Kabelklang - eine Theorie

Ich habe mir einmal Gedanken gemacht woher die von manchen Leuten festgestellten klanglichen Unterschiede von NF-Kabeln herrühren könnten. Ich suche dabei nach einer Erklärung, die nicht mit den physikalischen Naturgesetzen im Widerspruch steht, die also auch für die "skeptischen Techniker" unter uns akzeptabel ist (ich bin selber ein skeptischer Techniker). Ich nehme dabei als Arbeitshypothese an daß die Unterschiede tatsächlich existieren und nicht "eingebildet" sind (daß sie also kein Produkt psychologischer oder perzeptorischer Effekte sind). Damit will ich nicht sagen daß bei den berichteten Unterschieden solche "Einbildungen" keine Rolle spielen; ich vermute im Gegenteil das sie oftmals einen großen Einfluß haben, ich nehme nur für den Moment an, daß nicht alle diese Effekte auf "Einbildung" zurückzuführen sind. Ebensowenig glaube ich, daß meine Theorie alle nicht-eingebildeten Unterschiede erklärt, sondern - wenn ich Glück habe - nur einen bedeutenden Teil davon. Die Theorie ist auch durch Messungen nachprüfbar, was vor allem den Vorteil hat daß man bei Hörtests durch Messungen untersuchen kann, ob man die von mir angeführten Ursachen ausschließen kann oder nicht.

Meine Theorie erstreckt sich auf NF-Cinch-Kabel und ähnliche Verbindungen, aber nicht auf Netzkabel oder Lautsprecherkabel. Hier ist sie:

Hörbare Klangunterschiede von NF-Kabeln beruhen darauf, daß ein in der Anlage auftretendes Störsignal in das Audiosignal einkoppelt. Das Störsignal bzw. die Stärke der Kopplung sind so schwach, daß die Störung nicht direkt als Rauschen oder Brummen erkennbar ist, daß die Qualität des Nutzsignals aber dennoch beeinträchtigt wird. Der Klangeffekt des Kabels beruht dann darauf, in welchem Ausmaß das Kabel zur Einkopplung des Störsignals beiträgt. "Bessere" Kabel führen zu einer geringeren Kopplung, während "schlechtere" Kabel zu einer stärkeren Einkopplung führen. Wenn kein Störsignal vorhanden wäre, wären klangliche Unterschiede zwischen den Kabeln nicht festzustellen. Insofern ist der Klang keine Eigenschaft des Kabels, sondern die Klangunterschiede sind ein Resultat einer Interaktion zwischen einer Störquelle und der Anlage, in welcher das Kabel ein Element (nicht unbedingt das Einzige) in einem Kopplungsmechanismus bildet.

Wenn diese Theorie zutrifft, dann hat ein und dasselbe Kabel in einer Situation vielleicht einen klanglichen Einfluß, in einer anderen Situation vielleicht nicht. Es wäre dann unsinnig, vom Klang als einer Eigenschaft des Kabels selbst zu sprechen. Was man allenfalls sagen kann ist ob ein Kabel die Störungseinkopplung mehr oder weniger begünstigt. Da am Kopplungsmechanismus auch die Anlage beteiligt ist, kann man dasselbe auch von den Komponenten der Anlage sagen. Ein optimales System würde dann aus Komponenten - einschließlich Kabel - bestehen, die alle eine große Störunempfindlichkeit haben. Auch muß eine Störquelle vorhanden sein, damit ein klanglicher Einfluß auftritt, insofern haben vielleicht diejenigen, die keinen Kabelklang feststellen, einfach das Glück daß sie keinen genügend starken Störquellen ausgesetzt sind.

Es gibt verschiedene als Störquellen in Frage kommenden Effekte. Man müßte sie eigentlich der Reihe nach abklopfen, unter welchen Umständen sie einen nennenswerten Effekt haben können. Ich greife aber hier nur exemplarisch den Effekt heraus, den ich instinktiv für am ehesten fähig halte, zu hörbaren Unterschieden zu führen: Es geht um die Einkopplung eines Brummsignals über gemeinsame Impedanzen in der Masseverkabelung. Das ist ein Effekt für den besonders die unsymmetrischen Verbindungen empfindlich sind, da sie auf einem gemeinsamen Massepotenzial der angeschlossenen Geräte beruhen.

Um abzuschätzen, wie empfindlich ein System für diese Art der Störung ist, braucht es ein paar Berechnungen, hauptsächlich per Ohmschem Gesetz, ich hoffe ich schrecke damit niemanden ab.

Wir nehmen ein einfaches System, bestehend aus zwei Komponenten, die durch ein unsymmetrisches (Cinch-)Kabel miteinander verbunden sind. Durch die Außenkontakte der Cinch-Stecker werden die Massen der beiden Komponenten miteinander verbunden. Diese Verbindung ist nicht ideal: Eine "Ersatzschaltung" des Kabels besteht aus einem Widerstand und einer Induktivität, außerdem besteht eine Kapazität zur umgebenden "Welt" und eine weitere Kapazität zwischen Innen- und Außenleiter. Wir wollen einmal annehmen, daß die Frequenzen so niedrig sind daß Induktivität und Kapazitäten vernachlässigt werden können, es bleibt also der Widerstand. Wir werden sehen daß dieser eine bedeutende Rolle spielt.

Die Störquelle sei nun eine Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand, die zwischen die Massen der beiden Komponenten geschaltet ist. Ich verschiebe mal die Diskussion, was für eine Störquelle das sein könnte, auf später und nehme einfach an sie sei vorhanden. Da die Massen der beiden Komponenten über das NF-Kabel miteinander verbunden sind, wird die Störspannungsquelle durch das NF-Kabel in gewissem Sinn "kurzgeschlossen". Wir nehmen an, daß der Innenwiderstand der Störquelle gegenüber dem Widerstand des NF-Kabels groß ist, der Kurzschluß ist also fast ideal, und es fließt ein Störstrom durch die Masseverbindung, der praktisch ausschließlich von der Leerlaufspannung und dem Innenwiderstand der Störquelle bestimmt ist. Anders ausgedrückt, man kann die Störquelle als eine Stromquelle auffassen, bei der der Strom konstant und praktisch unabhängig vom verwendeten NF-Kabel ist.

Der Kurzschluß ist aber nicht ganz ideal, das Kabel hat einen geringen Widerstand, also wird der Störstrom zur Folge haben, daß eine geringe Spannung darüber abfällt, daß sich also die Massepotenziale der zwei Komponenten geringfügig unterscheiden. Dieser Unterschied koppelt wegen der unsymmetrischen Verbindung direkt in das Nutzsignal ein, weil das empfangene Gerät dieses nicht vom Nutzsignal trennen kann. Die Stärke des vom empfangenden Gerätes gesehenen Störsignals hängt also vom Widerstand der Masseverbindung und von der Stromstärke des Störsignals ab. Es fragt sich also wie stark dieses Störsignal sein darf bevor sein Einfluß hörbar wird.

Die CD bietet systembedingt (wegen dem 16-bit Sampling) einen Dynamikbereich von ungefähr 100dB (es kommt mir hier nicht auf hohe Genauigkeit an, ich will möglichst einfache Rechnungen haben). Das entspricht einem Spannungsverhältnis von 1:100000. Wenn ein CD-Spieler ein maximales Signal von 2V bei Vollaussteuerung erzeugt (das ist ein praxisnaher Wert), dann liegt das schwächste darstellbare Signal in der Größenordnung von 20µV. Wenn unser Störstrom weniger als 20µV Spannungsabfall in der Masseverbindung des NF-Kabels erzeugt, dann wird also in erster Näherung das Nutzsignal nicht merkbar leiden. Mit anderen Worten der Fremdspannungsabstand der Wiedergabe wird durch das Störsignal nicht vermindert. Noch anders gesagt sollte der Effekt unhörbar und wahrscheinlich auch unmeßbar sein.

Für den Kopplungsmechanismus ist nun nicht allein das Kabel verantwortlich. Der Störstrom wird irgendwo im sendenden Gerät eingekoppelt werden, und irgendwo im empfangenden Gerät "entnommen". Anders gesagt, die beiden Stromkreise für das Nutzsignal und das Störsignal trennen sich irgendwo im sendenden Gerät und irgendwo im empfangenden Gerät. Beide Stromkreise haben eine gemeinsame Strecke, die sich von einer Stelle im sendenden Gerät über dessen interne Verkabelung, die Cinch-Steckverbindung, den Masse-Schirm im NF-Kabel, eine weitere Steckverbindung im empfangenden Gerät und dessen interne Verkabelung bis zur Trennungsstelle dort erstreckt. Für die Kopplung ist der gesamte Widerstand dieser Strecke maßgebend, von dem nur ein Teil auf das Konto des NF-Kabels geht.

Ein einigermaßen realistischer Wert für diesen Widerstand ist 100 MilliOhm. Wenn wir unter diesen Umständen unter 20µV Störspannung bleiben wollen, dann darf der Störstrom nicht mehr als 200µA betragen. Andersrum gesagt, höhere Störströme reduzieren den Fremdspannungsabstand meßbar und ab einem bestimmten Punkt wahrscheinlich auch hörbar. Bei 2mA haben wir nur noch 80dB, bei 20mA nur noch 60dB, was schon in die Gegend des Dynamikbereiches einer Compact-Kassette geht.

Andersrum gesagt verbessert jede Halbierung des Leitungswiderstands den Fremdspannungsabstand um 6dB. Falls also ein genügend starker Störstrom fließt ist ein niederohmiges Kabel klar im Vorteil, und man würde einen klanglichen Einfluß feststellen können. Allerdings würde selbst bei armdicken Kabeln immer noch der Widerstand der Verdrahtung innerhalb der Geräte bleiben, unter ein gewisses geräteabhängiges Maß wird man also nicht kommen. Wichtig ist auch die Erkenntnis, daß es auf den Widerstand der Masseverbindung ankommt, der Innenleiter des Cinch-Kabels hat nichts damit zu tun.

Woher können solche Störströme kommen und wie stark können sie in der Praxis werden?

Der Effekt von Brummschleifen, die über die Antennenleitung und die Erdung entstehen, ist allgemein bekannt. Hier können leicht Ströme von 200mA und mehr entstehen, wodurch in unserem Beispiel der Fremdspannungsabstand auf 40dB oder weniger verringert wird. Das Brummen ist dann sehr deutlich hörbar, stört sehr, und der Anlagenbesitzer wird sich bemühen das Problem abzustellen. Das Beispiel zeigt aber daß es Störquellen gibt, die sehr leicht Ströme erzeugen können, die Qualitätseinbußen nach sich ziehen. Wir suchen hier Störquellen, die schwach genug sind daß sie nicht direkt auffallen, aber dennoch die Parameter der Anlage verschlechtern. Ein mögliches Beispiel ist die Brummeinkopplung durch magnetische Induktion, durch die der überall vorhandene "Elektrosmog" in Leiterschleifen in der Anlagenverkabelung einkoppelt.

Nehmen wir einmal das Vorhandensein eines 50Hz-Wechselfeldes von 1µT an (das ist kein extremer Wert - in der Nähe von Hochspannungsleitungen oder Eisenbahnen kann das Hundertfache auftreten, der Durchschnittswert in Haushalten liegt aber darunter). Wir wollen wissen, welche umschriebene Fläche eine geschlossene Leiterschleife haben muß, damit in ihr durch dieses Feld 20µV Sttörspannung induziert wird. Es ergibt sich nach dem Induktionsgesetz 0,064m². Solche Leiterschleifen können auch schon durch die Verkabelung der Anlage selbst entstehen, ohne daß dabei Antenne oder Erde beteiligt sein müssen.

Der Elektrosmog enthält natürlich auch noch andere Frequenzen, die gleichfalls eingekoppelt werden können. Der Löwenanteil davon liegt über der Hörschwelle und hat allenfalls einen indirekt hörbaren Einfluß, indem in den angeschlossenen Geräten eine Demodulation stattfindet. Die Konstruktion der Geräte ist dafür maßgeblich, wie stark solche Störungen unterdrückt werden. Auch hier kann man wieder sagen, daß das Kabel zwar einen Einfluß haben könnte, weil der Effekt aber auf einer Interaktion beruht kann man ihm keinen bestimmten Eigenklang zuordnen.

Wie man sieht sind unsymmetrische Verbindungen prinzipbedingt empfindlich für die Einkopplung von Störungen. Ob diese hörbar sind hängt von einer Reihe von Umständen ab, zu denen das Kabel einen Beitrag leistet ohne daß es die Ursache der Störungen darstellt. Warum sind dann unsymmetrische Verbindungen so verbreitet? Dafür gibt es zwei Gründe: Geschichte und Kosten. Die unsymmetrische Verbindung ist die billigste, und sie war zur Zeit ihrer Einführung gut genug. Die Geschichte der unsymmetrischen Verbindung rührt in die Zeit von Schellackplatten und Röhrenradios zurück, wo man Klirrfaktoren in Prozenten gemessen hat und eine gewisse Menge Brumm normal war. Der Einfluß der in die Leitungen eingekoppelten Störungen war demgegenüber vernachlässigbar. Überdies war der Elektrosmog geringer. Heute haben wir mehr Stromleitungen um uns herum, es gibt mehr Störquellen wie Dimmer, Schaltnetzteile, Gleichrichter, Computer. Funktechniken sind auf dem Vormarsch, auch über das Stromnetz werden Daten übertragen. Gleichzeitig wird von der NF-Verkabelung heute weit mehr Fremdspannungsabstand erwartet als damals. Auch die Hifi-Anlagen sind umfangreicher und weitverzweigter. Vielleicht stoßen wir daher einfach an die Grenzen der unsymmetrischen Übertragung. Im Labor kann man Störquellen ausschalten und die Messungen zeigen keinen Nachteil der unsymmetrischen Technik. Die Praxis sieht aber wohl anders aus.

Wie gesagt, das ist eine Theorie, ausgedacht in einem Technikerhirn, und nicht an der Realität durch Hörversuche getestet. Sie könnte aber die Beobachtungen von einigen sensiblen Hörern mit den physikalischen Naturgesetzen in Einklang bringen, und so vielleicht den Weg öffnen zu einer sinnvollen Diskussion, wie man die Störungen los wird.

@ pelmazo,

während Ferritperlen lokale Reflektionsstellen sind, hat die Ferritpaste tatsächlich Absorptionscharakter, ist insofern im Vorteil.

Bezüglich der Schirmung käme es darauf an, wie das Netzkabel geschirmt ist, und ob tatsächlich auch der Schutzleiter betroffen ist.

Sofern ich mich recht erinnere, waren die Ergebnisse (ohne Massetrennung):

- TMR-Kabel + Eingangskabel -> (relative) Störungsfreiheit
- Normalnetzkabel + Eingangskabel -> Störpegel
- Normalnetzkabel ohne Eingangskabel -> (relative) Störungsfreiheit

mit Massetrennung:

- Normalnetzkabel + Eingangskabel -> Störungen + Radioempfang


Gruß