder
ein Raum abdeckt — von der tiefsten bis zur höchsten Tonlage, die noch
ankommt. Bei Kabeln und beim Internet beschreibt es dagegen, wie viel
in einer Sekunde durchgeht. Wenn Du irgendwo eine Bandbreite liest,
schau also zuerst auf die Einheit dahinter: Hertz heißt Tonlage, Bit je
Sekunde heißt Menge. Verwechselt werden die beiden ständig, auch von
Fachleuten.
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.
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.
Die Einheit entscheidet, und sie ist zuverlässiger als jede
Faustregel:
| Angabe | Was gemeint ist | Wo sie auftaucht |
|---|
| Hertz, Kilohertz, Megahertz als Breite oder Spanne | Frequenzbreite | Raumakustik, Filter, Lautsprecher, Funkkanäle |
| Bit je Sekunde, meist Gbit/s | Datenrate | HDMI, DisplayPort, Netzwerk, Übertragungsstrecken |
| Hertz oder Megahertz als einzelner Wert | Takt- oder Abtastfrequenz | Pixeltakt, Abtastrate, Prozessortakt |
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.
„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.
- 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 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.
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.
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.
