Beschadiging
van het analoge
audio signaal
<laatst
bijgewerkt: 2020-12-02>
In het kort:
Een
analoog audio signaal kan bij het doorlopen van versterkers,
regelapparatuur, opslagmedia en kabels slechts op enkele manieren
beschadigd of vervormd
worden. Die mogelijkheden (en onmogelijkheden) worden hier
besproken.
Verwante onderwerpen:
Lineaire vervorming, Niet-lineaire vervorming, storing,
aardlussen, EMC,
Platenspeler
Beschadiging van een digitaal audio signaal
Bij analoge
(eind) versterkers:
- lineaire vervorming
- niet-lineaire vervorming
- overspraak
- ruis als
principieel stoorsignaal
- niet- principiele
stoorsignalen
Bij klasse D
(=schakelende) versterkers:
- alles als bij analoge versterkers, maar ook:
- aliassing
- andere EMC problemen.
Bij
regelapparatuur:
- krakende potmeters
- schakelaars met
slecht contact
Bij analoge opslagmedia
(vinyl):
- wow
- jengel
- rumble
- stof
- statische ladingen
- te geringe naalddruk
- gebrekkige
dwarsdruk compensatie
- gebrekkige RIAA
correcties.
Bij analoge
opslagmedia (magneetband):
- wow
- jengel
- flutter
- modulatieruis
- magnetische weergeef kop
- versleten weergeefkop
- kopscheefstand
- gebrekkige weergeef
correctie
- fout ingestelde bias
stroom
- demagnetisatie van de
band
- doordrukken of band-echo
Bij kabels:
- slecht contact
- weerstand
- capaciteit
- zelfinductie
- karakteristieke impedantie en afsluiten
EMC-problemen:
- aardlussen
- antenne werking
- buurman is
radiozendamateur
- mobiele telefoon
- Wifi en BluTooth spullen
Bij analoge
(eind) versterkers:
lineaire
vervorming, oftewel afwijkingen in de overdracht van hoge
t.o.v. lage frequenties.
De amplitude overdracht is een grafiek die aangeeft met welke
sterkte signalen van verschillende frequenties doorgegeven
worden. Vaak wordt dit de "frequentie-karakteristiek" genoemd.
In zo'n grafiek kan ook de fase getekend worden, dat is ruwweg
de tijdsvertraging die de signalen onderweg ondervinden.
In een goede audio versterker dient de grafiek van de
amplitude overdracht vlak te zijn vanaf minimaal 20 Hz tot
ruim over 20 kHz.
De grafiek van de fase-overdracht dient over hetzelfde
frequentiegebied een rechte lijn te zijn. De hoek waaronder
die lijn staat doet er niet toe, want dat betekent slechts een
gelijke tijdvertraging voor alle frequenties (gelijke
groeplooptijden).
Het begrip impulsresponsie is de reactie van een systeem in de
tijd gezien. Hoe reageert het op een plotselinge verandering
aan de ingang.
De amplitude / fase karakteristiek kan via de Fourier-transformatie
omgerekend worden in de impuls responsie en vice versa. Het zijn 2 verschillende manieren om
hetzelfde weer te geven: "De Overdracht", enerzijds
weergegeven in het frequentie/fase domein, anderzijds in het
tijddomein.
Het is "bij vriend en vijand" geaccepteerd, dat geleidelijke
afwijkingen in de amplitude/fase karakteristiek kleiner dan
ca. 1 dB niet waarneembaar zijn. 1 dB is ongeveer 10% in
signaal amplitude. Dat is zeer goed meetbaar.
Elektronische apparatuur zoals versterkers en de invloed van
kabels hebben hooguit geleidelijk verlopende
afwijkingen van de amplitude karakteristiek. In ieder geval
geen grillige afwijkingen.
Afwijkingen in de amplitude karakteristiek die heel grillig
verlopen zijn waarschijnlijk beter hoorbaar, ook als de
amplitude afwijkingen minder dan 1 dB bedragen.
Vooral microfoons en luidsprekers hebben doorgaans zulke
grillig verlopende amplitude karakteristieken, veelal met
uitwijkingen van een aantal dB's. Dat is de reden dat
luidspreker(kasten) zo verschillend klinken, en dat bij
opnames van muziek de microfoonkeuze erg belangrijk is.
Beschadigingen van het
signaal in deze zin kunnen o.a. veroorzaakt worden door:
- Versterkers. Maar dat is zeldzaam, want alle
fatsoenlijke versterkers doen dit uitstekend. Bij de
"complete" mini / midi-setjes en ghetto blasters gebeurt het
nog wel eens dat er in de versterker iets geprutst is om de
tekortkomingen van de meegeleverde luidsprekers te
verdoezelen. Als je dan echt goede luidsprekers aansluit kan
dat onaangename effecten hebben.
- Signaalkabels. Bij zeer lange (>10 meter)
signaalkabels kan er een verlies van hoge frequenties ontstaan
door de kabel capaciteit. Bij kortere kabels is dat volstrekt
verwaarloosbaar. Signaalkabels van diverse makelij
onderscheiden zich nauwelijks in dit opzicht.
- Luidspreker kabels. Bij lange luidspreker kabels (>
10 meter) kan de zelfinductie van de kabel een gering verlies
van de allerhoogste frequenties geven.
Een te dunne aderdoorsnede kan allerlei problemen opleveren,
van boemerig laag tot een gebrek aan hoge tonen. Zie de thema
pagina over luidspreker
kabels en luidsprekerdemping.
Niet-lineaire vervorming, THD
Bij transducers zoals microfoons, analoge pick-up elementen en
luidsprekers, en bij alle versterkers en audio transformatoren
kunnen er niet-lineariteiten optreden. Het resultaat daarvan
is dat er -bij continue tonen- som- en verschilfrequenties
ontstaan (intermodulatie), evenals harmonischen (boventonen).
Soms is zulke vervorming vrij gemakkelijk waar te nemen met
een test-CD. Als er in een deel van de signaalweg oversturing
optreedt is de vervorming meestal ernstig.
Er bestaan verschillende vormen en oorzaken van vervorming. Er
is een aparte thema-pagina over
vervorming.
Kabels hebben ten ene male geen last van zulk soort
vervorming. Het zou kunnen gebeuren bij een slecht contact van
een connector, maar dan heb je meestal ook andere, veel
duidelijker waarneembare problemen, zoals complete uitval van
1 of meer van de stereo-kanalen of kraakgeluiden.
Het gebruik van vergulde connectoren is een goede garantie om
ook op termijn van jaren geen problemen met slechte contacten
te krijgen.
Overspraak
We
spreken van overspraak als het signaal van het linker kanaal in
het
rechter terecht komt en/of v.v. Bij multi-kanaal weergave (5.1,
7.1)
kan in principe elk kanaal overspraak hebben naar elk ander
kanaal. In
de meeste gevallen wordt een geringe mate van overspraak niet
opgemerkt, c.q. als hinderlijk ervaren omdat er bij de meeste
muziek-opnames geen dramatisch verschil is tussen de kanalen. Bij
sommige muziek-opnames is dat wel het geval, in het bijzonder als
een
bepaald kanaal gedurende bepaalde tijd geheel stil is.
(ping-pong-stereo)
Bij voor- eind- en regelversterkers is de overspraak bijna altijd
zeer gering en onmerkbaar.
Bij vinyl platenspelers kan er aanzienlijke overspraak optreden,
en niet zelden is die ook behept met niet-lineaire vervorming.
De
signalen voor links en rechts staan haaks op elkaar gemoduleerd in
de
groef. Een geringe scheefstand van het afspeel element of de naald
ervan veroorzaakt onmiddelijk overspraak.
Ruis als principieel stoorsignaal
Ruis is een principieel probleem bij zeer gevoelige
voorversterkers. Kabels hebben er geen invloed op. Als er een
ruisprobleem is in een audio installatie dan hoor je dat in de
pauzes van de muziek (oor aan de luidspreker, je hoort een
soor sis-geluid)
Bij weergave van CD's en dergelijke is ruis geen enkel
probleem; de signaalsterkte op de signaalkabels is zo groot
dat de principiele ruis volstrekt verwaarloosbaar is.
Stoorsignalen afkomstig van buiten de
audio installatie
Zo af en toe komen zulke problemen voor in audio apparatuur.
Meestal gaat het om een brom-probleem, en soms gaat het om de
instraling van een al-of-niet legale radio/TV-zender in de
buurt. In al zulke gevallen manifesteert zich dit als bijgeluiden
die goed onderscheidbaar zijn van de muziek. Zet de CD-speler
op pauze, draai de volume regelaar flink op en luister met het
oor aan de luidspreker. Als je niets anders hoort dan wat
zachte ruis dan is er niets aan de hand.
Als er echt zo'n probleem is kan een andere signaalkabel een
verschil uitmaken, maar meestal moet er dan veel meer
gebeuren. Dit is geen gemakkelijke materie.
Nogmaals: zulke stoor-problemen hebben geen effect op de klank
of de ruimtelijke weergave; het manifesteert zich uitsluitend
in bijgeluiden.
Zie het hoofdstuk over storing.
Bij
klasse D (=schakelende) versterkers:
Aliassing
Klasse
D versterkers werken bij tamelijk hoge schakelfrequenties. Indien
een
(digitale)signaalbron restanten van de clockfrequentie in het
uitgangssignaal laat kan dit interferentie problemen geven. Er
ontstaan
verschil-frequenties tussen de schakelfrequentie van de
D-versterker en
de (harmonischen) van de clockfrequentie van het digitale
apparaat.
andere EMC
problemen
Bij regelapparatuur:
Krakende
potmeters. Soms helpt het om de knop eens flink heen- en weer te
draaien, desgewenst met uitgeschakeld apparaat. Iets ingrijpender
is schoonmaken met een geschikte spray.
Schakelaars met
slecht contact. Ook hier helpt flink draaien vaak, maar een
geschikte spray zoals Kontakt 60 werkt vaak beter.
Bij analoge
opslagmedia (vinyl plaat): Zie ook Platenspeler
wow
Wow
is een langzame verandering van de toonhoogte, vooral als er een
luide
passage optreedt. Dit kan veroorzaakt worden door een te zwaar
lopend
plateau of een onvoldoend krachtige of slippende aandrijving,
waardoor het toerental van de plaat afneemt. Bij een luide passage
is
er beslist meer wrijving tussen de naaldpunt en de plaat.
jengel
Jengel
is een regelmatige verandering van de toonhoogte, in het ritme van
de
draaisnelheid van de plaat. Het kan veroorzaakt worden door een
gebrekkig loopwerk, maar ook door een erg hobbelige plaat. Bewaar
vinylplaten zuiver vertikaal staand of horizontaal liggend en ver
van
verwarmings apparatuur of zonneschijn.
rumble
Rumble
is een zeer laagfrequent rommelend geluid dat veroorzaakt kan
worden
doordat trillingen van de aandrijfmotor overgebracht worden op het
plateau, maar ook door erg hobbelige platen. Het kan ook in de
opname
zitten, als die bijv. gemaakt is in een kerk waar een tram, trein
of
metro langs rijdt.
stof
Stof
en ander vuil (vingerafdrukken, biervlekken) is de notoire vijand
van
vinylplaten. Het uit zich door tikken of een krakerig geluid, maar
vaker nog door vervorming, als een dikke stofklont het goede
contact
tussen naaldpunt en plaat verhindert. Dat is bijna altijd goed te
zien.
De remedie is om de platen zorgvuldig te behandelen en evt. schoon te maken. Inspecteer ook
altijd de naald voordat je die op de plaat zet. Een stofborsteltje
is vrijwel altijd nodig.
statische
ladingen
Statische
(elektrische) ladingen verraden zich door een veelvuldig krakend
geluid.
Het van dichtbij be-asemen (huuhhh) van de plaat helpt vaak.In
ernstige
gevallen is schoonmaken van de plaat een remedie. Nat afspelen elimineert het
probleem volledig.
te geringe naalddruk
Een
te geringe naalddruk veroorzaakt een zeer onaangename vervorming,
vooral in de luidere passages. Als je zoiets vermoedt kun je de
naalddruk tijdelijk verhogen door een cent of stuiver op de
afspeelkop
te leggen. Als het dan beter wordt dien je de naalddruk opnieuw in
te
stellen volgens de instructies en specificaties van de
platenspeler en
het element. Maar check ook of er geen stof of ander vuil in het
spel
is want dat geeft ongeveer dezelfde problemen.
gebrekkige dwarsdruk compensatie
Bij
het afspelen van een plaat treedt er een naar binnen gerichte
kracht op
de naald op, waardoor de naalddruk op de binnenwand van de groef
groter
is dan die op de buitenwand. Goede platenspelers hebben daarvoor
een
instelbare compensatie, soms een veer-instelling, soms een
gewichtje
dat de arm naar buiten trekt.
Als deze instelling onjuist is krijg
je in het linker of rechter kanaal vervorming te horen, alsof de
naalddruk te gering is. In het linker kanaal als de dwarsdruk
compensatie te gering is en in het rechter kanaal als de
compensatie te
sterk is.
De (zeldzame) platenspelers met een tangentiële arm hebben geen
last van dit verschijnsel.
gebrekkige RIAA correcties.
Bij
het snijden van de master waarvan de platen geperst worden, worden
lage
frequenties verzwakt -of zo je wilt- hoge frequenties versterkt.
Dat
wordt gedaan omdat de uitslagen van de groef bij lage frequenties
anders veel te groot zouden worden. Bij de weergave moet hiervoor
gecorrigeerd worden; dat heet de RIAA-correctie (RIAA = Recording
Industry Association of America) en dat is sinds pakweg 1960 een
algemeen gebruikte standaard. Niet alle voorversterkers voldoen
echter
goed aan die standaard, en bij oudere (mono) platen zijn vaak
andere
correcties nodig.
Je merkt het door een gebrek aan hoge of lage tonen.
Maar ook: Bij nogal wat
vinylplaten werd er extra gekort op het laag, want dan kan er meer
speelduur op de plaat. Vaak is een dergelijk gebrek aan laag niet
meer
achteraf te corrigeren, het is er gewoon niet.
Bij
analoge opslagmedia (magneetband):
wow
Wow
is een langzame verandering van de toonhoogte. Kan veroorzaakt
worden
door een gebrekkig loopwerk. In het bijzonder een te zwaar- of
aanlopende haspeldrager kan zulks veroorzaken.
jengel
Jengel
is een wat snellere verandering van de toonhoogte die bij
bandapparatuur vaak veroorzaakt wordt door een gebrekkige
aandrijving
van de capstan of door een onregelmatigheid (deuk) in de
aandrukrol.
flutter
Flutter
is een snelle verandering van de toonhoogte die eerder als
vervorming
herkend wordt. De oorzaak is het in trilling geraken van het
stukje
band tussen de capstan/aandrukrol en de weergeefkop. Dat kan o.m.
door
een te hoge bandspanning komen, veroorzaakt door een te zware
aandrukking van de band bij
de weergeefkop.
modulatieruis
Een
ruisbijdrage die toeneemt met de signaalsterkte. Dit fenomeen komt
typisch voor bij oudere soorten magneetband. Er is niets aan te
doen
bij bestaande opnames.
magnetische weergeef kop
De
weergeef kop kan gemagnetiseerd raken door diverse oorzaken, maar
niet
gemakkelijk. Het manifesteert zich door een toegenomen ruisnivo
bij de
weergave.
Remedie: Koppen demagnetiseren.
Bij bandopnemers die
dezelfde kop gebruiken voor opnemen en voor weergeven treedt het
niet
vaak op, het opneem proces veroorzaakt in vrij grote mate dat de
kop
gedemagnetiseerd wordt.
versleten weergeefkop
Bij
een versleten weergeefkop is er een putje ontstaan bij de
"spleet",
midden op de kop. Hierdoor maakt de band niet goed contact meer
met de
kop en worden hoge frequenties zwakker weergegeven. Zulke slijtage
treedt normaliter op bij intensief gebruik, door het stukje vilt
dat de
band tegen de kop aandrukt.
Goede bandopnemers hebben dat vilt niet,
daar wordt de band alleen door de bandspanning tegen de kop
gedrukt en
vindt de slijtage gelijkmatig plaats.
gebrekkige weergeef correctie
Net
als bij vinyl-registratie worden bij band opnemers de lage
frequenties ook zwakker opgenomen dan de hoge, en bij
weergave
moet daarvoor gecorrigeerd worden. De benodigde correcties zijn
echter
nogal afhankelijk van de gebruikte bandsoort (standaard,
chroom-dioxide, etc...)
fout ingestelde bias stroom
Bij
het opnemen met een analoge bandopnemer wordt het audiosignaal
gemengd
met een hoogfrequent (ca. 60-100 kHz) z.g. bias signaal naar de
opneemkop gevoerd. Dat bias signaal dient er voor om de
magneetdeeltjes
van de band even goed "door elkaar te rammelen" zodat de juiste
magnetisatie achterblijft.
Bij een afwezig of te zwak bias signaal
wordt het audiosignaal in z'n geheel te zwak en vervormd
vastgelegd.
Bij een te sterke bias worden vooral hogere frequenties verzwakt,
omdat
het sterke bias signaal ook als wis-signaal gaat werken. (het
wissen
van een analoge magneetband gebeurt door de wiskop, met diezelfde
bias
frequentie maar dan veel sterker)
De vereiste sterkte van het bias signaal hangt ook af van de
gebruikte bandsoort.
kopscheefstand
Wanneer
een bandopname afgespeeld wordt met een weergeefkop die scheef
staat
t.o.v. van de opneemkop bij de opname (bijv. als een band
afgespeeld
wordt op een ander apparaat dan waarmee het opgenomen is) vindt er
in
eerste instantie verlies van hoge frequenties plaats. Bij ernstige
scheefstand ontstaat er een onderdrukking van zeer bepaalde
frequenties, een z.g. comb-filter. Dit produceert een vrij
specifiek
slissend geluid, maar niet scherp.
demagnetisatie van de band
Als
een magneetband lang bewaard wordt zonder afgespeeld te worden, en
vooral bij een te hoge temperatuur, kan er een verlies van de hoge
frequenties optreden. Dat komt doordat de magneetdeeltjes bij die
hoge
frequenties dicht bij elkaar liggen en een demagnetiserend effect
op
elkaar hebben. Er is achteraf niets meer aan te doen, behalve die
frequenties extra te versterken, maar dat levert ook extra ruis
op.
doordrukken of band-echo
Als
een magneetband lang bewaard wordt zonder afgespeeld te worden kan
het
gebeuren dat de magnetisatie van een sterk signaal op de ene
winding
een magnetisatie veroorzaakt op de windingen die er direct boven
of
onder liggen. Als het signaal op die windingen zwak is kun je daar
soms
een zwakke versie van dat sterke signal horen, als een vóór of ná
echo. Zulke band-echo's zijn wel eens te horen bij Axx opnames op
CD of
vinyl, vooral bij het begin, of wanneer er een sterk geluid komt
direct
na een pauze.
Bij kabels:
slecht contact.
In
het bijzonder bij tulp-stekkertjes (ook cinch of RCA genoemd) kan
er
een slecht contact ontstaan door corrosie, of doordat ze niet goed
klemmen. Corrosie problemen kun je voorkomen door verguld
materiaal te
gebruiken, klemproblemen kun je verhelpen door het pennetje en/of
het
tulpje een beetje onrond te knijpen met een kleine tang.
weerstand
Bij
luisprekerkabels veroorzaakt een te hoge kabelweerstand en
verminderde
demping van de luidsprekers. Dit wordt doorgaans het sterkst
gemerkt
aan de basweergave die wat boemerig wordt. Zie ook Luidsprekerkabels.
Bij signaal kabels speelt de weerstand geen enkele rol.
capaciteit
Bij
lange signaalkabels (bijv. om je muziek ook in andere ruimtes te
kunnen
horen met een versterker aldaar) kan er een verzwakking van de
hoge
frequenties optreden. De uitgangsimpedantie van de signaalbron
speelt
hier ook mee.
Rekenvoorbeeld: Signaalkabels hebben een capaciteit
die tussen 100 en 400 pF/m ligt. De uitgangsimpedantie van de
meeste
moderne signaalbronnen is kleiner dan 100 Ohm. Voor een 10 meter
kabel
geeft dit dan 4 nF x 0.1 kOhm = 0.4 usec tijdconstante. Daarbij
hoort een
3dB kantelpunt van 160 / 0.4 = 400 kHz. Niets aan de hand dus.
Bij luidsprekerkabels van gebruikelijke lengte speelt de
capaciteit geen enkele rol.
zelfinductie
Bij luidsprekerkabels veroorzaakt een te grote
zelfinductie een tekort aan hoge frequenties.
De zelfinductie van een kabel hangt direct samen met de
oppervlakte van
de lus die door de heen- en weergaande aders gevormd wordt.
Als je
losse draden gebruikt zorg dan dat ze enigermate getwist zijn,
zodat ze
dicht bij elkaar blijven.
Bij signaalkabels speelt de zelfinductie geen enkele rol.
karakteristieke
impedantie en afsluiten.
Dit aspect is van belang bij hoogfrequente signalen zoals video en
digitaal audio. Zie Karakteristieke Impedantie.
Het
karakteristiek afsluiten van analoge signaalkabels en
luidsprekerkabels
is zinloos, niet zelden ontstaat er vervorming omdat de
signaalbron
zulke lage impedanties niet kan aansturen.
EMC-problemen:
aardlussen
Aardlussen
ontstaan als meer dan 1 apparaat in een audio installatie via
verschillende wegen geaard zijn. Meestal is dat geen probleem,
maar soms
heb je er last van, meestal uit het zich door een brom- of
zoem-geluid.
Er is een apart hoofdstuk over
aardlussen.
antenne
werking
Alle
elektrische geleiders werken als antenne, dus ook kabels. Alle
kabels
in een audio installatie zullen alle radio-signalen oppikken van
alle
zenders die ter plekke te ontvangen zijn. Als daar bijzonder
sterke
signalen bij zijn van zeer dichtbije zenders kan dat problemen
geven.
Zie het hoofdstuk over storing.
buurman is radiozendamateur
De
echte zendamateurs die zelf hun apparatuur bouwen (dus niet die 27
MHz
bakkenisten) hebben veelal de kennis in huis om
stoorproblemen te
verhelpen, of anders kennen ze wel iemand die dat kan. Als je er
last
van hebt spreek hem/haar er dan op aan. Zie het hoofdstuk over storing.
mobiele
telefoon
Een
mobiele telefoon is -als 'ie comuniceert met het
basisstation- een
behoorlijk sterke radiozender die op korte afstand (< 1 meter)
gemakkelijk audio apparatuur kan storen.
Je hoort dan een een
onderbroken zoemend of krakerig geluid. Als je zoiets merkt in je
audio
apparatuur hoef je je geen zorgen te maken dat je spullen
"overgevoelig" zijn en dus ook wel andere storing zullen oppikken.
Die
telefoon is gewoon op korte afstand een heel sterke stoorzender.
De remedie: Hou mobiele telefoons uit de buurt van je audio
spullen.
Wifi en BluTooth spullen
Voor
Wifi en BlueTooth spullen geld in feite het zelfde als voor de
mobiele
telefoon, alleen de sterkte van die zendertjes is veel geringer.
In de
praktijk heb je er bijna nooit last van.