nix Voodoo, physik!

Hi,

da hier des öfteren über Kabel-Voodoo etc. gestritten wird möchte ich hier mal einen Artikel zur Aufklärung beisteuern!
Der Artikel stammt von Walter Fuchs, Fa. SAC, Essen


Nix als?n Stück Draht?

?Die erklären mich alle für bekloppt,? bemerkte ein Bekannter von mir zu der Tatsache, daß er gerade über 600 Mark für eine Steckdosenleiste bezahlt hatte. Ich verstand ihn. Seit über zwei Jahren benutze ich die gleiche Leiste. Und die Leute, deren Kommentar er fürchtete, waren vermutlich die Gleichen, die jedes Jahr die immer neuen Zusammenschnitte der drei Tenöre kaufen. Allerdings hatte er eine gute Wahl getroffen, denn selbst bei einer Investition in mehr als das Doppelte vom Wert seiner Stereoanlage wäre es nicht möglich gewesen, eine derartige Verbesserung zu erreichen. Was also macht den Einfluß einer Kombination von Steckdosenleiste mit anderthalb Meter Kabel aus? Oder etwa die unwarscheinliche Tatsache, das ein CD-Player durch das Auswechseln von etwa 80 cm Anschlußkabel völlig seine Charakteristik verändert? Wieso klingen Lautsprecher plötzlich viel lockerer und freier und weniger nach Lautsprecher, wenn man sie mit anderen Kabeln an den Verstärker fesselt?

Sie lesen jetzt nicht die Einleitung zu einem Voodoartikel der besonderen Güte oder die Werbebroschüre eines Herstellers. Es ist sehr wohl möglich, mit Kabel die Wiedergabequalität einer Anlage auf ein vorher nicht erahntes Niveau zu liften. Allerdings leidet die Zubehörbranche unter der gleichen Glaubwürdigkeit wie die Anbieter von ?In 7 Tagen 25 Kilo weniger? Diäten, und das durch massives Eigenverschulden. Was auf dem Kabelmarkt an diversen Wunderstrippen angeboten wird, ist in den meisten Fällen dem Geldbeutel des Herstellers zuträglicher als der Wiedergabequalität der Anlage. Genauso wie mit allen Produkten, die in einem Übermaß am Markt vertreten sind, bestimmt das Marketing und die Anzeigenkampange den Stellenwert des Produktes. Und was teuer genug verkauft wird, suggeriert auch den den entsprechenden Gegenwert, weil nicht schlecht sein kann, was soviel gekostet hat.

Damit fallen aber auch die Hersteller der vernünftigen Produkte durch den Rost, durch den später der enttäuschte Kunde alle Produzenten siebt. Dieses Negativimage verbreitet sich wesentlich schneller als eine positive Erfahrung. Dazu kommen die Berichte von fast allen Magazinen, die in über- schwenglicher Manier diverse Strippen abfeiern, als wäre der elektrische Strom von diesem Hersteller gerade weltweit eingeführt worden. In der Automobiltechnik würde jeder den Kopf darüber schütteln, wenn er mit der Behauptung konfrontiert würde, daß durch das Aufziehen von Breitreifen eine Ente in der Formel 1 mitfahren könne. Derartige Erwartungen werden aber erweckt; die ultimative Verbesserung durch ein Stück Kabel. Das ist alles Quatsch.

Sicherlich, ich kann eine gute Anlage durch schlechte Kabel weit unter ihr Niveau drücken. Ebenso passen nicht alle Kabel zu allen Geräten, wie hochwertig sie auch seien mögen. Es gibt noch immer keine Normung für die Schnittstellen, die mit Kabeln überbrückt werden, obwohl überall die gleichen physikalischen Bedingungen herrschen. Deswegen will ich versuchen, hier die wichtigsten Parameter in ihrer Relevanz zur tatsächlichen, realen Welt der Geräte darzustellen.



Die Lautsprecherkabel ......

.... sollen möglichst verlustfrei und ohne eigene Klangfärbung das Signal vom Endverstärker zur Lautsprecherbox transportieren. Da wir aber in einer realen physikalischen Welt leben, geht nichts ohne Verluste vor sich, auch nicht der Transport des elektrischen Stroms in einem Kabel. Dabei sind 4 Parameter bestimmend für die Art der Verluste.

1. Der Widerstand

Er ist eine Materialkonstante. Verschiedene Materialien haben verschiedene Widerstände. Der beste Leiter ist Silber, gefolgt von Kupfer. Silber leitet etwa 15% besser als Kupfer, ist aber um ein vielfaches teurer und schwieriger zu verarbeiten. Je länger ein Leiter, desto größer sein Widerstand. Je größer der Querschnitt eines Leiters, desto niedriger ist sein Widerstand.

2. Die Ableitung

Da es keinen idealen Isolator gibt, wird bei einer zweidrähtigen Leitung immer ein Strom vom Leiter mit dem höheren Potential zu dem mit dem niedrigeren Potential fließen. Da in Lautsprecherkabeln grundsätzlich Wechselstrom fließt, wird dieser Zustand mit der Frequenz des Stromes wechseln. Dabei wird eine Verlustleistung im Kabel erzeugt, ähnlich wie durch den Verlustfaktor eines Kondensators. Diese sogenannten dielektrischen Verluste sind vom Material und der Dicke des Isolators abhängig. Teflon besitzt zum Beispiel hervorragende dielektrische Eigenschaften.

3. Die Kapazität

Sie ist eine Eigenschaft eines Zweileitersystems, die immer dann auftritt, wenn der Hin- und Rückleiter über längere Strecken relativ dicht nebeneinander verlaufen. Sie wird fast unmeßbar klein, wenn für die Leiter kein gemeinsamer Isolator verwandt wird und der Leiterabstand mehr als einige Zentimeter beträgt.

4. Die Induktivität

Induktivität ist eine Eigenschaft, die jeder Leiter aufweist, gleichgültig, aus welchem Material er gefertigt ist. Sie ist eine Folge des den Leiter durchfließenden Stromes. Induktivität hat eine Folgeerscheinung, die sogenannte Selbstinduktivität. Diese tritt immer als Begleiterscheinung von Wechselstömen und den daraus resultierenden Magnetfeldern auf. Diese Magnetfelder sind in Richtung und Betrag dem Wechelstrom, der durch das Lautsprecherkabel fließt, proportional. Bei ihrer Entstehung durchdringen sie immer den eigenen Leiter und erzeugen dadurch ebenfalls einen Strom, der aber seinem Entstehungsvorgang entgegengerichtet ist, den sogenannten Selbstinduktionsstrom. Dies ist ein streng von der Geometrie des Leiters abhängiger Vorgang und funktioniert nur perfekt, wenn der Leiter weitgehend gradlinig ist. Der Strom erzeugt also sein eigenes Hindernis, welches aber immer vom Betrag etwas kleiner ist als sein Erzeuger, da sonst überhaupt kein Strom fließen würde. Dieser Mechanismus hat bei Übertragungen von Tonfrequenz einen großen Einfluß auf die Wiedergabe von kleinen und kleinsten Signalen, welche in großem Maße die Raum- und Strukturinformationen beinhalten.

Wie soll nun das ideale Lautsprecherkabel beschaffen sein? Es gibt dafür keine allgemeine Aussage. Es ist abhängig vom Verstärker und der Lautsprecherbox. Da in der heutigen Zeit Transistorverstärker den Ton angeben, sollte man davon ausgehen, daß der Ausgangswiderstand dieser Geräte sehr niedrig ist. Eine Wert von 0,05 Ohm ist sicherlich nicht als unerreichbar anzusehen, wenn er niedriger ausfällt, ist es umso besser. Dieser Wert sollte auch zu den hohen Frequenzen hin nicht wesentlich ansteigen. Je niedriger der Wert, desto höher der Dämpfungsfaktor der Endstufe.

Der rechnerische Zusammenhang zwischen Ausgangswiderstand der Endstufe und Dämpfungsfaktor ist folgender:

Lautsprecherwiderstand / Verstärkerausgangswiderstand = Dämpfungsfaktor

Dabei werden folgende Werte zugrundegelegt:

Lautsprecherwiderstand 8 Ohm
Verstärkerausgangswiderstand in Ohm
Dämpfungsfaktor = dimensionslose Zahl

Es ist sicherlich schwer möglich, den Ausgangswiderstand einer Röhrenendstufe wesentlich unter 0,5 Ohm zu drücken, da der Innenwiderstand des Ausgangstransformators hier die entscheidende Rolle spielt. Welche Rolle spielt nun der Dämpfungsfaktor und wie hängt er mit den Kabeleigenschaften zusammen?

Jeder Lautsprecher tendiert als schwingfähiges System zu Eigenschwingungen. Diese stellen sich in der Musikreproduktion als unerwünschte Klangeinfärbungen dar, die erheblich die Exaktheit und Räumlichkeit einer Wiedergabe beeinflussen. Die Eigenschwingungen erzeugen wiederum einen Selbstinduktionsstrom ( siehe oben), der durch den niederohmigen Verstärker kurzgeschlossen wird. Das funktioniert umso besser, je gößer der Kurzschluß ist, also je geringer der Widerstandswert, der vom Verstärker geboten wird, ist.

Erreicht der Widerstandswert des Kabels (Hin- und Rückleiter zusammenaddiert) den Wert des Verstärkerausgangswiderstandes, so wird der Dämpfungsfaktor halbiert. Also ist also der absolute, ohmsche Wert eines Lautsprecherkabels für die allgemeine Kontrolle über einen Lautsprecher zuständig. Daraus folgt: Je kürzer das Kabel, desto besser die Kontrolle, oder: Eigentlich gehört der Verstärker in die Lautsprecherbox!
Hinzu kommt der frequenzabhängige Anteil der Impedanz, die ein Lautsprecherkabel besitzt. Jedes Kabel hat einen gewissen Anteil der obig beschriebenen Eigenschaften. Manche Hersteller gehen dazu über, Induktivität oder Kapazität mittels Kondensatoren oder Spulen zu kompensieren. Das funktioniert leider nur im stationären Zustand oder weniger technisch ausgdrückt, wenn das System eingeschwungen ist. Dies ist ein System aber immer dann, wenn es mit konstanter Amplitude immer die gleiche Frequenz verarbeitet. Wer mag aber schon einen dauernden Sinuston hören? Zusätzlich varriert das Signal zwischen Vollpegel und bis zu -60 dB. Das ist im musikalischen Geschehen völlig normal. Dabei ist zu untersuchen, ob das Grossignalverhalten eines Kabels identisch mit seinem Kleinsignalverhalten ist. Ich bezweifele, ob dieses viele Hersteller machen. Das frequenzabhängige Verhalten eines Lautsprechers kommt zu allem erschwerend hinzu.

Stellen Sie sich eine Lautsprecherbox als Bassreflexbox vor. Wir nehmen mal einfach an, sie hätte ihr Impedanzminimum bei 50 Hz, und weil der Entwickler etwas geschlampt hat, beträgt dieses auch noch 1,5 Ohm. Im Übergangsbereich zum Mitteltöner ist der Wert aber schon auf etwa 30 Ohm angewachsen. Ein Musiker spielt einen Kontrabass, mal tief gestrichen und dann wieder gezupft. Alle Töne sind gleich laut, der Verstärker will sie also mit gleicher Leistung reproduzieren, und das bedeutet mit gleicher Spannung! Ein gezupfter Bass liegt sicherlich bei ca. 600 Hertz, also schon im Bereich der Mitteltöne. Gestrichen erreicht er ohne weiteres die 50 Hz. Verstärker und Kabel erzeugen und befördern also Ströme, die im tiefsten Bereich 15 mal größer sind als im Mittenbereich, und das bei der Wiedergabe einen einzigen Instruments über einen kleinen tonalen Bereich.

Nach all der Theorie jetzt mal anschaulich :

Wissen Sie eigentlich, was Ihr Verstärker und das Kabel zu leisten haben, oder was sich in beiden abspielt, wenn eine normale Zweiweglautsprecherbox damit betrieben wird? Als Demonstrationsbeispiel sollen ein Vollverstärker und 5 m Lautsprecherkabel dienen. Der Widerstand des Kabels wird pro einzelner Strecke mit 5 mOhm angenommen, was ein verdammt geringer Wert ist. Die Induktivität ist mit 20 µH auch nicht zu hoch und die Kapazität soll 100 pF/m betragen, was 500 pF ergibt.

Ein weiterer Punkt sind die Übergangswiderstände.

Diese sollten beim Anschluß von Lautsprecherkabeln in jedem Fall vermieden werden. Wenn`s geht, sollte man Stecker verwenden. Muß man auf Kabelschuhe zurückgreifen, sollte man den Typen aus verzinntem Weichkupfer den Vorzug geben. Vergoldete Messingkabelschuhe verkratzen sowiso nur beim Andrehen und geben wegen der Unnachgiebigkeit des relativ harten Messings keinen guten Kontakt mit der Schraubklemme. Das verführt zum übermäßig starken Andrehen der Klemmen und oft zu deren Zerstörung. Auf keinen Fall dünne Kabeladern unter die Klemme schieben und dann zudrehen. Die Drähte ziehen sich in das Gewinde und zerstören es. Benutzen Sie immer das meistens vorhandene Querloch.



NF-Kabel

Betrachten wir mal ....

.... ein normales NF-Kabel. NF-Verbindungskabel werden zum Signaltransport von einem Gerät zu einem anderen Gerät benutzt.

Die zu übertragenden Spannungen liegen im Bereich von wenigen Millivolt bis zu einigen Volt, der Bereich beträgt etwa 1 zu 40 000. Die niedrigste zu übertragende Spannung beträgt ca. 250 µV ( leise Mikrofone und MC-Tonabnehmer ), die höchste Spannung ist an den Ausgängen von Mischpulten anzutreffen und ist im Bereich von ca. 10 V zu finden. Es gibt zwei Arten des Signaltransportes durch Kabel: Symmetrisch und asymmetrisch.

Der asymmetrische Signalfluß wird normalerweise über ein 2-adriges Kabel bewerkstelligt, welches in den meisten Fällen einen koaxialen Aufbau besitzt. Dabei wird die Abschirmung als ein Leiter benutzt und mit der Signalmasse verbunden. In vielen Fällen ist die Signalmasse mit dem Gehäuse eines Gerätes verbunden. Elektromagnetische Felder können auf die Abschirmung einwirken und ein Störsignal im Kabel erzeugen, welches in der Wiedergabeanlage weiter verstärkt wird, und sich als tonale Beeinflussung äußert. Im Heimbereich kann man dagegen vorgehen, indem man die Ausgänge der Signallieferanten so niederohmig wie möglich macht. Dadurch werden eventuell induzierte Spannungen kurzgeschloßen. Allerdings ist bei der Heimanwendung die Gefahr der Einstreuung durch elektromagnetische Felder relativ gering. Je länger die Leitung ist, desto größer ist die Einstreungsgefahr.

Der symmetrische Signalfluß benutzt zwei Signaladern, die normalerweise mit invertierend und nichtinvertierend bezeichnet sind. Umgeben werden diese Adern von einer Abschirmung, die wiederum mit der allgemeinen Masse in Verbindung steht. Die Signalübertragung geschieht durch das Einspeisen von zwei identischen, aber gegenphasigen Signalen in diese Adern; am Empfängerende werden sie durch einen Transformator oder elektronischen Desymmetrierer wieder in ein normales asymmetrisches Signal umgesetzt. Gelangt ein Störsignal durch elektromagnetische Einstreuung in das Kabel, so werden die beiden Adern gleichsinnig beeinflußt. Wichtig ist dabei die geometrische Anordnung dieser Adern zueinander, sie sollte parallel sein! Nur dadurch ist eine gleichmäßige Beeinflussung der beiden Adern zu erreichen. Zu starke innere Verdrillung der Adern stört diesen Vorgang ebenfalls. Die Einstreuungen bezeichnet man auch als Gleichtaktsignale, da sie naturgemäß keine entgegengesetzte Phasenlage besitzen. Da der Empfängerteil ( symmetrischer Eingang ) nur Gegentaktsignale weiterverstärkt, werden die Gleichtaktsignale unterdrückt.
Die Unterdrückungsgröße wird in dB angegeben und sollte frequenzunabhängig mindestens 60 dB betragen. Das würde eine Unterdückung von Störsignalen gegenüber Nutzsignalen um den Faktor 1000fach bedeuten! Transformatoren sind dabei die sinnvollsten Symmetrierer, weil sie gleichzeitig eine perfekte galvanische Trennung zwischen den Geräten bewirken. Dieses System findet in der professionellen Studiotechnik Verwendung und ist auch bei sehr langen Wegen sehr einstreungssicher. Nachteilig wirken sich der erhöhte Schaltungsaufwand aus ( mehr Rauschen und Verzerrungen, Eisenverzerrungen bei Transformatoren ), das dieses System für Heimanwendungen disqualifiziert. Nur eine einzige Tonquelle im Heimbetrieb zeigt die Eigenschaften einer symmetrischen Quelle: Der MC-Tonabnehmer. Bei ihm ist die symmetrische Weiterverstärkung sinnvoll, zumal er wegen seiner geringen Ausgangsspannung stark einstreungsgefährdet ist. Alle anderen Quellen müssen künstlich symmetriert werden. Vorteilhaft ist die Tatsache, daß die Signale tatsächlich völlig identische Leitungsbedingungen vorfinden ( wenn beide Innenleiter gleich sind ) und die Abschirmung mit dem Signaltransport nichts zu tun hat.

Ideal für den Heimbetrieb wäre eine asymmetrische Signalverbindung, welche die Vorteile symmetrischer Verbindungen ( gleiche Signaladern ) mit der üblichen asymmetrischen Anschlußnorm verbindet. Es entfielen zusätzliche Übertrager und Schaltkreise, lediglich die Gleichtaktunterdrückung wäre nicht vorhanden.

Der sogenannte parallelsymmetrische Betrieb, bei dem zwischen zwei Geräten die inneren Adern eines symmetrischen Kabels genutzt werden und die Abschirmung nur an einer Seite angeschlossen wird, ist grundsätzlich abzulehnen. In vielen Fällen wird durch den Antenneneffekt der einseitigen Abschirmung eine Störung erst eingeführt.

Es gibt aber eine Anschlußvariante, die einen sehr stark angenäherten Betrieb an das Ideal ermöglicht. Ein symmetrisches Kabel übernimmt mit seinen Innenleitern den Signaltransport, die Abschirmung wird über zwei niederohmige Widerstände an beiden Seiten auf Masse gelegt. Da der Strom immer den Weg des geringsten Widerstandes geht, wird das Signal sich grundsätzlich in den Innenleitern bewegen, dabei ist die Abschirmungswirkung durch den immer noch vorhandenen Stromkreis gewährleistet. Grundsätzlich abzulehnen sind Kabel ohne Abschirmung oder nur mit Leitplastikabschirmung.

Erschwerend kommt hinzu, das in einem solchen Stromkreis im Gegensatz zum Lautsprecherstromkreis keine Leistung umgesetzt wird, also sehr geringe Ströme fließen. Große Ströme beseitigen im Kabel wenigstens zum Teil den Gleichrichtereffekt, der durch das Vorhandensein eines metallischen Kristallgitters immer vorhanden ist, dagegen helfen übrigens auch keinen sogenannten monokristallinen Leiter, die es sowieso nicht ( bis jetzt nicht) gibt. Außerdem erhält ein Kabel, egal für welchen Einsatzzweck es gedacht ist, bei seiner Herstellung eine Vorzugsrichtung. Nein, das hat mit dem Pfeil, der auf manchen Kabel aufgdruckt ist, nichts zu tun. Bei diesen Pfeilen frage ich mich immer: Kann der Strom das lesen? Und wie sieht ein Pfeilsymbol für Wechselstrom aus?

Die Vorzugsrichtung entsteht durch die mechanische Bearbeitung des Kabels, es wird bei der Herstellung durch sogenannte Ziehsteine gezogen, erst ein dicker Draht durch immer dünnere Öffnungen, bist der endgültige Durchmesser erreicht ist. Bis ein dünner Innenleiter enstanden ist, hat er etliche Ziehvorgänge hinter sich. Und dabei geschieht etwas ähnlichers wie bei einer gewalzten Stahlstange: Quer zur Längsrichtung wird die metallische Kristallstruktur anders verdichtet als in Längsrichtung. Stahl hat dann in diesen beiden Richtungen verschiedene Härten, eine Folge dieser Behandlung. Damit der Stahl wieder homogen in allen Richtungen wird, bedient man sich des Ausglühens. Er wird soweit erhitzt, bis die Struktur des Kristallgitters sich wieder lockert und alle Atome an einen ihnen genehmen Platz hüpfen. Danach besitzt der Stahl wieder gleiche Eigenschaften in Längs- und Querrichtung. Genauso funktioniert es bei Kupferkabeln. Kräftige Erwärmung homogenisiert das Kristallgitter. Absolute Vorsicht: Bis auf Teflon hält diese Erwärmung kein anderer Isolator aus. Zwar sind die Temperaturen, bei denen Kupfer sich entspannt, sehr viel niedriger als bei Stahl, aber die meisten Isolatoren geben ihren Geist bei ca. 80 Grad Celsius auf. Mann benötigt aber etwa 150 bis 200 Grad, um eine vernünftige Rekristallisierung einzuleiten. Die Kabeleinbrenngeräte bewirken einen ähnlichen Effekt, der aber nicht so tiefgreifend funktioniert. Dort wird versucht, diesen über lange Einbrennzeiten zu erreichen. Das funktioniert aber nicht so richtig, da eine gewisse Energiebarriere überwunden werden muß.

Je homogener und feiner die Kristallstruktur eines Kabels ist, desto besser wird es auch im Kleinstsignalbereich arbeiten. Das ist eine Frage der Statistik: Ich erhalte zwar sehr viele Kleinstgleichrichter, die aber in ihrer Wirkung alle nicht korelliert sind. Statistisch mitteln sie sich dadurch zu Null, und je größer die Anzahl der Kristalle, desto besser funktioniert die Statistik.



;-) musikalischer gruss

Thomas

Wenn so ein altes Hifi-Schlachtross wie J. Pfeiffer so etwas empfiehlt, muss einfach was dran sein

Joachim Pfeiffer wäre Thema für einen eigenen Thread .

Ich selbst, halte diesen Menschen für

Matt