Heute möchte ich mich mal einem kontrovers diskutiertem Thema zuwenden: Dem Unterschiedlichen „Klang“ vom Kabeln. Natürlich unter dem Aspekt, wie weit es sich auch messtechnisch darstellen lässt!
Dazu muss ich erst einmal mit etwas Theorie anfangen: Ein Kabel stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einer Quelle und einem Empfänger dar. Im Messtechnik-Bereich sind hierzu alle wichtigen Parameter spezifiziert, im Audio Bereich nicht!
Welche Parameter sind hier wichtig?
Zuerst einmal der sogenannte Wellenwiderstand oder Systemimpedanz. Was ist das?
Dies ist ein Begriff aus der Hochfrequenztechnik. Zielsetzung ist ein Signal möglichst verlustfrei zu transportieren. Nötig dazu ist, dass die Ausgangsimpedanz der Quelle, die Eingangsimpedanz des Empfängers und der Wellenwiderstand von Kabel und Verbindern gleich ist. Im HF-Bereich sind das üblicherweise 50 Ohm. Der Wellenwiderstand eines Kabels oder Steckers ist rein durch die mechanischen Dimensionen darstellbar – Verhältnis Außen Durchmesser (Schirmung) zu Durchmesser Innenleiter. Je höher die zu übertragende Frequenz ist, desto besser muss auch das Isolationsmaterial sein, da dieses maßgeblich die Dämpfung pro Längeneinheit verursacht.
Ist der Wellenwiderstand falsch angepasst, erfolgt immer eine Reflexion der abgegeben Leistung zurück zur Quelle.
Noch eine ganz wichtige Anmerkung zum Thema Ausgangsimpedanz: Es gibt Geräte, die daraufhin konzipiert sind, eine bestimmte Lastimpedanz optimal zu treiben – Dazu gehören Frequenzgeneratoren in der Messtechnik oder auch Sendeendstufen. Diese Geräte funktionieren also nur perfekt, wenn sie mit der jeweiligen Lastimpedanz abgeschlossen (=belastet) sind.
Dann gibt es noch die Physikalische Definition der Ausgangsimpedanz: Dies ist der Wert des Widerstandes, den man an eine Spannungsquelle anschließen muss, damit die Ausgangsspannung gegenüber dem unbelasteten Zustand (also ohne Widerstand) auf die Hälfte absinkt.
Diese Ausgangsimpedanz, die bei Audio-Geräten angegeben wird, besagt aber ganz und gar nicht, dass das jeweilige Gerät bei dieser Belastung noch richtig funktioniert, geschweige denn gut klingt.
Mit welchen Werten muss man nun in üblichen Audio-Konfigurationen rechnen?
Angegebene Ausgangsimpedanz von Quellgeräten: von 10 Ohm – über 2 000 Ohm.
Angegebene Eingangsimpedanz von Empfängern: von 1.000 Ohm – 100.000 Ohm.
Wellenwiderstand üblicher Cinch (RCA) – Verbindungen: 23 Ohm.
Wellenwiderstand von Audio Kabeln: ca. 20 Ohm – 150 Ohm.
Eine löbliche Ausnahme gibt es übrigens: Studiotechnik mit balanced Signalen, Trafo-gekoppelt und 600 Ohm Systemimpedanz.
Welche Auswirkungen haben falsch angepasste Kabel im Audio Bereich? Musik besteht in erster Linie aus Impulsen, somit habe ich für die Simulation auch Pulse verwendet.
Hier erst einmal ein Screen- Shot eines richtig abgeschlossenen Signals: Pulsgenerator, Ausgangsimpedanz 50 Ohm, Kabel und Stecker 50 Ohm, Oszilloskop mit 50 Ohm abgeschlossen. So sollte es also aussehen!
Nun dasselbe Signal, wenn ich den Abschluss am Oszilloskop entferne (Eingangsimpedanz 1 000 000 Ohm.)
Hier noch eine Detailaufnahme des Überschwingers – ca. 25 % der Gesamtamplitude!
Hat man im Audiobereich also bei Frequenzen kleiner 100kHz eine nicht gravierende Fehlanpassung – hier statt einen 50 Ohm Kabel ein 75 Ohm Kabel, sind die Auswirkungen recht gering!
Ich habe mal einige Audio-Kabel, die hier rumlagen in den Messaufbau eingefügt:
Kabel 1 – sehr hohe innere Kapazität, bedämpft die Überschwinger fast vollständig.
Kabel 2 – deutlich geringere Kapazität und Überschwinger
Kabel 3 – völlig deformiertes Signal!
Fazit: Für den Laien ist es nicht absehbar, ob ein Kabel in seiner spezifischen Konfiguration „funktioniert“.
Für eine gegebene Konfiguration ist es oft auch nicht möglich, ein Kabel völlig richtig anzupassen. Gerade bei sehr hohen Ausgangsimpedanzen wäre der nötige Abstand/Durchmesser der Leiter nicht umsetzbar und das Problem der Steckverbinder hat man sowieso!
Welche technischen Möglichkeiten zur Optimierung gibt es? Bei den Steckverbindern kann man, auf XLR-Verbinder ausweichen, die haben einen Wellenwiderstand von ca. 150 Ohm, was schon deutlich besser ist als 23 Ohm! Oder man nimmt die Stecker von ETI, die einen Wellenwiderstand von 80 Ohm haben. Kommerzielle Industriekabel gibt es von 50 – 150 Ohm. Für Tonarmkabel und MC-Systeme kommt man damit schon mal weiter. Gerade bei hochohmigen Quellen, z.B. Röhrengeräten, wird es schwierig einen guten Kompromiss zu finden.
Man muss also die Kabel auf die jeweilige Konfiguration anpassen. Ich mache das auch für gängige Konfigurationen.
Natürlich ist die Anpassung nur ein Aspekt!
Leitermaterial, Isolator, Konstanz (=Genauigkeit) des Aufbaus sind ebenso hörbar, wie Mikrophonie-Effekte!
Hier zwei Screen-Shots von einem eigenen Kabel:
Man sieht die recht geringen Überschwinger.
Hier dasselbe Kabel mit einer Ausgangsimpedanz von 1000 Ohm betrieben – auch akzeptabel!
Demnächst ein Beitrag zu Kabelmaterialen!