Signaal Kabels  < in bewerking >                                                                                                                   <laatst bijgewerkt:  2020-12-06>
In het kort:
Signaalkabels, vaak met een protserig woord "Interlink" genoemd hebben geen enkel effect op de geluidsweergave. Ze doen het allemaal even goed = perfect. Tenzij er filtertjes of zo in verstopt zijn, en dat is altijd ontoelaatbaar.
Ook het gebruik van exotische materialen zoals zilver, koolstof, teflon, etc. biedt geen verbetering omdat er simpelweg niets te verbeteren valt aan iets wat in al z'n eenvoud al perfect is.
Vergulde oppervlakken van connectoren voorkomen op de lange termijn (vele jaren)  problemen met slechte contacten die anders wel eens optreden door corrosie.
Signaalkabels voor video-, digitale- en antennesignalen moeten een bepaalde karakteristieke impedantie hebben en correct worden afgesloten.

Verwante onderwerpen:
luidsprekerkabels     lichtnetkabels      kabels voor digitale audio signalen    video kabels    antennekabels.    Zie ook kabeltechniek

Inleiding

Allereerst de zuiver technische argumenten

Het RLC model

Verwaarlozingen en andere aannames

Handmatige berekeningen aan het RLC model

Simulatie resultaten

Verfijning van het RLC model

Geleidings problemen in koperdraad

Bewijs naar omstandigheden

Afscherming en storing van buitenaf

Wat is nog hoorbaar

Kortom

Discussies met kabeltjes fanaten.

 


Inleiding


In dit hoofdstuk verzamel ik alle argumenten voor en tegen de stelling dat bijzondere (lees dure) signaalkabels een hoorbaar effect op het uiteindelijke geluid hebben. Ik heb het alleen over "enig effect". Beter of slechter laat ik in het midden.

Mijn insteek is dat zulke effecten er -bewijsbaar- niet zijn, mits je je aan enkele eenvoudige regels houdt, maar ik zie graag tegenbewijs, en ik zal proberen om dat met technische en logische argumenten omver te halen.

Let wel: Het gaat hier over signaalkabeltjes voor analoge signalen, zoals die tussen een CD-speler en een versterker. 

Voor andere kabels gelden andere overwegingen. Zie het hoofdstuk over bekabeling.

 

De reden voor deze samenvatting is dat ik regelmatig mail krijg van mensen die bij hoog en laag zweren "zulke grote verschillen te horen" tussen diverse kabeltjes. Ik heb geen zin om iedere keer weer het zelfde verhaal te vertellen, dus ik zal die mensen in het voortaan op dit hoofdstuk wijzen.

 

Dit hoofdstuk is voorlopig niet klaar, ik zal het steeds bijwerken met argumenten tegen de nieuwe misverstanden waarmee de fervente kabeltjes luisteraars ongetwijfeld zullen aankomen. Voor deze mensen: Voel je vrij om een nieuw argument te berde te brengen dat moet verklaren dat er zulke enorme verschillen tussen diverse interconnects hoorbaar zijn. Ik zal het weerleggen.



Allereerst de zuiver technische argumenten:


Ik neem hier eerst de bekende elektronische effecten onder de loep, de tot nog toe "onbekende" volgen later.

Bedenk dat het elektrische audio signaal dat door een kabel of een analoog apparaat gaat op slechts vijf manieren aangetast kan worden.

Kijk in het hoofdstuk Hoe klinkt elektronica hoe deze effecten in het uiteindelijke geluid uitwerken.



Het RLC model:


In eerste benadering kan een signaalkabel voorgesteld worden als een netwerkje van weerstanden, capaciteiten en zelfinducties. Je kunt dan uitrekenen hoe het signaal degradeert ten gevolge van deze elementen.

Als onderzoeks materiaal heb ik een eenvoudig stereo kabeltje van de bouwmarkt genomen met een lengte van 2 meter. Metingen aan deze kabel hebben het volgende opgeleverd:

Ik heb dit kabeltje geplaatst tussen een signaalbron zoals een CD-speler, en een regelversterker.  Voor deze heb ik aangenomen:

Noot: Dit is een aanname op grond van wat de literatuur zegt over een enkele rechte ader (1 uH/meter). Voor een coaxiale kabel is het vrijwel zeker minder, aangezien de magnetische velden van de heen- en teruggaande stroom elkaar voor een flink deel opheffen.

 

Fig 1. Vervanging schema van een analoge stereo kabelverbinding

 

We zien hier links (bijv.) de CD-speler met een uitgangs versterkertrap A met z'n uitgangs impedantie Z-out.

Vervolgens krijgen we de zelfinductie Lk en de weerstand Rk van de kabel-ader. Dan de capaciteit Ck van de kabel en een mogelijke lekweerstand Rp. In de versterker zien we de ingangsweerstand Rl en de altijd ook aanwezige ingangs capaciteit Cl.

De mantel van de kabel is in rekening gebracht als de zelfinductie Lm en de Ohmse weerstand Rm. 

De connector overgangs weerstanden zijn aangeduid als RcO bij de bron en RcI bij de ingang van de versterker.

Het hele circuit is in stereo uitgevoerd zodat ook de overspraak uitgerekend kan worden.

Z-out = 1 Kohm

Lk = 2 uH

Rk = 1.2 Ohm

Ck = 400 pF

Rp = 1 GOhm

Rl = 50 KOhm

Cl = 200 pF

Lm = 2 uH

Rm = 1 Ohm       

RcO, RcIs, RcI  zijn 0.1 Ohm

Merk op dat de nul (of Gnd) van de CD-speler niet dezelfde is als die van de versterker.

De rode cijfers geven de node nummers aan van het pSpice model waarmee ik verderop aan het werk ga.



Verwaarlozingen en andere aannames


Handmatige berekeningen aan het RCL model



Simulatie resultaten


Ik heb het circuit van fig 1 doorgerekend met het computer programma pSpice. Het bronbestand van de simulatie vind je hier

In  fig 2 zie je de hoeveelheid signaal die de versterker bereikt. (let op de vertikale schaalfactor !)

Je ziet dat er vanaf ca. 5 KHz een minieme verzwakking gaat optreden t.g.v. de kabelcapaciteit.

Bij 20 KHz is dat 0.9804 - 0.9776 = 0.0028, oftewel -0.024 dB

Een dergelijke verzwakking is pas hoorbaar vanaf ca. 1 dB.

 


Fig 2 Signaalverzwakking

 

Fig 3 geeft zowel de signaal verzwakking (groen) als de overspraak (rood).

De vertikale schaal is logarithmisch. De 10 uV van de rode lijn staat op -100 dB. (iedere factor 10 in de spanning is 20 dB)

Vanaf ca. 5 Khz begint de overspraak toe te nemen tot 'ie bij 20 KHz ca 35 uVolt is. Dat is -89 dB.



Fig 3. Signaal verzwakking en overspraak



Verfijning van het RLC model


Het RLC model gaat uit van ideale weerstanden, ideale capaciteiten en ideale zelfinducties. In de praktijk zijn die dingen niet ideaal, en daarom moeten we ook hun tekortkomingen in ogenschouw nemen.

De bekende afwijkingen van het ideaal zijn:

- Bij geleiders: Het skin effect: bij hogere frequenties neemt de weerstand toe. In het hoofdstuk over kabeltechniek kun je zien dat die toename bij deze dunne draad pas bij ca. 1 MHz begint.   

- De overgangs weerstand van connector-aansluitingen kan wat vervelend doen in het geval van corrosie. Bijna altijd merk je dat aan het wegvallen van het geluid (of van 1 kanaal)  De remedie is het losnemen en weer maken van de verbinding, of wat aan de connectors draaien. Het gebruik van vergulde connectors voorkomt dit probleem.

- Bij capaciteiten zijn er de diŽlectrische verliezen (de tangens delta) en de lekweerstand: bij hogere frequenties krijgt de condensator een uiterst kleine serieweerstand.  Het effect van deze weerstand werkt hier in de "goede" richting, maar het effect is extreem klein. 
De lekweerstand van een kabeltje bedraagt normaliter vele honderden MegOhms, en dat resultert in een uiterst kleine verzwakking die voor alle frequenties gelijk is.

Capaciteiten kunnen ook nog behept zijn met  "dielectric strorage", maar: de isolatie materialen die in kabels gebruikt worden vertonen dit effect bijna niet, en zo ze het wel vertonen, het effect veroorzaakt een geringe afwijking bij extreem lage frequenties, veel lager dan 1 Hz. 

- Bij zelfinducties zijn er de hysteresis verliezen. De materialen in kabels hebben geen hysteresis verliezen, en zelfs als die er wel waren zou het betekenen dat er bij hoge frequenties in serie met de zelfinductie een kleine weerstand komt.

Met andere woorden: Ook het niet ideaal zijn van de componenten in het LRC model biedt geen ruimte voor hoorbare verschillen tussen kabels van verschillende constructie.



Geleidings problemen in koperdraad


In de high-end Hifi wereld wordt regelmatig gerept over het probleem dat gewoon koper(draad) een soort vervorming zou opleveren die veroorzaakt wordt door gebrekkige geleiding tussen de koper kristallen, en dat zou erger worden als er ook nog wat zuurstof in het koper zit. Vandaar OFC, Oxigen Free Copper, oftewel zuurstofvrij koper. Ook wordt er wel zilver toegevoegd of gebruikt in plaats van koper.

Vaak wordt dit geillustreerd met een figuurtje als dit:

 

 

Deze materie wordt behandeld in het hoofdstuk over kabeltechniek   en er is een hoofdstuk over OFC.



Bewijs naar omstandigheden



Afscherming en storing van buitenaf


De eenvoudige standaard kabeltjes hebben een afscherming die ruim voldoende is om alle storing in het audiofrequente gebied buiten te houden. Voor zeer hoogfrequente stoorsignalen zijn ze doorgaans onvoldoende. MAAR: fatsoenlijke audio apparatuur is ongevoelig voor zulke hoge frequenties, of behoort dat te zijn, en dat kan met eenvoudige middelen gerealiseerd worden, mits door het hele ontwerp-proces meegenomen.

En zelfs als de afscherming onvoldoende is, Ťn de apparatuur heeft een slechte immuniteit tegen zulke storing, Ťn er is een buitensporig hoog stoornivo (bijv. je buurman met z'n opgevoerde 27Mc bak) dan zul je dat merken aan allerlei bijgeluiden. NIET aan de strakke bas, NIET aan de "plaatsing" van de instrumenten, NIET aan de sprankelende trompetten of violen, of hoe het geluid "los komt" van de luidsprekers.

Zie de hoofdstukken Hoe klinkt elektronica    Storing    EMC   



Wat is nog hoorbaar?


In het bovenstaande heb ik vooral aangegeven hoe groot problematische eigenschappen van gewone kabeltjes maximaal kunnen zijn. We hebben gezien dat er effecten zijn in het bereik van ruwweg  -60 to -120 dB (1 promille tot 1 miljoenste) , maar dat is een geringe verzwakking over het hele frequentie bereik, en een eveneens minieme verzwakking van de hoogste frequenties. Ook kan er een geringe kanaal overspraak optreden, ca -80 dB of 0.1 promille (bedenk dat het vinylplaten systeem nooit beter was dan ca. -30 dB)

 

Hoe hoorbaar zijn zulke effecten?

Van de eigenschappen van het menselijk gehoor is bekend dat we volume verschillen van 3 dB nog net kunnen horen. Dat is een factor 2 in vermogen oftewel een factor 1.4 in signaalspanning.

Eveneens is een gebrek aan hoge of lage tonen pas hoorbaar als het 3 dB of meer is. Weer die factor 1.4

Onder bepaalde omstandigheiden kunnen effecten van 1 dB wellicht ook nog hoorbaar zijn, dat is 12% verschil in signaal sterkte.

Het is dus volstrekt onmogelijk dat we afwijkingen van promilles in het volume of in het frequentie bereik kunnen waarnemen.

Voor de kanaalscheiding geldt een vergelijkbare redenering. Daar komt bij dat bij de meeste muziekopnamen (zeker die met een live-akoestiek) de kanaalscheiding helemaal niet zo groot is, want anders krijg je het z.g. ping-pong stereo effect.

Resteren de niet-lineaire effecten waarbij er intermodulatie vervorming optreedt.

Zoals hierboven aangegeven kunnen zulke effecten niet groter zijn dan ver en ver onder de principiele ruisbronnen, want anders waren ze al lang geleden ontdekt.

Daar komt bij dat het menselijk gehoor beschikt over de eigenschap "maskering". Dat wil zeggen dat indien er een geluid A klinkt, een ander geluid B volstrekt onhoorbaar is, afhankelijk van de frequentie en de sterkte verhouding van A en B.

In het algemeen geldt dat geluiden met een hogere frequentie gemaskeerd worden als ze zwakker zijn dan zo'n -40 dB t.o.v. het sterkere geluid. 

Geluiden met lagere frequenties worden minder gemaskeerd, maar bij lage frequenties is de gevoeligheid van het gehoor ook veel minder.

Kwantitatieve gegevens over de gevoeligheid van het menselijk gehoor en de maskering vind je in mijn hoofdstuk over het gehoor.



Kortom


De signaal beschadiging door een eenvoudig standaard kabeltje is zodanig gering dat het onder alle omstandigheden volstrekt onhoorbaar is.

En waar er geen merkbare fouten zijn valt er ook niets te verbeteren.



Discussies met kabeltjes fanaten.


In de discussies die ik met kabeltjes fanaten gehad heb komen steevast 1 of meer van de volgende aspecten aan de orde: