Erdung von HiFi-Geräten: was muss man wissen?

Im normalen Sprachgebrauch finden sich zahlreiche Assoziationen zur „Erdung“, wie z. B. „Er ist ein gut geerdeter Typ“, was mit positiver Besetzung auf gute Eigenschaften wie Bodenständigkeit, Sicherheit oder Zuverlässigkeit hinweist. Das kommt nicht von ungefähr, denn die Erdung ist so ziemlich das Elementarste in der Elektrotechnik, das es gibt. Buchstäblich hängen Leben davon ab, daneben aber auch die technische Qualität von Vorrichtungen und Anwendungen.

Damit wir alle technisch wissen, worum es geht, ist es erforderlich, zunächst ein paar Begrifflichkeiten zu klären. So werden – letztlich unvermeidlich – etwa Erdung und Masse mitunter synonym verwendet, doch bedeuten sie nicht immer wirklich dasselbe. Zudem spielt die Erdung gerade bei Audio-Anwendungen, wo ihr Effekt unmittelbar hörbar werden kann, eine besondere Rolle. Kurzum, je besser die Erdung, desto besser auch der Klang.

Schauen wir uns doch zunächst einmal den Zusammenhang an, in dem wir meist von einer „Erdung“ sprechen. Das ist der elektrische Stromkreis im Haushalt. Der Begriff „Ground“ oder „Erde“ bedeutet für einen Elektriker und einen Elektroingenieur, der Geräte konstruiert, nicht zwangsläufig ein und dasselbe, weil oftmals ein abweichender Bezugspunkt gemeint ist. Das ist aber noch kein Drama, immerhin können sie sich darüber verständigen.

Was ist Erde und Erdung eigentlich?

Die „Erde“ im eigentlichen Sinne ist DER Bezugspunkt schlechthin, die „echte Erde“, „Betriebserde“ oder „AC-Ground“ oder das tiefste erreichbare elektrische Potenzial, das wir als „Null“ definieren. Nichts anderes soll/kann ein niedrigeres Potenzial, also „Spannung zur Erde“ haben als die Erde selbst.

Ein einfacher Stromkreis benötigt für die reine Funktion in aller Regel keine Erdung. In Einzelfällen, etwa einer 12-Volt-Insel-Solaranlage auf dem Gartenhaus, ohne Einspeisung ins Haushaltsnetz wohlgemerkt, bleibt dem Besitzer die Wahl, diese zu erden. Der Autor hat dies aber aus Sicherheitsgründen mit einem entsprechenden Erddorn getan. Ganz zweifellos bringt die Erdung ein gehöriges Maß an Betriebssicherheit und Schutz in die Sache – vom Fall eines Blitzeinschlags ganz zu schweigen.

Im allgemeinen Stromnetz, was in Deutschland auf Haushaltsseite 230 Volt Wechselspannung mit 50 Hertz Frequenz bedeutet, treffen wir auf drei wesentliche, verschiedene Leiter. Das ist zum einen der Außenleiter, auch Phase genannt. Dies ist tatsächlich einer von insgesamt drei zuei­nander um 120 Grad phasenverschobenen, „heißen“, also stromführenden Leitern L1, L2 und L3 des Dreh- oder Starkstroms (400 Volt), die im Haus vorkommen. Der Elektriker teilt die Verbraucher im Haus auf diese drei verschiedenen Phasen auf. Alle drei Phasen gleichzeitig, also die vollen 400 Volt, werden nur von großen Maschinen wie größeren Brennholzspaltern, im Haushalt beispielsweise dem Elektroherd oder dem Durchlauferhitzer für das Heißwasser benötigt, und zur Installation sind fünf Kabel notwendig, sodass wir ihn hier vernachlässigen können und wollen, denn drei Kabel sollten zum Verständnis erst mal ausreichen. 230 Volt fallen je Phase, also dreimal an, und 230 Volt mal Wurzel 3 ergeben die 400 Volt.

Details zu Neutralleiter und Schutzleiter im Stromnetz

Der Neutralleiter N, früher Nullleiter, ist der für den Stromkreis und damit Stromfluss notwendige Rückleiter für alle drei Phasen. Weil man es heute mit komplexeren, „rückwirkenden“ Verbrauchern als der harmlosen Glühbirne zu tun hat, ist der Begriff „Nullleiter“ abgeschafft worden. Denn heute ist es nicht mehr so, dass sich die Rückflüsse im Neutralleiter auf Null ausgleichen, sondern auch der Neutralleiter wird als stromführend angesehen. Im Gegenteil wird eher diskutiert, dass der Neutralleiter mit rechnerisch einem Drittel der Phasenquerschnitte heutzutage zu schwach dimensioniert ist. Diese beiden, also Phase und Neutralleiter, sind bei der üblichen Steckdose für die Finger eines Erwachsenen berührungssicher in den „Löchern“ beheimatet, wo man die „heiße“ Phase mit einem entsprechenden Prüfschraubendreher über eine Glimmlampe angezeigt bekommt.

Und schließlich gibt es noch den Schutzleiter, die sich gegenüberliegenden Kontakte hierzu sind in der Steckdose die beiden klammerartigen Außenkontakte, die als Gegenstück den sogenannten Schutzkontaktstecker aufnehmen. Damit wird der Kontakt zur Erdung hergestellt. Ergänzend sei erwähnt, dass es komplett schutzisolierte Geräte gibt, die keinen Schutzkontaktstecker, sprich keine Erdverbindung benötigen und mit einem zweipoligen Stecker auskommen. Bei diesen kann das Gehäuse auch im Defektfall konstruktionsbedingt nicht unter Spannung stehen, sodass der Personenschutz nicht notwendig ist.

Die Erdung eines jeden Hauses ist Pflicht. Im Mittelpunkt dieser Maßnahmen steht der Personenschutz. Der mit „Erde“ verbundene Schutzleiter stellt im Fehlerfall sicher, dass beispielsweise nicht das Gehäuse eines defekten Gerätes unter Spannung steht, sondern die Gefahr über diesen Schutzleiter abfließt. Deshalb ist es auch so wichtig, dass der Schutzleiter vorhanden und extrem niederohmig ausgelegt ist. Diese Ableitungsfunktion spielt auch im Falle einer Überspannung, etwa eines Blitzschlags, eine bedeutende Rolle.

Was sind FI und Funktionserdung?

Ein zusätzlicher Fehlerstromschutzschalter (FI) in der Hausinstallation schaltet im Fehlerfall die abgesicherten Stromkreise innerhalb von Sekundenbruchteilen zuverlässig ab. Dieser Lebensretter verhindert sogar recht zuverlässig den legendären Selbstmord mit dem Föhn in der Badewanne. Er sollte bei Haushalten mit Kindern, Haustieren oder auch notorischen Technikbastlern unbedingt sein. Es gibt aber auch HiFi-Lösungen.

Eine weitere, man könnte aber sagen nachgeordnete, Funktion ist in Abgrenzung zur Schutzerdung die Funktionserdung. Sie soll dafür sorgen, dass Störungen wie Hochfrequenzmüll, aber auch beispielsweise die zwischen verschiedenen Potenzialen fließenden Ausgleichsströme sich Richtung Erde abbauen und abfließen. So spielen Schutzleiter und Erdung ihre bedeutende Rolle auch bei der Entstörung von HiFi-Anlagen. Fast alle Netzfilterlösungen etwa leiten die herausgefilterten Störungen Richtung Erde ab.

In einem Gebäude wird der gelb-grüne Schutzleiter respektive dessen Sammelschiene mit dem Fundamenterder verbunden. Dieser liegt beispielsweise wie ein Metallnetz unter der Gebäudekonstruktion im Erdreich, zudem sind Metallbadewannen, Duschtassen und Wasserrohre geerdet. Alternativ oder zusätzlich werden auch ins Erdreich geschlagene Staberder oder Banderder eingesetzt. Der Autor hat für seinen Hörraum in der Kellergarage einen Staberder ins Beet davor geschlagen, um eine möglichst noch niederohmigere Erdung zu erreichen. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass der Erdungswiderstand (RE) so niedrig wie irgend möglich ist. Man spricht hier auch vom „niedrigstmöglichen“ Potenzial (Null). In der Praxis gelten rund zwei Ohm Erdungswiderstand als erstrebenswert.

Verschiedene Arten der Erdung im Überblick

Es gibt gleich mehrere Arten der Netzsystematik, sprich verschiedene Erdungssysteme, die in Gebäuden für die Elektroinstallation eingesetzt wurden und werden.

▪ TT: Hier ist ein zentraler Punkt geerdet, dieses System wird bei isolierten Standorten verwendet, etwa bei sehr abgelegener, ländlicher Lage, aber auch bei Kliniken.

▪ TN-C: Hier werden Neutral- und Schutzleiter zum PEN-Leiter kombiniert, man spricht auch von „klassischer Nullung“. Dieses System wurde über Jahrzehnte eingesetzt, ist nur noch bei sehr hohen Kabelquerschnitten zulässig, in Verbindung mit empfindlichen Netzwerk- und Fernmeldeanlagen ist es unzulässig respektive sogar verboten. Bei geringen Kabelquerschnitten genießt es zudem keinen Bestandsschutz.

▪ TN-S: Das System mit strikt separatem Schutzleiter gilt im elektromagnetischen Sinne als besonders „verträglich“ und sollte schon deshalb für HiFi-Anwendungen bevorzugt verwendet werden. In Verbindung mit sensiblen Netzwerk-/Fernmeldeanlagen ist es seit Langem vorgeschrieben und wird noch länger empfohlen.

▪ TN-C-S: Ist ein Gebäude bereits mit TN-C-System verschaltet, so kann man wenigstens Teilbereiche mit einem TN-S-System versehen, indem man beispielsweise optionale Staberder verwendet. Fragen Sie Ihren Elektriker!

Extra-Erdung am HiFi-Rack

Der geschätzte Kollege Roland Kraft hat vor vielen, mutmaßlich rund 30 Jahren im DIY-Verfahren eine Potenzialausgleichsschiene fürs HiFi-Rack empfohlen, was durch Zusammenführung der Geräteerdungen (Erdungsklemmen oder -schrauben) zu einem gemeinsamen Schutzleiteranschluss im Grunde fast die „Grounding Box“ vorwegnahm. Um das nachzuvollziehen, kann sich jeder im Baumarkt eine Potenzialausgleichsschiene besorgen, sie beispielsweise hinten an ein HiFi-Rack schrauben und dort die Erdungen der einzelnen Geräte sammeln, die dann gemeinsam mit einem Schutzleiterkabel an einer Steckdose (nur Schutzleiter!!!) oder einem metallenen Heizungsrohr erden.

Auch Phonosophie bot schon früh die Erdung am Rack an, während etwa Audionet ausdrücklich die zusätzliche Erdung seiner Verstärker empfahl. So etwas kann tatsächlich zu einer Entstörung, sprich geringerem Fremdspannungsaufkommen führen. Tatsächlich hatten wir bereits vor rund 20 Jahren eine Art Erstkontakt zu einer „Grounding Box“, auch wenn diese anders hieß. Das Kästchen namens DC-1 stammte vom Hongkonger Unternehmen Sound Mechanics respektive Freddie Kwoh, beinhaltete eine 1,5-Volt-Mignonzelle, wurde an eine Erdungsklemme oder andere Massepunkte angeschlossen und wies Drehregler auf, die je nach vorgewählter Polarität tatsächlich für interessante Klangveränderungen zwischen „mehr Dynamik“ und „mehr Entspannung“ sorgten, wobei man den Effekt in beide Richtungen übertreiben konnte. Leider gibt es die Produkte nicht mehr, respektive sie sind nicht mehr in Deutschland verfügbar.

Grounding Box von Douk Audio im Test

Recht interessant ist aber auch der aktuelle Anbieter Douk Audio, der bei eBay „Grounding Boxes“ im Miniaturformat im Papier- oder Holzgehäuse offeriert, die jeweils an ein HiFi-Gerät andocken und je nach Kabelqualität zwischen Kupfer (Standard) und Silber (besser) preislich variieren, aber eher um 30 bis 40 Euro kosten (Achtung, Einfuhrabgaben!). Damit kann jeder experimentieren. Diese sollen über das Anschlusskabel an Erdungsklemme oder Massepunkt (Geräteschraube) wie ein „Schwarzes Loch“ Störungen aufsaugen. Wir vermuten eine parallele, weil nicht im „Signalweg“ befindliche HF-Filterung.

Das Mystische daran sind die verwendete Halbleitertechnologie sowie irgendwelche Kristalle oder Steine wie Turmalin, die angeblich Hochfrequenz neutralisieren sollen. Tatsächlich ließ sich die entstressende Wirkung, etwa an einem heimischen Cyrus-System, bei dem jede der vier Komponenten über eine Verbindung zur Gerätemasse (Erdungsklemme, Schraube oder Cinch-Buchse außen) einen eigenen Douk Audio-Holzanhänger spendiert bekam, nicht wegdiskutieren.

Die Unterschiede sind meist Nuancen

Es geht hier eher um Nuancen als um Welten, und wir vermögen auch nicht abzuschätzen, was so ein kleines Ding in einem Hochhaus-Wohnblock in Hongkong verbessert, wo man bestimmt keine so gute Erdungssituation vorfindet wie im VDE-regierten Deutschland. Kann schon sein, dass sich hier noch mehr tut.

Auch der japanische Anbieter Furutech hat seine Netzfilterleisten schon länger mit kristallinen Beschichtungen ausgekleidet. Die können nicht alle spinnen, da ist schon etwas dran. Und wir haben es ja schon selbst gehört.

STEREO hatte und hat oft genug mit Anfeindungen von Experten zu kämpfen, die etwa die korrekte Netzphase oder den Klangeinfluss von Analog-, Digital-, Strom- und erst recht Netzwerk- oder USB-Kabeln bestreiten und dies seitenlang technisch fundiert begründen können, wobei in Workshops nicht selten ein paar Takte Musik reichten, den angeblich nicht möglichen, aber nicht zu knappen Unterschied zu demonstrieren.

Der Earth Conductor von Norbert Huesmann

Vor einiger Zeit trat Norbert Huesmann an STEREO heran und überließ uns eine Weile einen selbst entwickelten Earth Conductor, ein offensichtlich hochwirksames Entstörzubehör in Sachen Erdung, das zu den ersten „neuzeitlichen“ Anwendungen respektive Wiederentdeckungen der „Grounding Box“-Technologien zählt. Den Bericht dazu finden Sie hier. Sie sehen, das Thema ist spannend, kontrovers und entsprechend interessant.

Wir sind zudem ganz sicher, dass das letzte Kapitel dazu noch lange nicht geschrieben ist. Dies gilt umso mehr, je mehr Störungen für die Audio-Welt noch dazukommen. Schaltnetzteile, Energiesparlampen, aber auch manche LED-Beleuchtung und Solaranlagen haben uns ja auch schon geärgert. Grundsätzlich muss man aber mit zusätzlichen Erdungen vorsichtig umgehen, da es vereinzelt Geräte gibt, die darauf aufgrund spezieller Massekonzepte geradezu allergisch reagieren und im Extremfall sogar Schaden nehmen können.

HiFi-Geräte mit speziellen Erdungs-Konzepten

Als Beispiele sind hier bestimmte Sansui- und Yamaha-Verstärker zu nennen, aufpassen muss man auch bei Brückenverstärkern von Accustic Arts, Musical Fidelity und den älteren Kreationen von James Bongiorno, also SAE, GAS oder SUMO. Stichworte wie „Floating Ground“, „Brückenverstärker“ oder „X-Balanced“ sollten eher stutzig und vorsichtig machen. Erkundigen Sie sich am besten bei Hersteller oder Vertrieb insbesondere Ihres Verstärkers, ob hier besondere Vorschriften Geltung finden. STEREO muss diese bei solchen Gerätschaften z. B. auch bei Messungen regelmäßig beachten.

Mitunter ist es interessant, was Branchenkoryphäen etwa zum Thema „Grounding Box“ zu sagen haben. So äußerte sich Paul McGowan, Gründer von PS Audio sowie maßgeblicher Anbieter aktiver Power Conditioner (PowerPlant) auf YouTube durchaus amüsant dazu. Eine hörbare Wirkung sei definitiv nicht abzustreiten, aber ein wenig „Snake Oil“ sei aufgrund der oftmals zumindest teilweise nicht offengelegten Funktions- und Wirkungsweise und nebulöser Aussagen auch dabei. Es ist wie so oft: Man hört etwas, aber …

Erklärung: was sind Masse und Potenzial?

Masse: Im Unterschied zur direkten Erdung als „Außenanwendung“ sprechen wir innerhalb der Geräte selbst von „Masse“, genauer von „Gerätemasse“ oder „Bezugsmasse“, also einem Punkt, den man beispielsweise zur Bestimmung von Potenzialen (Spannung zwischen zwei Punkten) oder zur Ableitung und Rückleitung benötigt. Zu den Masseverbindungen zählen außerdem beispielsweise Kabelschirme, Masseschienen auf Platinen und der Außenkragen einer Cinch-Buchse oder schon eine blanke Gehäuseschraube. Um Potenzialunterschiede (Spannungen) und (Brumm-)Störungen zu vermeiden, greift man wie bei der Erdung auf sternförmige Massekonzepte zurück.

Potenzial: Vereinfacht ist dies eine Ansammlung elektrischer Ladung, die nach Abfluss/Ausgleich strebt. Die exakte Definition lautet „Spannung über Erde“, und man kann z. B. ein Gehäusepotenzial tatsächlich mit einem Multimeter zwischen einem Metallgehäuse und dem Schutzleiter in Volt messen. Die Erde hat das Potenzial null (Erdpotenzial). Das macht man sich zunutze, indem man beim Ausphasen eines Gerätes das Gehäusepotenzial in beiden Steckerpositionen des eingeschalteten Gerätes misst und die Steckerposition mit dem geringeren Gehäusepotenzial als die bessere wählt, da hier geringere Ausgleichsströme und weniger Störungen auf den Masseleitungen zu erwarten sind.

Erdungs-Tool für Phono: Chord Company Phonoaray im Test

Der PhonoAray aus dem britischen Hause Chord Company ist ein speziell für Phono entwickeltes Erdungs-Tool. Chord bezeichnet es auch konsequent als „Plattenspieler-Erdungssystem“. Das macht insofern besonders Sinn, weil nirgendwo sonst eine perfekte Erdung mehr Sinn macht als bei den ohnehin extrem filigranen, unverstärkt im Mikro- (MC) bis Millivoltbereich (MM) liegenden Nutzsignalen des Plattenspieler-Tonabnehmers.

Ist an dieser Stelle die Erdung fehlerhaft, wird das resultierend eingestreute Brummen, gern auch Fremd- oder Brummspannung genannt, sehr schnell das Nutz- und damit das Musiksignal übertönen und wird dann noch mitverstärkt. Chord nennt etwa bei MC einen Verstärkungsfaktor von 1:1.000.000. Und der Hersteller spricht dann auch von einer „fortschrittlichen, eigenständigen Filterlösung“, die speziell für den Plattenspieler-Phonozweig eine von Störungen isolierte, „virtuelle“ Erdung anbietet und so den besonders sensiblen Signalpfad schützen soll. Gefiltert wird parallel.

Der PhonoAray in Form eines schwarzen, runden und gegen Mikrofonie harzgefüllten Zylinders mit beiderseitigen Kabelanschlüssen macht haptisch/materiell einen solide, wertig und gut gemachten Eindruck.

Ein ebenfalls hochwertig anmutendes Erdungskabel für die Verstärkerseite wird mitgeliefert. Wir können dem Chord PhonoArray an unserem zum Test verfügbaren Cyrus-System mit Micro Seiki-Plattenspieler eine ausschließlich positive Filterwirkung attestieren.

Das Klangbild wirkt mit dem kleinen Umweg über den Chord ruhiger, entstresst und weniger eingeengt. Sehr angenehm! Der Preis des Chord PhonoAray beträgt stolze 1.299 Euro.

Clearaudio Terra im Test: Grounding Box mit 6 Anschlüssen

Das süddeutsche Unternehmen Clearaudio kommt selbstredend aus dem Plattenspielerbereich, und damit lag es nahe, eine eigene „Grounding Box“ zu kreieren. Die Terra ist etwas komplexer aufgebaut, das begründet sich allein schon durch den Mehrfach-Anschluss, der eine Art sternförmige Erdung samt Potenzialausgleich impliziert.

Clearaudio spricht von einer perfekten, zentralen Erdung und Beseitigung von Brumm- und anderen Störungen, konkret auch elektromagnetischen Einflüssen sowie HF. Ebenso erwähnt wird als Füllmaterial ein spezieller Sand gegen Vibrationen und Störungen. Hier vermuten wir kristallines Material mit HF-absorbierenden Eigenschaften.

Wir erinnern uns an „Ground Lift“, das als Tool im professionellen Audiobereich dazu dient, etwa bei kilometerlangen Bühnenverkabelungen entstandene Brummschleifen gegebenenfalls durch eine Abtrennung des Schutzleiters abzustellen.

Terra bietet drei konventionelle Erdungsklemmen und zusätzlich drei mit „Ground Lift“ an, das wahlweise in Silber oder Schwarz mit Dämpfungsfüßen ausgeführte Gehäuse besteht aus Aluminium, und drei Erdungskabel sowie ein hochwertiges Erdungskabel mit Dummy-Stecker (nur Schutzleiter) werden mitgeliefert. Wir empfehlen die konventionelle Erdung und „Ground Lift“ nur bei auftretenden Brummstörungen. Ausprobiert an unserer Phonovorstufe Cyrus Signature konnten wir tatsächlich eine nennenswerte Klangverbesserung erzielen. Auch wenn zuvor keine Brummeinflüsse zu beklagen waren, öffnete sich das Klangbild weiter und gewann deutlich hörbar an Klarheit. Terra verbessert also unseres Erachtens bereits, bevor es zu hörbarem Brumm kommt. Der Preis liegt bei 999 Euro.