Rückkopplung

Der Begriff der Rückkopplung (auch: Rückkoppelung), (engl.: Feedback ([ˈfiːdˌbæk])) stammt aus der elektrischen Schaltungstechnik. Inzwischen wird er aber in einem größeren Zusammenhang zur Bezeichnung von Vorgängen verwendet, die sich auf ihre eigenen Ursachen oder Eingangsgrößen auswirken: Das Ausgangssignal eines Prozesses beeinflusst dabei das Eingangssignal. Es kommt also zu einer im Kreis verlaufenden Kausalität und nicht mehr nur zur linearen Kausalität zwischen Eingangs- und Ausgangssignal.

In der Kybernetik bzw. Systemtheorie wurde das Konzept der Rückkopplung auf beliebige Wirkzusammenhänge verallgemeinert. Das Prinzip der Rückkopplung wurde sowohl in älteren technischen Erfindungen (z. B. 1788 der Fliehkraftregler von James Watt) als auch in biologischen und sozialen Systemen gefunden. Praktisch wird dieses Prinzip z. B. in der Regeltechnik ausgenutzt, indem der gemessene Istwert (IST-Zustand) , z. B. Raumtemperatur, fortlaufend verglichen wird mit dem Sollwert (SOLL-Zustand, der Führungsgröße z. B. die angestrebte Raumtemperatur).

Wirkweisen der Rückkopplung

Je nach der Wirkungsbeziehung der verkoppelten Elemente hat ein solcher Wirkungskreislauf:

selbstverstärkende Eigenschaften (positive Rückkopplung, Mitkopplung), wenn er eine Kette sich verstärkender Elemente enthält. Dieses ist eine Gefahr, da dann die beteiligten Größen über alle Maßen anwachsen, und durch die Endlichkeit der Umwelt solche Wirkungskreisläufe nicht dauerhaft stabil sein können (umgangssprachlich auch Teufelskreis).
- Beispiele: Schuldenfalle, Explosionen, Resonanzkatastrophe, Kettenreaktion

selbstschwächende Eigenschaften (negative Rückkopplung, Gegenkopplung), wenn er eine Kette sich vermindernder Elemente enthält. Dieses führt zu einem Minimum bzw. Verschwinden von Aktivität.
- Beispiel: Der Füllstand eines wassergefüllten Eimers mit einem Loch im Boden.

selbstbegrenzende, regelnde Eigenschaften, wenn verstärkende und schwächende Kopplungen so zusammengebracht sind, dass sie gerade so ansprechen, dass sie die Abweichung eines Istwertes von einem Sollwert messen und zu dieser Abweichung gegensteuern, also die Abweichung minimieren. Mit anderen Worten, sie stabilisieren den Sollwert. Rückkopplungsschleifen mit Selbstregulationseigenschaften, der Fähigkeit zur Homöostase, nennt man Regelkreise, ihre Anwendung finden sie in der Regelungstechnik und in allen Lebewesen.
- Beispiele: Käfigläufermotor, Warmwassererhitzer mit Thermostat, Körperwärme-Regulation bei Säugetieren und Menschen

selbstschwingende Eigenschaften, wenn er eine Mischung aus stärkenden und schwächenden Kopplungen enthält, wobei mindestens eine Rückkopplungsart zeitversetzt anspricht. Die Werte pendeln also zwischen bestimmten Minima und Maxima, je nach aktueller Wertlage. Dieses ist die Standardsituation in einem System verkoppelter Elemente, die ja zum allergrößten Teil immer eine Mischung fördernder und hemmender Einflüsse darstellt und ein Spezialfall des idealen Regelkreises, der Abweichungen von einem Sollwert instantan korrigiert.
- Beispiele: Räuber-Beute-Beziehung, Sinus-Oszillatoren, Schwingkreis, Rhythmus der Cortison-Sekretion, zirkadiane biologische Rhythmen, Menstruationszyklus

Die Begrenzung einer unerwünschten Aufschwingung durch Rückkopplung in einem Regelkreis kann durch eine Hysterese-Funktion erfolgen, die eine Verzögerung der Soll/Ist-Reaktion bewirkt.

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Beispiele und Anwendungsbereiche

Elektrische Schaltungstechnik

1913 entwickelte Edwin Howard Armstrong (* 1890 - † 1954) aufgrund des Phänomens der Rückkopplung bei einer Triode eine Sender- beziehungsweise Empfängerschaltung. Diese Entwicklung geschah gleichzeitig mit sechs anderen Technikern, was weltweite Rechtsstreitigkeiten um Patente zur Folge hatte. 1927 entdeckte der Telefoningenieur Harold Stephen Black, dass man die Qualität eines Signalverstärkers erheblich verbessern kann, indem man einen Teil des Ausgangssignals vom Eingangssignal subtrahiert (Gegenkopplung).

Technische Anwendungsbereiche:

positive Rückkopplung von elektrischen Systemen zur Erzeugung von hoch- oder niederfrequenten Schwingungen (Funktionsgenerator)
positive Rückkopplung (sog. Mitkopplung) von Schwingkreis-Systemen zur Entdämpfung und damit Steigerung des Resonanzwiderstandes (Audion, Q-Multiplier)
negative Rückkopplung (sog. Gegenkopplung) von elektrischen Systemen zur Linearisierung von Frequenz- und Phasengängen
positive Rückkopplung: Wenn man zwei Telefone oder Funkgeräte direkt nebeneinander hält oder bei Konzerten mit dem Mikrofon zu nahe an die Lautsprecher kommt, wird die positive Rückkopplung letztendlich durch die Maximalleistung der Anlage begrenzt.
negative Rückkopplung: Fliehkraftregler für Dampfmaschinen: Je stärker der Dampfdruck, desto schneller dreht sich ein System aus rotierenden Kugeln, das bei der Aufwärtsbewegung mit einem Ablassventil für den Dampf gekoppelt ist. Die Drehzahl der Maschine kann einen bestimmten Wert nicht übersteigen.

Musikwiedergabe

In der Audiotechnik und in der Tontechnik ist Rückkopplung (kurz Kopplung, siehe auch Feedback (Rockmusik)) eine als störendes unangenehmes Pfeifen wahrgenommene Selbsterregung des Systems Schallaufnehmer/Verstärker/Lautsprecher. Sie kann zum Beispiel zwischen E-Gitarre und Verstärker oder auch Mikrofon und Lautsprecheranlage entstehen. Eine Rückkopplung kann sich ausbilden, wenn ein Lautsprecher das Signal eines Mikrofons wiedergibt und gleichzeitig das Mikrofon dieses Signal erneut aufnimmt, wenn es zu nahe am Lausprecher steht. Das Signal wird erneut verstärkt, über den Lautsprecher wiedergegeben und es entsteht eine elektro-akustische Schleife, die sich bis zur Selbsterregung aufschaukelt. Die Frequenz der Selbsterregung hängt von den frequenzselektiven Eigenschaften und der Phasenverschiebung der Übertragungsstrecke (Luftstrecke, Equalizer, Lautsprecher, Mikrofoneigenschaften, reflektierende Raumwände) ab.

Kopplung ist auch zwischen Lautsprechern und Schallplattenspielern möglich.

Im extremen Fall einer Rückkopplung ist neben der Belästigung der Zuhörer auch die Zerstörung der Lautsprecher möglich, insbesondere die Hochtöner können dadurch beschädigt werden. Tieftonlautsprecher und Subwoofer sind gegen Feedback unempfindlicher und verkraften auch ein stärkeres Feedback als Hochtöner. In Lautsprecherboxen befindliche Frequenzweichen können beschädigt werden.

Unterdrückung von Koppeln bzw. Feedback:
Um Koppeln im Bühnenbetrieb zu vermeiden, können folgende Maßnahmen helfen:

Equalizer, mit denen die Beschallungsanlage beim Soundcheck „eingepfiffen“ wird. Dabei wird absichtlich Feedback erzeugt, das von einem geschulten Techniker nach Gehör mit dem Equalizer minimiert oder beseitigt werden kann, indem diejenigen Frequenzen abgesenkt werden, die zum Koppeln neigen.
Sogenannte Feedback-Destroyer (Feedback-Unterdrücker) erkennen und unterdrücken automatisch kritische Frequenzen, arbeiten aber in der Praxis jedoch nicht zuverlässig.
Mikrofone und Lautsprecher können so aufgestellt werden, dass zwischen ihnen wenig Direktschall möglich ist
der Einsatz von Mikrofonen mit einer geeigneten Richtcharakteristik („Niere“)
der Verzicht auf Mikrofone durch Einsatz von Schwingungsaufnehmern oder elektrischen Instrumenten
Ist das Mikrofon nahe bei der Schallquelle, steigt der Pegel des Nutzsignales, nicht jedoch derjenige des Schalles vom Lautsprecher

Oft tritt Kopplung bei leerem Zuhörersaal eher ein, als bei gefülltem, da die Zuhörer den Schall und dessen Reflexion im Raum dämpfen.

Das Feedback wird in verschiedenen modernen Musikstilen, vor allem aber in der Rockmusik, insbesondere beim Heavy Metal ganz bewusst als Sounddesign zur Klangbearbeitung eingesetzt.

Erdsystem- und Klimaforschung

In der Klimatologie sind viele Rückkopplungen zu betrachten. Bei der Eis-Albedo-Rückkopplung (positive Rückkopplung) wird beispielsweise durch Vereisung mehr Sonnenlicht reflektiert, so dass es kälter wird. Damit können größere Flächen vereisen und es wird noch kälter. In umgekehrter Richtung funktioniert der Prozess natürlich auch. Weitere Rückkopplungen beinhalten Wolken-Wasserdampf-Kopplungen oder die Kohlendioxid-Aufnahmefähigkeit von Meeren. Viele dieser Prozesse sind noch nicht genau genug erforscht und erschweren eine genaue Klimavorhersage mit Klimamodellen.
Durch hohen CO₂-Ausstoß wird der Treibhauseffekt verstärkt. Die Erde erwärmt sich, Menschen verwenden mehr Klimaanlagen, mehr Strom muss produziert werden, mehr Kohle, Öl, Gas, Treibstoff (in Autos) usw. wird verbrannt. Dadurch wird mehr CO₂ in die Atmosphäre geleitet und der Kreislauf beginnt von neuem.

Medizin und Biologie

Im biologisch-organismischen Bereich erlaubt die negative Rückkopplung die Aufrechterhaltung der Homöostase (Gleichgewichtszustand innerhalb zulässiger Grenzen) eines Systems. Solche Regulationsvorgänge laufen z. B. beim Aufrechterhalten der Körpertemperatur oder bei der Regulation der Genaktivität ab.
Dagegen bedeutet Biofeedback, dass mit technischen (i. a. elektronischen) Hilfsmitteln (z. B. Signalton oder Lampe) dem Bewusstsein eine Werteüberschreitung einer in Echtzeit gemessenen Zustandsgröße (z. B. Hauttemperatur, Muskelspannung/Tonus oder EEG-Wellenamplitude einer vorgewählten Frequenz) rückgemeldet (Feedback gegeben) wird, die ansonsten nicht oder nicht hinreichend deutlich vom menschlichen Bewusstsein wahrgenommen wird und auf diese Weise zeitnah erfahrbar gemacht werden kann. Diese Begriffsbildung stellt damit eine Kombination bzw. Kopplung von Automaten und biologischen Systemen (wie unter 1 und 2 gegeben) dar.

Soziales Feedback

Inzwischen ist die Vorstellung zum Allgemeingut geworden, dass auch Vorgesetzte, Lehrer, Kursleiter oder andere sozial Agierende die Qualität ihres Wirkens verbessern können, indem sie sich Rückkopplung von ihren Untergebenen, Schülern, Kursteilnehmern usw. einholen, die positiv oder negativ sein kann; zumeist wird dafür der englische Ausdruck Feedback verwandt. Auch Rückkopplung auf gleicher Augenhöhe (z. B. bei Schülern bzw. Mitarbeitern untereinander) und auch in die entgegengesetzte Richtung (vom Vorgesetzten, Lehrer usw. zum Untergebenen bzw. Schüler) wird als Feedback bezeichnet. In der Arbeits- und Organisationspsychologie ist es auch zum Abgleich von Ist- und Sollzustand bei der Zielsetzung und -erreichung, zur Rückmeldung z. B. nach Bewerbungsgesprächen oder auch nach erledigten Aufgaben im Betrieb vorgesehen.

Anwendungsfälle in der Personalentwicklung sind z. B. das 360°-Feedback für Führungskräfte, 180°-Feedback für Führungskräfte, oder das Team-Feedback. Anwendungsfälle im Qualitätsmanagement sind das Kunden-Feedback, aber auch die Seminar-Evaluation. Unter Feedback wird dabei allerdings immer nur die bewusste, normalerweise verbale Rückmeldung verstanden (ohne besondere Beachtung der tatsächlichen Wirkung derselben), während der allgemeinere Begriff Rückkopplung auch die nonverbalen und unbewussten Anteile der Kommunikation (z. B. Mimik, Gestik) umfasst.

Regeln zum Feedback Feedback sollte unmittelbar, direkt und konstruktiv gegeben werden. Außerdem sollte Feedback als Ich-Botschaft formuliert werden: "Mir scheint, dass...", " Ich denke, dass..", "Mir kommt es vor, als..".
In einem Feedback sollten die Wahrnehmung, Wirkung und ein Wunsch oder Vorschlag enthalten sein.

Psychologie

In der allgemeinen Psychologie wird die unbewusste Wahrnehmung des eigenen Ausdruckverhaltens (Köperhaltung, Gestik, Mimik) und deren Wirkung auf das eigene Wohlbefinden als Feedback bezeichnet. Im einem Experiment von Strack et. al. (1988) wird beschrieben, dass die Bewertung des subjektiv empfundenen Witzes von Cartoons besser ausfällt, wenn die Probanden die für Freude typischen Gesichtsmuskeln aktivieren.
In der Psychologie/Kommunikationstheorie hat Paul Watzlawick mit der Beschreibung von Kommunikationskreisläufen, die keinen Anfang und kein Ende haben (also willkürlich "interpunktiert" werden können), Rückkopplungsvorgänge thematisiert. Er spricht dabei von "symmetrischer Eskalation" bzw. von "Komplementarität". Gemeint ist die gegenseitige Bedingtheit der Verhaltensäußerungen von Kommunikationspartnern, die im einen Fall um den gleichen Platz in Konkurrenz geraten, im anderen Fall sich in ergänzenden Rollen gegenseitig bestärken bzw. festhalten.
Ein ähnliches Konzept vertritt Walter Milowiz in einer systemischen Theorie, die er primär auf die Sozialarbeit anwendet. Hier werden Rückkopplungskreise und eskalierende Entwicklungen in der Interaktion zwischen Personen und Ihrer Umgebung als Beschreibung für soziale Problemlagen fokussiert.

Siehe auch