Masse - was ist das?

Im Grunde ist das ganz einfach: Es ist ein gemeinsamer Bezugspunkt für alle Schaltungsteile mit dem als 0V definierten Potential.

Schaut man sich das Ganze etwas genauer an, so fällt auf dass ein Punkt eher etwas Theoretisches ist und keine räumliche Ausdehnung hat. Und ein Potential kann nur so lange Potential genannt werden wie kein Strom fließt. Auch hier spielt die räumliche Ausdehnung und die endliche Leitfähigkeit verwendeter Werkstoffe (zumeist Kupfer) eine Rolle.

Um in einer Schaltung einen Punkt nachzubilden kann man nun konsequent alle Schaltungsteile die an Masse angeschlossen werden sternförmig zusammenführen und an einer einzigen gemeinsamen Stelle verbinden, in der Annahme die Summe aller Ströme sei genau an dieser gemeinsamen Stelle 0.

Bei konsequenter Umsetzung in einem in sich geschlossenen Gerät und Gleichstrom funktioniert das auch. Kommt Wechselstrom ins Spiel und sollen Geräte miteinander verbunden werden ist diese Art der Zusammenführung der an Masse anzuschließenden Schaltungsteile nicht mehr zielführend. Nebeneinander verlegte Leiterbahnen beeinflussen sich gegenseitig und jede Masseleitung des zweiten Gerätes separat zum ersten zu verlegen ist nicht praktikabel. Sind nun beide Geräte gleichartig aufgebaut und die beiden sternförmigen Zusammenführungen werden miteinander verbunden ist wieder alles in Ordnung? Nein, das ist zu kurz gedacht. Denn sind beide Schaltungsmassen mit der Schutzerde verbunden schließt sich hier ein Kreis: die gefürchtete Brummschleife.

Nun gut, baut man die Geräte (wie in HiFi-Kreisen üblich) Schutzisoliert auf hat man die Schleife durchbrochen, nicht wahr? Nicht wirklich - denn verbindet man die Geräte für die Stereo-Wiedergabe mit zwei (Cinch-) Kabeln hat man ebenfalls wieder die gefürchtete Brummschleife gebildet. Stehen die Geräte dicht bei einander, so sind die Auswirkungen der relativ kurzen Schleife auf das Signal noch gering. Stehen die Geräte jedoch weit auseinander und werden die Verbindungskabel mit einigem Abstand geführt, so sind die Auswirkungen der Schleife unüberhörbar! Spätestens hier sollte klar sein, dass Cinchkabel immer Einfluss auf die Signalqualität nehmen.

Finden wir uns damit ab: Schleifen sind unvermeidlich. Das trifft nicht nur für die beschriebenen Beispiele zu, sondern muss auch bei der Signalführung innerhalb eines Gerätes beachtet werden.

Handeln wir also entsprechend und gestalten die Schaltungen so, dass diese unvermeidlichen Schleifen keinen Einfluss mehr auf das Signal nehmen.

Nehmen wir Masse lediglich als lokalen Bezug zum Signal muss der Rückweg des Signals von der Senke zur Quelle eine eigene Leitung erhalten, denn die Eingangsstufe der Senke interessiert lediglich die Differenzspannung zwischen ihrem positiven und ihrem negativen Eingang. Die eigentliche Signalübertragung benötigt also zwei Adern, die unabhängig von der Masseverbindung das Signal transportieren. 

Die Massen beider Geräte sind in aller Regel an irgendeiner Stelle miteinander Verbunden und damit werden sicher auch Ausgleichsströme zwischen den Geräten fließen. Nun hat die Verstärkerstufe der Quelle ihren lokalen Massebezug, genau so auch die Senke. Und aufgrund fließender Ausgleichsströme sind die Potentiale nicht exakt gleich. Damit diese leicht unterschiedlichen Potentiale über die Beschaltung der Verstärkerstufen keinen Schaden anrichten sind diese so zu Beschalten, dass sie eine Wheatstonsche Brücke bilden.

Vcm (Gleichtaktspannung) im obigen Bild stellt die Quelle für die die Potentialdifferenz zwischen den beiden Gerätemassen dar. Es ist der Strom durch den (wenn auch geringen) Widerstand des Schirms der Verbindungsleitung, der die Potentialdifferenz zur Störspannung werden lässt. Die oben schon erwähnte Wheatstonsche Brücke ist auch nicht offensichtlich. Zeichnet man das Schaltbild (unter der für das Verständnis vereinfachenden Annahme der treibende Verstärker sei ein virtueller Kurzschluss) um, so wird besser ersichtlich was hier passiert.

Ist die Brücke abgeglichen (Ra_P : Ri_P = Ra_N : Ri_N), dann ist die Differenzspannung am Verstärkereingang 0V und Potentialdifferenzen haben keine Auswirkungen. Bei diesen Widerständen ist es deshalb empfehlenswert Präzisionstypen zu verwenden. Die Widerstände Ra der Quelle sollten dabei möglichst niederohmig und die Widerstände Ri der Senke möglichst hochohmig gewählt werden.

Die Masse kann bei dieser Betrachtungsweise also als lokale 0V-Referenz für einen Verstärker betrachtet werden. Sie liegt genau da wo die Entkopplungskondensatoren und zurückkommende Leitung sich treffen.