Know Audio: Ein Kabelsalat

Wir haben in dieser Serie nun mehrere Monate damit verbracht, durch die Welt des Audios zu reisen und dabei die verschiedenen Teile eines Hi-Fi-Systems vom Lautsprecher bis zur Quelle zu betrachten. Es war eine unterhaltsame Reise voller technischer Details und der Auseinandersetzung mit Hi-Fi-Mythen gleichermaßen, aber jetzt ist es an der Zeit, in einen der einfachsten, aber umstrittensten Bereiche der Audiowiedergabe einzutauchen. Jede Audiokomponente, ob digital oder analog, muss an das System angeschlossen werden, zu dem sie gehört. Dies ist die Aufgabe von Audiokabeln, die manchmal auch als Verbindungen bezeichnet werden. Sie sind wahrscheinlich die einzelne Komponente, die am anfälligsten für schwache Behauptungen über ihre Leistung ist, und Audiophile sind bereit, Unsummen für Kabel auszugeben, von denen behauptet wird, dass sie das gewisse Extra an Hörleistung bieten. Ist da etwas drin oder handelt es sich bei allen um die gleichen Drahtstücke, wobei es sich bei den teuren um Betrug handelt? Zeit, einen Blick darauf zu werfen.

In einem typischen häuslichen Audiosystem mit digitalen und analogen Signalen erwarten Sie möglicherweise zwei Arten von Kabeln: elektrische Verbindungen, die entweder analoge oder digitale Signale übertragen können, und optische Verbindungen für digitale Signale. Wir sind hier, um über die elektrischen Kabel zu sprechen, da sie für analoge Signale verwendet werden. Beginnen wir also mit einer kleinen Übertragungsleitungstheorie.

Vielleicht bestand einer der ersten Stromkreise, die Sie jemals gebaut haben, aus einer Batterie und einer Taschenlampenbirne, die mit einem zweiadrigen Kabel verbunden waren. Wenn Sie mit dem Kabel die Batteriepole berührten, leuchtete die Glühbirne auf, und als Sie sie losließen, erlosch das Licht. Es war ein Gleichstromkreis mit zwei Zuständen, aus und ein, und das war alles. Wenn Sie jedoch ein Speicheroszilloskop an das Kabel anschließen würden, während Sie die Glühbirne anschließen, könnten Sie etwas Interessantes bemerken. Anstatt in einem augenblicklichen Übergang vom Aus- zum Ein-Zustand zu springen, würde die Spannung tatsächlich innerhalb weniger Mikrosekunden nach oben krümmen. Der Gleichstromkreis sieht plötzlich nicht mehr so ​​perfekt bi-state aus wie zunächst gedacht, also was ist los?

Die Spannung steigt an, weil die Drähte und die Glühbirne nicht perfekt sind. Sie verfügen über geringe Widerstände, Induktivitäten und Kapazitäten, die als Parasiten bezeichnet werden, und es ist die Wechselwirkung zwischen diesen, die dazu führt, dass die Spannung nicht sofort, sondern innerhalb kurzer Zeit ansteigt. Es tritt fast sofort auf und ist daher für eine Taschenlampe in Ordnung, aber sobald ähnliche Drähte zur Übertragung eines Signals verwendet werden, beginnt dieser parasitäre RCL-Schaltkreis, es zu beeinflussen. Frühe Telegraphen- und Telefoningenieure standen vor diesem Problem, da sich ihre Drähte über Hunderte von Kilometern erstreckten und daher erhebliche R-, C- und L-Werte aufwiesen, die den Effekt eines Tiefpassfilters hatten. Ihre Versuche, das Phänomen zu verstehen, führten zu dem, was wir heute als Übertragungsleitungstheorie bezeichnen und mit der jeder, der sich mit HF beschäftigt hat, bestens vertraut sein sollte.

Nachdem gesagt wurde, dass eine Audioverbindung eine Übertragungsleitung ist, bei der parasitäre R-, C- und L-Werte berücksichtigt werden sollten, werde ich das jetzt völlig auf den Kopf stellen und sagen, dass die Übertragungsleitungsleistung der Verbindung im Rahmen des Zumutbaren liegt So wie wir es für Funkschaltungen verstehen würden, spielt es bei Audiofrequenzen keine große Rolle. Der Grund liegt in der kurzen Länge einer Audioverbindung, die bei etwa ein paar Fuß (oder einem Meter) parasitäre Werte aufweist, die so gering sind, dass sie als Tiefpassfilter kaum einen Unterschied machen. Im Vergleich zur Wellenlänge bei Audiofrequenzen – 300 km bei 1 kHz – ist sie unbedeutend.

Zurück zu unserer Taschenlampenbirne: Der Strom in diesen Drähten von der Batterie war Gleichstrom und floss immer in die gleiche Richtung. Wenn wir sie uns als einadrige dicke Kupferdrähte vorstellen, können wir uns den Strom in ihnen außerdem so vorstellen, als wäre es ein Wasserfluss in einem idealisierten Sanitärsystem, wobei der Fluss gleichmäßig über seinen Querschnitt verteilt ist. Wir wissen, dass elektrischer Strom Magnetfelder erzeugt, daher sind die Drähte, die unsere Glühbirne mit Strom versorgen, von einem statischen Feld umgeben, solange der Gleichstrom fließt.

Bei einem Wechselstrom wie einem Audiosignal ist das Magnetfeld anders. Wenn sich der Strom ändert, ändert sich auch das Feld, und da sich ändernde Magnetfelder Ströme in benachbarten Leitern induzieren, induzieren sie zusätzliche Ströme im Draht. Diese fließen zweckmäßigerweise nicht als lineare Ströme entlang der Länge des Leiters, sondern als kreisförmige sogenannte Wirbelströme innerhalb des Leiters. Da ein Teil des Kreisstroms vorwärts und ein Teil rückwärts fließt, heben die Wirbelströme zur Mitte des Leiters hin den Vorwärtsstrom auf.

Dies führt zum sogenannten Skin-Effekt, bei dem Wechselströme überwiegend zur Außenseite eines Leiters fließen. Wenn wir auf den vorherigen Absatz zurückgreifen, kann dies dazu führen, dass der parasitäre Widerstand bei Wechselstrom-Audiofrequenzen deutlich ansteigt. Bei einer Audioverbindung kann sich dies negativ auf die Qualität auswirken. Daher ist es üblich, dass Audiokabel ihre Oberfläche so weit wie möglich vergrößern, indem sie viele kleine Drahtstränge anstelle eines einzigen größeren Drahts haben. Wem das noch nicht reicht, für den geringsten Widerstand auf der Oberfläche der Drahtlitzen sorgen höherwertige Kabel durch Versilberung oder Vergoldung des Kupfers.

Daher haben wir festgestellt, dass ein gutes Audiokabel einen minimalen parasitären Widerstand, eine minimale Induktivität und eine minimale Kapazität aufweisen sollte. Aufgrund seiner relativ kurzen Länge ist seine Leistung als Übertragungsleitung im HF-Sinn weitgehend irrelevant, und der Skin-Effekt kann durch die Verwendung eines mehradrigen Kabels verringert werden. Beim Kauf eines anständigen Kabels sind jedoch noch einige andere Dinge zu beachten, und diese sind vielleicht die interessantesten, denn hier betreten wir die Welt der audiophilen Werbung. Wenn Sie sich Kabel in einem audiophilen Katalog ansehen, werden Sie Begriffe wie „sauerstofffrei“ und „direktional“ finden. Was bedeuten sie?

Sauerstofffreies Kupfer ist eine sehr hochwertige Form von raffiniertem Kupfer. Aufgrund der Entfernung von Verunreinigungen weist es eine geringfügig bessere Leitfähigkeit als normales Kupfer auf und Audiophile behaupten daher, dass es eine spürbar bessere Qualität liefert. Die Realität ist, dass die Länge einer Audioverbindung so gering ist, dass die geringfügig bessere Leitfähigkeit keinen Einfluss auf ihre Leistung hat. Anwendungen, die längere Kabel in der Größenordnung von Hunderten von Metern erfordern, könnten von Vorteil sein, sodass wir davon ausgehen würden, dass sie in wissenschaftlichen Instrumenten für große Projekte wie CERN zu finden sind, aber für kurze Audioverbindungen ist es lediglich ein Marketinginstrument.

Wenn Sie eine anständige Verbindung kaufen, wird diese wahrscheinlich aus sauerstofffreiem Kupfer bestehen, aber ihre Leistung wird durch die Verwendung eines großen Querschnitts aus feinen und möglicherweise versilberten Drähten und nicht durch extrareines Kupfer erzielt. Eine andere Sache sind Richtungskabel. Auf vielen Audiokabeln sind kleine Pfeile angebracht, die die Richtung anzeigen, in die der Strom fließen soll. Eine Suche im Internet wird hierfür eine Reihe von Erklärungen liefern, die in der Regel auf der parasitären Diodenwirkung zwischen einzelnen Körnern in der Kupfermasse beruhen, und einige von ihnen deuten sogar darauf hin, dass die Richtungsabhängigkeit mit der Nutzung zunimmt. Es ist ein weiteres großartiges Marketinginstrument für leichtgläubige Audiophile, aber im Gegensatz zur Leitfähigkeit von sauerstofffreiem Kupfer entbehrt es jeder Grundlage. Audiokabel oder auch andere Kabel sind einfach nicht richtungsgebunden, sie funktionieren genauso gut, egal in welcher Richtung sie eingesteckt werden. Tut mir leid, Audiophile, Sie wurden enttäuscht.

Bisher haben wir uns in diesem Artikel nur mit analogen Audiokabeln befasst, aber natürlich sind das nicht die einzigen Kabel, die an Audiophile verkauft werden. Sie können zum Beispiel „spezielle“ IEC-Netzkabel zu unverschämten Preisen kaufen oder digitale Kabel in audiophiler Qualität für Ethernet, USB, TOSlink oder HDMI.

Ein Netzkabel ist nur dann ein Netzkabel, wenn es über Leiter verfügt, die für die entsprechende Stromstärke ausgelegt sind. Digitalkabel sind fast genauso einfach.

Zusammen mit den Mythen über digitale Kabel ist ein Teil der Wahrheit wahr, der Sie jedoch nicht Hunderte von Dollar kosten sollte. Digitale Kabel unterscheiden sich von analogen Audiokabeln dadurch, dass die Bitrate eine viel höhere Frequenz hat als die des in den Bits kodierten Signals. Daher wird die Leistung ihrer Übertragungsleitung zu einem erheblichen Problem, und gelegentlich kann sich dies auch auf die Wahl des Kabels auswirken.

Finden Sie das günstigste HDMI-Kabel für unter 5 US-Dollar auf dem Markt und die Chancen stehen gut, dass es mit einem 1080p-Signal, aber nicht mit einem 4K-Signal funktioniert, weil die Bandbreite der Übertragungsleitung den zusätzlichen Anforderungen von 4K-Bitstreams nicht gewachsen ist. Aber bevor dieses 1.000-Dollar-HDMI-Kabel aus dem Regal kommt, versuchen Sie es mit einem 10-Dollar-Kabel, um das 2-Dollar-Kabel zu ersetzen, und Sie werden vielleicht angenehm überrascht sein.

Sogar das billigste HDMI-Kabel kann mehrere Gigabit pro Sekunde übertragen, und Ihre digitale Audio-Bitrate liegt weit im Megabit-Bereich. Und solange die Einsen und Nullen unversehrt bis zum anderen Ende des Kabels reichen, macht es keinen Sinn, mehr Geld auszugeben – es gibt keine besser klingende Eins oder Null.

Es mag einige Audiophile geben, die diesen Artikel lesen und wütend werden, denn offensichtlich weiß ich nicht, wovon ich spreche, wenn es um Direktionalität oder sauerstofffreies Kupfer geht, und insbesondere bei 1.000-Dollar-Netzkabeln oder Ethernet-Kabeln. Ihnen mache ich dieses Angebot: In einem Pub in Oxford gibt es ein Pint Old Hooky für die erste Person, die mir das Gegenteil beweist. Aber der Beweisstandard ist ziemlich hoch, ich akzeptiere nichts von diesem „Das sauerstofffrei vergoldete USB-Kabel verleiht der breiteren Klangbühne einen satten, schokoladigen Ton“-Mumbo-Jumbo. Stattdessen mache ich Paralleltests mit einem professionellen High-End-Audioanalysator. Mal sehen, was die Audio Precision dazu sagt, ja? Ich hasse es, der besten Hook Norton Brewery einen Verkauf zu verweigern, aber irgendetwas sagt mir, dass ich dieses Pint so schnell nicht kaufen werde.

Wir kehren mit einem weiteren Teil dieser Serie zurück, und nachdem wir die Komponenten eines Heim-Audiosystems umfassend untersucht haben, ist es nun an der Zeit, es aus einer anderen Perspektive zu betrachten. Wie können wir die Audioleistung messen?