von der Theorie ausgehend - was heißt das alles für die Praxis?

Das ideale Kabel:

- ist eine reine Wunschvorstellung, denn um keinen Einfluss auf das Signal zu nehmen müsste die Länge gleich null sein - nur dann hat es weder Kapazität noch Induktivität und durch die fehlende räumlich Ausdehnung nimmt es auch keinen Einfluss auf seine Umgebung und kann auch von seiner Umgebung nicht gestört werden. 

 

 

Der Skin-Effekt:

Sobald ein Strom fließt steht er sich praktisch selbst im Weg. Damit ist der effektive Leiterquerschnitt  Frequenz- und Material-abhängig, hier die Frequenzabhängige Eindringtiefe für Kupfer, Silber, Aluminium: (Quelle der Daten: Wikipedia und elektroniktutor.de)

Betrachtet man sich die Eindringtiefe so wird ersichtlich dass das sinnvolle Maß für den Querschnitt einzelner Adern selbst im reinen Audiobereich sehr begrenzt ist. Es stellt sich an dieser Stelle die Frage ob nicht ein nicht leitender Kern mit einem leitenden Geflecht nicht besser zur Signalübertragung geeignet ist...

 

 

Der Proximity Effekt:

Fliest Strom durch benachbarte Adern bleibt das auch nicht folgenlos. Sind die benachbarten Adern wie in einem Kabel fixiert so findet eine Stromverdrängung statt:

- bei gegensinniger Stromrichtung der benachbarten Adern in Richtung der einander zugewandten Seiten der Adern [Bild folgt]

- bei gleichsinniger Stromrichtung der benachbarten Adern in Richtung der einander abgewandten Seiten der Adern [Bild folgt]

 

Auch die Stromverdrängung ist eine Ursache dafür dass nicht das  ganze Leitermaterial genutzt wird, Ursache ist hier der Strom selbst und der Effekt ist bei hohen Strömen stärker. Dieser Effekt wird also bei Lautsprecherkabeln deutlicher in Erscheinung treten. Schaut man sich die Stromrichtungen an, so kann man erkennen dass das gewünschte Signal (Gegentaktsignal) und das unerwünschte Signal (Gleichtaktsignal, Einstreuung von Außen) sich zu einem gewissen Grad schon durch die Stromverdrängung separieren. Werden die Adern noch zusätzlich miteinander verdrillt, so hebt sich die Einstreuung von Außen mit jeder vollständigen Umdrehung durch gegensinnige Einstreuung auf.

 

 

 

Die Dispersion:

Die Dispersion beschreibt die Frequenzabhängige Dämpfung eines Kabels und findet ihre Ursache im Dielektrikum (Isoliermaterial) des Kabels. Ist der Wert der Dielektrizitätskonstante und der dielektrischen Verluste des Isoliermaterials selbst Frequenzabhängig (eher die Regel als die Ausnahme) sind auch die Laufzeiten verschiedener Frequenzen durch das Kabel unterschiedlich und ein zu Übertragendes Signal wird zeitlich verschmiert (verzerrt).

Die Dispersion ist mit Rechtecksignalen mit sehr schnellen Anstiegszeiten und langen Kabeln nachweisbar - beides Dinge die sehr weit weg vom Audiobereich sind. Interessant ist hier der dielektrische Verlustfaktor (siehe Tabelle unten). Er könnte im Zusammenhang mit den möglichen wahrgenommenen Characteren der unterschiedlichen Isoliermaterialien stehen.

 

 

 

Der Wellenwiderstand:

- Beschreibt (vereinfacht) das Verhältnis von Induktivität und Kapazität eines Kabels

- Ist je nach Isolierwerkstoff sogar Frequenzabhängig (siehe auch Dispersion)

- Ist vom Isolierwerkstoff  abhängig (Epsilon R, Rechner z.B. in KiCAD)

- Ist Material- und Geometrie-abhängig

- Hat weitgehend konstante Werte erst im MHz Bereich

Beispiel: Profibuskabel, Toleranz je 10%

- 270 Ohm @ 9,6kHz

- 185 Ohm @ 31-38kHz

- 150 Ohm @ 3-20MHz

- Hat mit steigender Frequenz immer größere Toleranzen

Beispiel: CAT7 Installationskabel, nominell 100 Ohm

+/- 15% @ 4-100MHz

+/- 22% @ 100-200MHz

+/- 32% @ 250-1000MHz

- Signalreflektionen an den Kabelenden bei fehlangepasstem Kabel:

- addierend bei zu hochohmigen Abschluss

- subtrahierend bei zu niederohmigem Abschluss

 

Schaut man sich typische Audioverbindungen an so ist eine Fehlanpassung die Regel - bei den kleinen Signalen (Quelle zum Vorverstärker) ist die Anpassung zu hochohmig, bei den großen Signalen (Endstufe zum Lautsprecher) ist die Anpassung zu niederohmig im Nutzbereich und durch den Lautsprechertypischen Impedanzanstieg außerhalb des Nutzbereichs ebenfalls zu hochohmig. Der Einfluss auf das Audiosignal ist zwar fraglich - hier könnte bei beiden Verbindungstypen unter Zuhilfenahme  von RC-Gliedern parallel zum Verbraucher für hohe Frequenzen eine Anpassung ergänzt werden. 

 

 

 

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit:

- wird im wesentlichen vom Isoliermaterial des Kabels bestimmt. Je geringer die Dielektrizitätskonstante  des Isoliermaterials, desto schneller die Ausbreitungsgeschwindigkeit in % der Lichtgeschwindigkeit

(ca. 67% bei PVC bis zu ca. 80% bei geschäumten Isolierungen)

Bei einer typischen Ausbreitungsgeschwindigkeit von ca. 5ns/m in elektrischen Leitungen kann der Einfluss im Audiobereich vernachlässigt werden.

 

 

einige elektrische Daten von gängigen Isoliermaterialien:

(Quelle: www.kern.de)