Synchronisation

mini|Einfache Synchronisation der Zeitmessung durch Uhrenvergleich

Synchronisation (auch Synchronisierung; von ) bezeichnet – besonders in der Netzplantechnik und Prozesstechnik – das zeitliche Abgleichen von Vorgängen. Synchronisation sorgt dafür, dass Vorgänge gleichzeitig (synchron) oder in einer bestimmten Reihenfolge ablaufen.

In anderen Wissensgebieten hat das Wort „Synchronisation“ andere Bedeutungen. In der Informatik zum Beispiel bezeichnet es salopp auch den Datenabgleich (nach dem ebenso saloppen englischen Ausdruck data synchronization).

Prinzip und Geschichtliches Die vielen klassischen Bahnhofsuhren werden (einseitig) synchronisiert, indem die Sekundenzeiger geringfügig schneller als im Sekundentakt vorrücken und beim Anzeigen der neunundfünfzigsten Sekunde auf das Minutensignal warten. Im allgemeinen Fall wartet einer von mehreren nebeneinander laufenden Prozessen an einem festgelegten Punkt (einer Station) auf das Erreichen einer bestimmten Station in einem anderen Prozess.

Während man dafür früher Schall- oder Lichtsignale benützte – auf weite Distanzen z. B. Heliotrope (Sonnenspiegel) oder Pulverblitz-Signale –, überwiegen heute Funksignale oder elektronische Methoden. Im Folgenden werden die wichtigsten Methoden der Elektronik und der Physik behandelt.

Digitale Wiedergabegeräte Synchronisieren bedeutet in diesem Zusammenhang, die einzelnen Elemente auf dem Wiedergabegerät an eine Datenquelle anzupassen (z. B. MP3-Spieler, Musikplayer auf dem Rechner). Das heißt, der Taktgeber des Geräts ist nach dem Synchronisieren identisch zur Datenquelle.

Häufig erfolgt die Synchronisation digitaler Medien durch Terminprogramme, die beispielsweise auf einem Computer an der Arbeitsstätte Kalender verwalten. Um nun auf modernen Mobiltelefonen deren Kalender mit dem „stationären“ Terminkalender abzugleichen, gibt es zahlreiche Synchronisationsprogramme, die mittels Kabel, Bluetooth oder WLAN die beiden Kalender miteinander abgleichen. Es gibt hier mehrere Möglichkeiten der Synchronisation. Bei der einseitigen werden alle Termine von einem Gerät zum anderen gesendet; bei der beidseitigen werden von beiden Geräten alle Daten sich gegenseitig zugesendet. Dadurch kann es aber zu doppelten Einträgen kommen, welche die Synchronisationssoftware abfangen muss.

Immer mehr verbreiten sich Web-Dienste, die (meist „kostenlos“, d. h. indirekt durch Werbung finanziert) für gängige Geräte globale Synchronisation anbieten.

Film

Beim Film bedeutet Synchronisation das „gleichzeitige“ Ablaufen von Bild und Ton, während das Nachvertonen von Filmen meist als Synchronisieren bezeichnet wird. In Deutschland werden nicht-deutschsprachige Filme seit den 1930er-Jahren synchronisiert, ebenso in Österreich und der Schweiz. Natürlich synchronisiert man in die jeweilige Landessprache auch in anderen großen Staaten Europas und Amerikas, ebenso zu fast 100 % in Indien, China und Japan. In asiatischen Ländern werden meist auch englische Synchronisationen für den internationalen Markt gemacht (siehe Synchronsprecher, Tonmeister). Auch die Stimme von Sängern/Sängerinnen auf ein Playback oder das Überspielen von weiteren Instrumentenstimmen wird mit Synchronisation bezeichnet; siehe auch Overdubbing.Lisa Müller: Die Synchronisation von Filmen. Diplomica Verlag GmbH, Hamburg 2014, ISBN 978-3-95850-748-7.Lorenz Althen: Synchronisation in Film und Gesellschaft. 1. Auflage. Grin Verlag, Norderstedt 2006, ISBN 978-3-640-49600-6.

Fernsehen Beim Fernsehen muss das Wiedergabegerät synchron zum Sender laufen, damit die gesendeten Informationen an der richtigen Stelle auf dem Bildschirm angezeigt werden. Wegen des Rasters aus Zeilen, die nacheinander geschrieben werden, unterscheidet man Horizontal- und Vertikal-Synchronisation. Elektrisch können diese Signale entweder separat neben dem (amplitudenmodulierten) Helligkeitssignal geführt oder mit diesem in geeigneter Weise so zum Composite-Video- oder FBAS-Signal kombiniert werden, dass es anschließend auch wieder leicht separiert werden kann.

Eine besondere Aufgabe müssen die Synchronsignale beim Zeilensprungverfahren erfüllen, nämlich das abwechselnde Umschalten der Anzeige von gerad- und ungeradzahligen Zeilen je nach Halbbild. Dazu muss der Horizontalimpuls innerhalb der Bildaustastlücke um eine halbe Zeile früher erfolgen (am einfachsten durch Frequenzverdopplung), sodass die erste Zeile des zweiten Halbbildes ganz oben in der Mitte des Schirms beginnt, wo die im vorhergehenden Halbbild geschriebene erste Zeile schon eine halbe Zeile tiefer gesunken ist. Dasselbe gilt auch bei analogen Computermonitoren, wenn sie bei höheren Auflösungen das gleiche Verfahren anwenden (sog. Interlace; heute nicht mehr üblich, da alle neuen Monitore Horizontalfrequenzen bis 85 kHz und darüber verarbeiten können).

Bei Monitoren gibt es noch eine weitere Variante der Synchronsignalführung: Bei manchen Geräten mit separaten Eingängen (meist BNC-Stecker) für die 3 (RGB-)Farbkomponenten bzw. 2 Farbdifferenz- + 1 Helligkeitssignal (Component Video) wird das Synchronsignal in ähnlicher Weise wie oben in das Grün (bzw. Helligkeits (Y))-Signal gemischt: Sync on Green. Meistens kann das Sync-Signal wahlweise auch separat angeschlossen werden, wobei das Horizontal- und Vertikalsignal je nach Gerät entweder kombiniert (1 Anschluss) oder in zwei separate Anschlüsse getrennt wird. Beim heute üblichen VGA-Anschluss werden die Sync-Signale über verschiedene Pins desselben Steckers übertragen.

Wenn die Synchronsignale nicht korrekt (störungsfrei) übertragen oder nicht richtig ausgewertet werden, kommt es zu charakteristischen Bildstörungen. Da der Bildwechsel am langsamsten verläuft (typisch 50–100 Hz), kann man Fehler hier noch am ehesten mit dem bloßen Auge verfolgen: Das Bild „läuft (senkrecht) durch“, ist aber noch halbwegs zu erkennen. Manchmal rastet die Synchronisation auch an einer falschen Stelle der Vertikalen ein, z. B. bei signifikanten Bildinhalten mit entsprechendem Spannungshub, so dass das Bild versetzt angezeigt wird, mit einem dicken, schwarzen Balken in der Mitte. Wenn dagegen die Horizontalsynchronisation ausfällt, „laufen die Zeilen (horizontal) durch“, vollführen einen „Bauchtanz“ oder sind unregelmäßig verschoben und es ist kaum noch ein Bildinhalt zu erkennen; im günstigsten Fall ist das Bild nach links oder rechts geneigt.

Elektronik In der Digitaltechnik bedeutet Synchronisation, dass zwei Geräte (z. B. Sender und Empfänger) synchronisiert sind, wenn beide mit einer Taktfrequenz arbeiten, die innerhalb definierter Toleranzen gleich ist. Die Signale synchronisierter Geräte haben eine feste Phasenbeziehung zueinander. Das Verfahren, für das meistens der deutsche Fachbegriff Gleichlaufverfahren benutzt wird, wird auch als Synchronisierung oder in Anlehnung an den englischen Fachbegriff als Synchronisation bezeichnet.

Synchronisierung einer Synchronmaschine mini|Synchronoskop, bestehend aus Drehfeldmessgerät (oben), Doppelspannungsmessgerät (Mitte) und Doppel-Zungenfrequenzmessgerät (unten)

Um eine Synchronmaschine ans Netz zu schalten, sind bestimmte Synchronisationsbedingungen (auch Parallelschaltbedingungen) einzuhalten. Zwischen den Klemmen des Netzes und denen der Maschine darf keine Spannungsdifferenz bestehen. Das wird erreicht, wenn folgende Bedingungen eingehalten werden: gleiche Frequenz – Kontrolle z. B. über Drehzahlmessung oder Doppelfrequenzmesser; Eingriff über Drehzahländerung der Maschine gleiche Phasenfolge – Kontrolle z. B. über Drehfeldmessung; Eingriff über Tausch zweier Phasen gleiche Phasenlage – Kontrolle z. B. über Zweistrahloszillograph; Eingriff durch kurzzeitige Drehzahländerung der Maschine Spannungsgleichheit – Kontrolle z. B. über zwei Voltmeter; Eingriff über Änderung des Erregerstroms der Maschine Sollten diese Bedingungen nicht eingehalten werden, kommt es je nach Höhe der Differenz zu mehr oder weniger großen Momenten, da die Maschine versucht, sich in den synchronen Lauf zu ziehen. Diese Momente wirken auf Maschine und Maschinenfundament und können zu Schäden oder sogar zur Zerstörung führen.

In modernen Anlagen wird nicht mehr von Hand synchronisiert. Diese Aufgabe wird z. B. in Kraftwerken von Leittechnik übernommen und bedarf, außer der Auslösung, keines menschlichen Eingriffs.Hartmut Mrugowsky: Drehstrommaschinen im Inselbetrieb. Modellbildung – Parametrierung – Simulation, 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2015, ISBN 978-3-658-08989-4.

Informatik In der Informatik bezeichnet Synchronisation: die Prozesssynchronisation, Verfahren, die den gemeinsamen Zugriff von Prozessen auf geteilte Ressourcen regeln. Die Prozesssynchronisation stellt sicher, dass Ressourcen effizient zugeteilt werden und Daten in konsistentem Zustand bleiben. Vergleiche auch Parallelisierung, Petri-Netze und Sequentialisierung. das Angleichen von Echtzeituhren in getrennten Systemen. die kausale Sortierung von Ereignissen mittels Zeitstempeln. Diese Sortierung stellt sicher, dass die logische Abfolge von Ereignissen gewahrt bleibt. Siehe auch Logische Uhr. das Abgleichen von Daten in einem verteilten System, siehe Datenabgleich und Replikation. Man unterscheidet unidirektionale Synchronisation, bei der die Daten eines Teilsystems bevorzugt behandelt werden, von bidirektionaler Synchronisation, bei der die Daten aller Teilsysteme gleichwertig sind. Programme zur Synchronisation von Dateien sind z. B. rsync, SyncBack und Unison. Im Bereich der mobilen Datentechnik versteht man darunter die Synchronisation des Standes von Adressbüchern und Terminen auf verschiedenen mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets untereinander und mit Desktop-PCs. Das Schreiben des Cache-Speichers auf einen Datenträger oder Wechseldatenträger vor dessen Trennung vom Computer.Erhard Rahm: Mehrrechner-Datenbanksysteme. Grundlagen der verteilten und parallelen Datenverarbeitung. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 1987, ISBN 3-540-50348-X, S. 40–50. Beim differentiellen Synchronisieren werden nur Änderungen (neue, entfernte, veränderte) zwischen den Quellen aktualisiert. Differentielles Synchronisieren gilt als sparsam und wird vor allem bei großen Datenmengen empfohlen (Vgl. Änderung: 1 MB zu Tabelle: 100 MB). Voraussetzung: die Quellen müssen partiell synchron oder synchron sein. Diese Art der Synchronisierung wird oft in der auch sogenannten differentiellen Datensicherung verwendet. Bild-Synchronisation – das Angleichen oder auch Zusammenführen mehrerer Einzelbilder in der rechnergestützten Bildverarbeitung

Dynamisches System

Eine Wechselwirkung von zwei oder mehr dynamischen Systemen kann durch Kopplung ihrer Differentialgleichungen erzeugt werden. Wenn diese Kopplung stark genug ist, lassen sich zwei chaotische Systeme synchronisieren.

Fahrzeugtechnik

Getriebesynchronisation

In der Getriebetechnik versteht man unter dem Begriff Synchronisierung das Angleichen der Drehzahlen von Schaltmuffe und Gangrad. Ein Gang kann nur eingelegt werden, wenn das in Eingriff zu bringende Losrad des zu schaltenden Ganges und die Welle, auf der dieses Losrad sitzt, die gleiche Drehzahl haben, damit ein Formschluss erreicht werden kann (in der Regel mit ineinander greifenden Klauen). Meist wird dies durch Reibung zwischen einem konischen Synchronring, der über einen Synchronkörper mit der Welle gekoppelt ist, und einem Konus auf dem Gangrad bewirkt, solange sich Welle und Gangrad unterschiedlich schnell drehen. Das entstehende Reibmoment verdreht den Synchronring um ca. die halbe Teilung der Schaltverzahnung so lange, bis Welle und Gangrad gleich schnell drehen.