Die Straßenmusikanten in Paris an der Seine (im Bild oben von mir aufgenommen im März 2025) erinnerten mich daran, wie sich unverstärkte Musikinstrumente anhören. Die Trompete oder das Saxophon konnten noch so laut sein, Schärfen oder unangenehme Beitöne habe ich nicht gehört. Und so möchte ich auch Zuhause die Musik genießen.
Gerade beim Streaming von Musik kann das Netzwerk einiges vermasseln. Digitale Schärfen können sehr unangenehm sein. Dagegen kann man einiges tun.
In den Grundlagen schauen wir uns an, wie ein Netzwerk funktioniert und welche Störungen trotz bitgenauer Übertragung vorkommen können. Im Praxisteil gibt es Tipps für dein audiophiles Netzwerk.
Grundlagen
Eye pattern Diagramm
Das Eye pattern oder Augenmusterdiagramm lässt Rückschlüsse auf die Qualität des Signals zu. Dabei wird über ein Oszilloskop die Überlagerung aufeinanderfolgender Wellenformen zu einem zusammengesetzten Bild erstellt. Im Bild unten wird auf der Ordinate (y-Achse vertikal) der Spannungszustand definiert, ab dem eine binäre 0 oder 1 anliegt. Auf der Abszisse (x-Achse horizontal) ist der Zeitverlauf angegeben. Über die Spannungszustände und dem Zeitverlauf ergibt sich so zum Beispiel eine Bitsequenz von 011 (Gelb).
Daraus folgt, dass die Bits elektrisch übertragen werden, womit wir zum nächsten Thema kommen.
Gleichtaktstörungen
Unter Gleichtaktstörungen werden Störspannungen und -ströme auf den Verbindungsleitungen zwischen elektrischen Komponenten oder elektrischen Bauelementen verstanden, welche sich mit gleicher Phasenlage und Stromrichtung sowohl auf der Hinleitung als auch der Rückleitung zwischen diesen Komponenten ausbreiten. Es hat sich gezeigt, dass sich die Gleichtakstörungen sehr parasitär in den angeschlossenen Geräten einnisten und das Nutzsignal demodulieren können. Hierzu gibt es auch Messungen, siehe Links:
- Warum “klingen” LAN Kabel? – Part I -Messungen – The Sound of Ethernet (ethernet-sound.com).
- Messungen von Ethernet-Infrastruktur – Switches (Nur Lesen) – open-end-music-professional
LAN-Kabel
Bei den Kabel für Ethernet kann man eine Doktorarbeit schreiben. Ich beschränke mich hier auf das Wesentliche. Bei den LAN Kabel achtest du auf die Schirmung. Wenn zum Beispiel die Schirmung an beiden Enden anliegt, können sich Leckströme über die Masseverbindung in die angeschlossenen Geräte ausbreiten. Ein ungeschirmtes Kabel ist jedoch auch anfälliger für EMI.
| Spezifikation | U/UTP | F/UTP | S/UTP | SF/UTP | S/FTP | SF/FTP | F/FTP | U/FTP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kabel Schirmung | U | F | S | S+F | S | S+F | F | U |
| Adern Schirmung | U | U | U | U | F | F | F | F |
| EMI Schutz | + | ++ | ++ | +++ | ++++ | +++++ | ++++ | +++ |
Legende:
Die Abkürzungen bei LAN-Kabeln beschreiben den Aufbau der Abschirmung. Dabei steht der erste Buchstabe für die Gesamtschirmung des Kabels und der zweite für die Abschirmung der einzelnen Adernpaare.
• U/UTP (Unshielded/Unshielded Twisted Pair)
Keine Abschirmung, nur verdrillte Adernpaare → anfällig für Störungen.
• F/UTP (Foiled/Unshielded Twisted Pair)
Gesamtschirmung mit einer Folie, aber keine Abschirmung der Adernpaare → Schutz vor elektromagnetischen Störungen von außen.
• S/UTP (Shielded/Unshielded Twisted Pair)
Gesamtschirmung mit einem Metallgeflecht, aber keine Abschirmung der Adernpaare → bessere Erdung gegen Störungen.
• SF/UTP (Shielded and Foiled/Unshielded Twisted Pair)
Kombination aus Metallgeflecht und Folienabschirmung für das gesamte Kabel, aber keine Abschirmung der Adernpaare → noch besserer Schutz gegen Störungen.
• S/FTP (Shielded/Foiled Twisted Pair)
Metallgeflecht als Gesamtschirmung + Folienabschirmung um jedes Adernpaar → sehr guter Schutz gegen Störungen.
• SF/FTP (Shielded and Foiled/Foiled Twisted Pair)
Doppelte Gesamtschirmung (Metallgeflecht + Folie) und Folienabschirmung um jedes Adernpaar → maximaler Schutz gegen elektromagnetische Störungen.
• F/FTP (Foiled/Foiled Twisted Pair)
Gesamtschirmung mit Folie + Folienabschirmung für jedes Adernpaar → sehr guter Schutz, aber ohne Metallgeflecht.
• U/FTP (Unshielded/Foiled Twisted Pair)
Keine Gesamtschirmung, aber jedes Adernpaar hat eine eigene Folienabschirmung → guter Schutz gegen Übersprechen zwischen den Adernpaaren.
Schaltnetzteile (SMPS, Switched-Mode Power Supply)
Für den Router oder Repeater werden oft Schaltnetzteile verwendet. Ein Schaltnetzteil wandelt elektrische Energie effizient um, indem es die Eingangsspannung zunächst in eine hochfrequente Wechselspannung zerhackt. Ein Transformator passt die Spannung an, bevor sie gleichgerichtet und geglättet wird. Durch die hohe Schaltfrequenz (typischerweise zwischen 20 kHz und mehreren MHz sind Schaltnetzteile kompakter und effizienter als lineare Netzteile.
Da dass Netzteil mit schnellen Ein- und Ausschaltvorgängen arbeitet, entstehen hochfrequente Störsignale (Ripple & Noise). Die nachgeschalteten Kondensatoren und Spulen können nicht alle hochfrequenten Schaltimpulse vollständig filtern, was zur Restwelligkeit (Ripple) führt. Schaltnetzteile haben deshalb im Vergleich zu linearen Netzteilen einen hohen Ripple noise, welches sich schädlich auf die angeschlossenen Geräte auswirkt. Oft streuen Schaltnetzteile nach hinten, so dass sich der Ripple noise auch auf Geräte in unmittelbarer Nähe der Stromverteilung auswirkt.
Zum Nachlesen:
Lichtwellenleiter (LWL)
Lichtwellenleiter (LWL), auch bekannt als Glasfaserverbindung, verbinden das Ethernet optisch. Wo kein Metall (Kupfer oder Silber) verbaut ist, kann das Kabel weder als Antenne wirken, noch elektrische Störungen (Gleichtaktstörungen) von einem Gerät zum anderen transportieren. Neben WLAN also die perfekte galvanische Trennung. Während WLAN oft mit Empfangsproblemen zu kämpfen hat und energiestarke HF (Hochfrequenz) gleich mitbringt, gibt es diese Probleme mit LWL nicht.
LWL-Kabel
Basierend auf der Einfügedämpfung und der Rückflussdämpfung haben die Steckverbinder und konfektionierten Glasfaserkabel unterschiedliche Qualitätsstufen. Die Glasfaserkabel mit der geringsten Einfügedämpfung und der höchsten Rückflussdämpfung werden mit Grade A bezeichnet.
| Einfügedämpfung | Testmethode IEC 61300-3-34 |
| Grade A | ≤ 0,07 dB Ø; ≤ 0,12 dB max. > 97% |
| Grade B | ≤ 0,12 dB Ø; ≤ 0,25 dB max. > 97% |
| Grade C | ≤ 0,25 dB Ø; ≤ 0,50 dB max. > 97% |
| Grade D | ≤ 0,50 dB Ø; ≤ 1,00 dB max. > 97% |
| Rückflussdämpfung | Testmethode IEC 61300-3-6 |
| Grade 1 | ≥ 60 dB (mated) / ≥ 55dB (unmated) |
| Grade 2 | ≥ 45 dB |
| Grade 3 | ≥ 35 dB |
| Grade 4 | ≥ 26 dB |
Wireless Local Area Network (WLAN)
WLAN (Wireless Local Area Network) ermöglicht die drahtlose Verbindung von Geräten mit dem Internet oder einem lokalen Netzwerk. Es nutzt Funkwellen meist im 2,4-GHz- oder 5-GHz-Frequenzbereich, um Daten zwischen einem Router und Endgeräten wie Smartphones oder Laptops zu übertragen. Der Router wandelt dabei die Internetdaten in Funksignale um, die von den Geräten empfangen und wieder in digitale Daten umgewandelt werden.
Haushaltsgeräte wie Mikrowellen, Bluetooth-Geräte oder schnurlose Telefone können die WLAN-Signale stören, besonders im 2,4-GHz-Bereich. Bauliche Hindernisse schwächen das Signal und reduzieren die Reichweite. Überlastete Funkkanäle und Abschaltungen von Funkkanälen zum Beispiel durch Flugradar schränken den Durchsatz ein. Die Umwandlung der Funksignale in Leitungssignale wird oft mit billigsten Bauteilen vorgenommen und können ihrerseits neue Störungen verursachen.
Praxis
Die Bestandteile eines audiophilen Netzwerks
Mit meinem Modell, welches über Jahre gereift ist, habe ich sehr gute Erfahrungen gemacht. Selbstverständlich gibt es auch andere Lösungsmöglichkeiten, so dass mein Modell als Anregung zu verstehen ist.
Das Bild unten ist schnell erklärt. Eine erste Entstörung erreichst du beim Router mit einem linearen Netzteil und indem du das integrierte WLAN abschaltest. Für das WLAN nutzt du einen Repeater. Verwende für deine Anlage einen Switch, der ebenfalls eine lineare Stromversorgung hat. Ein Reclocking hilft der zeitkritischen Datenverarbeitung auf die Sprünge. Die galvanische Trennung zum Rest der Anlage erfolgt per Lichtwellenleiter (Fiber optic).
Mein Modell führe ich folgend näher aus.
Router
Beim Router liegen viele kostenlose Optimierungsmöglichkeiten. WLAN auszuschalten hatte ich schon erwähnt. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Einstellungen, die insgesamt den Datenverkehr verbessern.
Schau hier:
Zur Reduzierung des Ripple noise empfehle ich das lineare Netzteil FARAD Super3. Aufgrund der Supercaps funktioniert das Netzteil wie eine Batterie ohne deren Nachteile.
Repeater
Repeater haben die Aufgabe die Reichweite eines Funknetzwerks (WLAN) zu erhöhen. Für unsere Zwecke soll der Repeater die WLAN-Antennen im Router komplett ersetzen, weil die energiereiche Strahlung im HF-Bereich die empfindlichen Bauteile stören kann. Dafür richtest du eine sogenannte LAN-Brücke ein. Das heißt, der Repeater wird per LAN-Kabel mit dem Router verbunden und der Repeater übernimmt dann dessen Aufgaben im Funknetz.
Zweckmäßig ist die Einrichtung eines Mesh-Netzwerks. WLAN benötigst du nur für die Steuerung des Players wie zum Beispiel Roon über dein Smartphone oder dein Tablet. Achte darauf den Repeater nicht in der Nähe deiner Anlage zu positionieren.
Switch
Der Switch dient dazu, den audiophilen Datenverkehr vom Rest des Heimnetzwerks zu isolieren. Manche verwenden dafür sogar einen zweiten Router, um eigene IP-Adressen zuzuweisen. Sogenannte Managed Switches ermöglichen altnernativ bestimmte Geräteadressen (MAC-Adressen) wie zum Beispiel vom Drucker oder TV auszusperren. Oder du richtest ein VLAN (Virtual Local Area Network) ein.
Zum Nachlesen:
Wer es einfacher halten möchte, nimmt Switches, die auch ohne Konfiguration sofort funktionieren. Achte aber auf die Stromversorgung, die linear sein sollte. Außerdem soll ein Switch idealerweise einen Clock-Eingang haben. Ebenfalls wichtig ist mindestens ein SFP-Port, damit du Lichtwellenleiter zur galvanischen Trennung anschließen kannst. Solche Switches müssen gar nicht teuer sein. Das französische Handelsunternehmen Audiophonics hat recht gute Angebote. Ich kann zum Beispiel den GUSTARD N18 PRO Netzwerk-Switch 5x RJ45 1x Glasfaser empfehlen (ohne Gewähr).
Schau hier:
Reclocker
Zu unterscheiden ist der Jitter über 10 Hz und Wander bis 10 Hz. Während Jitter durch die asynchrone Datenübertragung und dem Ein- und Ausgangspuffer nicht das Problem darstellt, ist es bei Wander anders.
Die These von UpTone Audio besagt, dass das Phasenrauschspektrum der eingehenden Daten das Phasenrauschspektrum der lokalen Clock (Empfänger Clock) überlagert. So gelangt Phasenrauschen von einem Gerät zum nächsten, auch über optische Verbindungen. Dieses Phasenrauschen breitet sich aus – sowohl mit Schnittstellen wie Ethernet, USB, S/PDIF, I2S, als auch in den Chips auf den Boards. Selbst ein DAC mit einer perfekten Uhr, die direkt neben dem DAC-Chip sitzt, wird von all der vorgelagerten Jitter/Phasenmodulation beeinflusst, die in den Chips und auf der Leiterplatte kurz davor stattgefunden hat.
Verbundene Systeme in diesem unteren Bereich der „Wanderung “ tauschen Taktungenauigkeiten untereinander aus. Und zwar durch Störungen, die diese Ungenauigkeiten in den Chips verursachen oder die sich über die Masse ausbreiten. Dies geschieht auch, wenn keine Musikdaten übertragen werden, da die Systeme ständig in Verbindung stehen und das Phasenrauschen anliegt. Sei es über Kupfer oder Lichtwellenleiter. Gleiches gilt für USB oder andere Systembusse. Deshalb ist eine Pufferung der Daten hier wirkungslos.
Spinnt man diese These weiter, sitzt die wichtige Clock eigentlich beim Sender, welches das Schaubild unten verdeutlichen soll. Die Clock im Empfänger (Receiver) wird natürlich weiter für die Taktung der Daten benötigt. Hier geht es um das Phasenrauschen des Senders, welche das Phasenrauschen des Empfängers überlagert.
Damit das Reclocking positiv wirkt, muss die externe Clock natürlich besser sein als die interne. Und zwar im wichtigen Frequenzbereich zwischen 1Hz bis 1oHz. Im Vergleich mit anderen Clocks gilt: je niedriger das Phasenrauschen ist, desto besser.
Am Beispiel des Taktgenerators Mutec REF10 SE120 ist zu sehen, dass das Phasenrauschen folgende Werte hat:
| Phasenrauschen | dBc/Hz |
|---|---|
| 1 Hz: | ≤ -120 |
| 10 Hz: | ≤ -148 |
Diese Werte sind sensationell niedrig. Achte beim Kauf von Clocks darauf, ob der Hersteller individuelle Phasenrauschdiagramme veröffentlicht. Bei Mutec ist das immer der Fall.
Zum Nachlesen:
Lichtwellenleiter (LWL)
Die Verbindung zwischen dem Switch und dem Streamer/Player baust du am Besten mit Lichtwellenleiter auf. Lichtwellenleiter, auch bekannt als Glasfaserverbindung, verbinden das Ethernet optisch. Wo kein Metall (Kupfer oder Silber) die Verbindung herstellt, kann eine perfekte galvanische Trennung erreicht werden. Ich empfehle hier natürlich unseren fis Audio PC mit dem Solarflare X2522 NIC. Der Solarflare X2522-10G network adapter (xilinx.com) zeichnet sich durch sehr geringe Latenzen aus. Die Hardware-Latenzzeiten liegen im Submikrosekundenbereich und der Jitter geht nahezu gegen Null. Normalerweise benötigt diese PCIe-Karte einen Lüfter. Wir haben stattdessen eine leistungsfähige passive Kühlung mit Heatpipes entwickelt.
Zum Nachlesen:
Verkabelung
Bei den LAN-Kabel haben sich für kurze Entfernungen U/UTP (Unshielded/Unshielded Twisted Pair) Spezifikationen bewährt. Da sie keine Schirmung haben, können sie über die Masseverbindung keine Störungen übertragen. Der Nachteil ist der geringe Schutz gegen EMI. Ich verwende sie daher nur bis max. 1m zum Beispiel in meinem Schaltschrank für die LAN-Verkabelung. Diese Kabel solltest du luftig verlegen, damit sie sich nicht gegenseitig beeinflussen. Ich habe noch zusätzlich Kupferplatten zur Schirmung angebracht. Von fs.com gibt es preiswerte und gute Patchabel wie zum Beispiel: Cat5e Patchkabel, UTP RJ45 LAN Kabel, PVC CM.
Für längere Entfernungen benötigst du S/FTP (Shielded/Foiled Twisted Pair)Kabel. Noch bessere Kabel mit abschaltbarer Schirmung und mit Isolator findest du bei meinem Geschäftspartner Bernd Fitzlaff von fis Audio.
Bei Lichtwellenleiter schaust du am besten nach Grade B Kabel (Grade A Kabel sind mir nicht bekannt). Das sind zum Beispiel Startech: Singlemode LC-LC LWL-Netzwerkkabel – Glasfaserkabel & Adapter | StarTech.com Deutschland oder maßgeschneiderte LWL von FS: Individuelles SMF Bend Insensitive LWL-Patchkabel – FS.com Deutschland.
Zum Nachlesen:
- Was macht ein gutes LAN Kabel aus?
- Und es gibt sie doch: Qualitätsunterschiede bei LWL (Lichtwellenleiter)
Zusammenfassung
Gleichtaktstörungen können sich über die Datenleitungen in die angeschlossenen Geräte einnisten. Schaltnetzteile (SMPS, Switched-Mode Power Supply) streuen auch gern in das Stromnetz zurück und stören die Geräte in unmittelbarer Nähe der gemeinsamen Stromversorgung.
Die Bestandteile eines audiophilen Netzwerks sind schnell aufgelistet. Da ist dein Router, dessen Konfiguration du für das Musik Streaming optimiert hast. Der Switch trennt idealerweise das Musiknetzwerk vom Heimnetzwerk. Verwende für beide Komponenten lineare Netzteile, da sich ein geringer Ripple noise hörbar auswirkt. Mit einem Reclocker mit geringstem Phasenrauschen im niederfrequenten Bereich bis 10 Hz verbesserst du ganz erheblich die zeitkritische Datenverarbeitung bis zum DAC. Das richtige LAN-Kabel mit oder ohne Schirmung verbessert den störungsfreien Datenfluss. Mit Lichtwellenleiter trennst du das Netzwerk galvanisch vom Rest der Anlage.
Der Lohn der Mühe ist, dass du ohne digitale Schärfen genussvoll Musik hören kannst.
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