|
|
Det bedste kabel er INTET KABEL! Af Kaj Reinholdt Mogensen Men når det ikke kan undgås, har et højttalerkabel én eneste opgave. Det skal overføre lydsignalet - strømmen - fra forstærkeren til højttaleren uden tab og frekvensafhængige ændringer. Som om forstærker og højttaler er boltet sammen uden brug af kabel. Målgruppen for dette initiativ er de, der målrettet går efter en signalvej med ingen eller absolut mindst mulig ændring af musiksignalet. Kablers ledeevne påvirkes på forskellig vis og er det dette tiltag vil forsøge at belyse.
Vekselstrøm udløser et magnetfelt med skiftende polaritet. Det betyder at højttalerkabler også frembringer magnetiske felter. Felter varierer med strømstyrke og frekvens.
Forskelle mellem tykke og tynde højttalerkabler lyder som en let opgave at beskrive. Altså bortset fra hvad den enkelte betragter som ”tyndt” eller ”tykt”. Og allerede her melder de første vanskeligheder sig. For hvorfor bekymre sig om tykkelsen, når bare der kommer lyd ud af højttaleren. Kunne vi blot alle blive enige om, at ”lyd ud af højttaleren” er kriteriet for et tilstrækkeligt tykt kabel, kan vi hurtigt sætte flueben ved opgaven. Helt så enkelt viser det sig ikke at være. Det uheldige er, at nogle har noteret sig mistænkelig hørbar forskel på forskellige tykkelser og udformninger på kablerne. Og derved er vi tilbage til at måtte viske fluebenet ud.
Min fordom. Jeg har i mange år gået i den forenklede opfattelse, at det tykke kabel ALTID er bedre end det tynde. Og den antagelse har holdt lige indtil jeg gik i gang med dette projekt. Og ikke nok med det. I de tilfælde jeg har oplevet forskel på to kabler med den samme tykkelse, har jeg givet kobberkvaliteten skylden for det. Med projektet har jeg har fået et mere nuanceret syn på sagen. Ikke at der ikke er forskel på kablers egenskaber og deraf ofte forskellig lydgengivelse, men at tykkelsen automatisk giver det bedste resultat er hermed slettet i min referenceliste. Indkøbet af et tontungt 50mm2 kobberkabel og dertil egnede solide 200 ampere kabelsko i fortinnet kobber viste i målinger, at have højere induktion end mit hidtidige 16mm2 kobberkabel. Hvad pokker var nu lige det? Jeg må have målt forkert, men lige lidt hjalp det at checke og kalibrere. Det var sådan! Den spontane logik måtte være at jo flere tråde der var i kablet jo bedre leder det strømmen. Sådan er det i hvert fald når det handler om jævnstrøm. Det ved de fleste fra et startkabel til bilen. Tykkelse er vigtigt. Vi glemmer bare – eller ved ikke – at vekselstrøm får kablet til at opføre sig anderledes. Gennem eksperimenterende målinger opdagede jeg, at et tykt kabel ikke reducerer sin selvinduktion. Selv om det er tykkere. ?????? Betragt kablets ledere som en spole (en induktion). Lægger man to ens parallelt halveres den samlede værdi. Men ligger de to ledere tæt - side om side - vil deres magnetfelter koble sig til hinanden uden at have den halverende effekt. Induktionen forbliver den samme. Kablet bliver bedre til lede lave frekvenser, men ikke bedre til at lede høje frekvenser. Søgning efter en forklaring bragte mig omkring dette link. Set i bagklogskabens klare lys kunne jeg have startet med at læse op på sammenhængen mellem induktion og skineffektens betydning for kablernes ledeevne. Se dette link. Kolonnen ”Max Frequency for 100% skin depth”. Så diskantområdet får kun ringe glæde af øget tykkelse. Fordi de enkelte trådes induktion ”kobler sig til hinanden”. De følges ad synkront. Jeg var blevet klogere. Der var således andre parametre end tykkelsen som har betydning for valget af kabel. 
Det ideelle kabel har intet frekvensafhængigt tab. Ingen induktion. Ingen seriemodstand.
Mange forsøg er gjort med at måle frekvensgangen, som funktion af kablernes egenskaber. Det kunne være rart at en frekvensmåling med rene sinustoner ville tegne et billede af det lydmæssige resultat. Men hvis en måling af en resulterende næsten lineær frekvensgang var et sikkert udtryk for godt eller dårlig vil det betyde, at alt med tilsvarende målt frekvensforløb vil lyde ens. Og det er der ikke noget der tyder på, man kan blive enig om. Vanskeligheden ligger i musikkens indhold af mange samtidige frekvenser og højttalernes varierende dynamiske belastninger suppleret med højttalernes EMF (elektromotoriske kraft) for blot at nævne få af forudsætningerne gør målingen af frekvensgangen alene, utilstrækkelig. VIGTIGT ! 1. Supplerende målinger viser med overraskende tydelighed at kablets ledere SKAL være præcis LIGE lange og de skal ligge tæt an mod hinanden med den SAMME AFSTAND fra kabelenden. Ellers mistes symmetrien og ledernes evne til at ophæve hinandens magnetfelter. Deres induktion. På mine 50mm2 kabler var der 10cm forskel på længden, som jeg konstaterede, resulterede i ca. 6% forøgelse af impedansen ved 20.000Hz. Mere skal der altså ikke til, samtidig med at kablerne længdemæssigt var forskudt for hinanden. 2. En af præmisserne for at opleve forskellen på kablernes tykkelse er, at man sørger for en ordentlig forbindelse til såvel forstærker som højttaler. Som jeg har skrevet i debatten "var jeg nået til der hvor momentet på terminalerne havde betydning for målingerne". Jo lavere seriemodstand og induktion et kabel har jo større betydning får en god kontakt mellem kablet og terminalerne. Dårlig kontakt giver risiko for forvrængning af signalet med samme karakter som en forstærker med crossover forvrængning. Det indrammede område hvor den dårlige kontakt er tydeligst er samtidig området hvor effekten er størst. Hvor strømmene er kraftigst.
Herunder er et eksempel på resultatet af dårlig forbindelse, som en skarpsindig læser gjorde mig opmærksom på. Billedet tilhøjre. Efter jeg målte min DIY forstærker målte jeg Behringer A500 forstærkeren under iagttagelse af svingende udgangsimpedans ved berøring af terminalerne. Jeg accepterede målingen, som blev opserveret og kommenteret. Herefter målte jeg igen først den høre kanal, derefter den venstre. Forinden havde jeg skruet terminalerne grundigt fast. Målingen viser vigtigheden af en ordentlig forbindelse mellem kabler og terminaler, ja hele vejen mellem anlæggets enheder. Det handler mest af alt om overflade iltning af metaller, som er årsag til forskellene og hvad det måtte medføre af eventuelle lydpåvirkninger.
Tilbage til kablernes konstruktion. Nedenfor ses sammenhængen mellem kablers længde, deres DC modstand og deres induktive bidrag til kablets ledeevne.
Forud for dette var gået en række forsøg. Nedenfor ses et eksempel sammenholdt med måleudstyrets kalibrering.
Sno kablerne ! Ud fra den ovenfor viste kurve blev jeg foreslået at sno kablerne. Og som det ses på billedet nedenfor har det den rette virkning. Ledernes reducerede afstand af hinanden er den udløsende faktor. Ledernes modsat rettede strømme og deraf resulterende magnetiske felter annullerer hinanden. Kablet linearitet forbedres.
Skineffect . Et ignoreret faktum Måling af serieimpedansen på et ”kabel” lavet af lakisoleret kobbertråd på 0,6 mm tykkelse. Det bemærkelsesværdige er det næsten perfekte lineære impedansforløb i den snoede udgave. To tråde på 0,6mm tykkelse. Kapacitet mellem lederne 300pF. Tykkelsen på tråden er IKKE TILFÆLDIG. Kobbers strømfortrængning ved 20.000Hz er den samme som trådtykkelsen, hvilket tvinger strømmen til at fordele sig i hele trådens tykkelse uansetfrekvensen. Hvilket bekræftes af impedansmålingens linearitet.
Den 15. August, 2017. Kurven nedenfor. Det foreløbige midlertidige punktum. Kablet med en lineær serieimpedans til 30.000Hz. Kapacitet på 1.27nF og egenskaber som ikke giver forstærkeren udfordringer. Kurven er så ret, at den ser konstrueret ud. MEN det er den ikke! Lyden – er desværre ikke noget at stræbe efter. Bevares – hele toneområdet er præsenteret. Men i forhold til et kabel med betydelig lavere serieimpedans mangler der kontrol med hele lydbilledet. Det er den subjektive oplevelse. Kablet har for høj samlet modstand, som blandt andet reducerer forstærkerens dæmpningsfaktor. Kablet, hvis data er vist nedenfor, tilfører alle instrumenter en klingende karakter. Som om lydene ikke stopper, når de skal og basgengivelsen mangler drive. Der mangler sammenhæng. Og gennemsigtighed.
Det påstås at tykt er bedre end tyndt! Billedet nedenfor viser sammenligningen mellem et typisk 4mm2 målt kontra det kraftige 50mm2 kabel. DC modstanden er faldet til under en femtedel. I praksis giver det tykke kabel forstærkeren bedre kontrol af højttalerens basenheder. Og alt andet lige mindre induktion end det langt tyndere. Længderne taget i betragtning. Tættere på idealet.
Tykt er bedre end tyndt. Men det viste sig at være en sandhed med modifikation. Nedenfor ses det entydige resultat af ledernes tætte kontakt med hinanden. Jo nærmere kurven kommet til en ret linje, jo bedre er kablet til at overføre strømmen fra forstærkeren til højttaleren. Upåvirket af frekvensen. Overraskelsen er at et 6 meter 50mm2 kabel har en samlet seriemodstand på 1,35 Ohm ved 20.000Hz. Reduceret til 0,45 Ohm ved at plus og minuslederne blev surret sammen i nærkontakt med hinanden. Kablets konstruktion er altså lige så vigtig som tykkelsen på materialerne det er lavet af.
Bagsiden af medaljen er at ledernes nærhed af hinanden ville forøge kablets kapacitive belastning af forstærkeren. Og det kan nogle forstærkere ikke li'. Det viste sig dog ikke at udgøre en trussel i de konkrete tilfælde, hvor selv det tykkeste kabel i de anvendte længder ikke oversteg værdier en velkonstrueret forstærker kan klare uden problemer.
Ny Ide! I konstatering af at strømmen trænges ud mod kablerne overflade ved stigende frekvenser lod jeg mig inspirere af en beskrivelse fra en suveræn oplevelse med et anlæg, hvor man anvendte kobberrør som kabler. Derfor valgte jeg at indkøbe 10 meter bremserør lavet af 4,7mmØ kobber med 1mm godstykkelse. De skulle bruges til sammenligning med de indkøbte 50mm2 kabler og mine 16mm2 kabler. Med udgangspunkt i muligheden for at måleresultaterne var under indflydelse af fænomenet strømfortrængning, var jeg interesseret i at måle og lytte på et kobberrør som elektrisk leder. Jeg var spændt på at måle og lytte til resultatet. Ikke mindst at sammenligne med 16mm2 kablerne jeg havde haft i lang tid. Et indkøb kunne jo aldrig gå værre end galt og efterfølgende kunne jeg smide skramlet i metalcontaineren. Det koster jo alligevel at lege med den slags.
Ultimativt
vil coax være det kabel, hvor den største del af de
magnetisk kræfter er udlignet, idet lederne ligger coaxialt,
og påvirkningen derfor vil ske i 360 graders
omkreds. Jeg havde forinden resoneret mig til at bevægelse ville være en uundgåelig konsekvens af modsat rettere magnetiske kræfter. Og at stive materialer ville have en positiv effekt i den sammenhæng. Med resultatet af gengivelsen fra de stive kobberrør kan man uden risiko godt drage den konklusion at materialevalg og udformning har betydning.
Sammenligner man tværsnitsarealet af mine hidtidige 16mm2 kabler og kobberrørene er der interessante forskelle. Og ligheder. DC modstanden er den samme, men det bemærkelsesværdige er det langt mere lineære impedansforløb på kobberrørene.
Konklusion og lytning. Jeg lod en af mine trofaste erfarne testpersoner lytte til kobberrørene. Uden at vide noget på forhånd. Han reagerede med ordene: "Det er ufatteligt så meget kontrol der er med alting". "Nummeret du spiller, har alle muligheder for at komme til at lyde skarpt og ubehageligt forvrænget og alligevel er det befriet for alt det og særdeles behageligt at lytte til". Selv opfattede jeg lyden fra kobberrørene tydeligt mere skarptegnende end kablerne jeg tidligere har anvendt. Tydelig fordi jeg kender anlægget og lydforskellene jeg har registreret. Det var interessant at se hans ansigt, da jeg fortalte ham at han lyttede til bremserør fra BILTEMA.
Kobberrørskablets egenskaber og deraf resulterende indflydelse på lyden. Lave frekvenser udnytter hele kablets tværsnitsareal. Hvor frekvenser i diskantområdet søger mod kablets overflade. Ved 10.000Hz eksempelvis løber strømmen i 0,66mm af kablets overflade. Og da kobberrøret har en godstykkelse på 1mm og har luft i midten løber al strøm i et bredt frekvensområde i det samme tværsnitsareal. J For at undgå misforståelser. Det er vigtigt at fastholde at skineffekt eksisterer i enhver elektrisk leder. Ikke bare i rør.
…... at jeg ikke er alene om at nå til konklusionen om at lav induktion er særdeles vigtig. Jeg citerer: Anmelderrost højttalerkabel fra svenske Supra. Den specielle PLY konstruktion der har flade ledere for størst mulig overflade mellem plus og minus lederne giver lav induktion. Lav induktion er præcis hvad et højttalerkabel skal have, for lyden kan gå igennem uden at den deformeres. Citat slut.
Efter konstruktion og test af mit DIY kabel. Undlad at fremstille og anvende kablet beskrevet nedenfor. Din forstærker risikerer at gå i selvsving og brænde sammen. Efter konstruktionen og tilslutningen af kablerne gik min forstærker i heftigt selvsving ved 3,5MHz og brændte forstærkerens primærsikring. Den overlevede dette og flere efterfølgende forsøg med tilpasning af kablet og forbedring af forstærkerens stabilitet. Kablet er en barsk sag af anvende, må jeg konstatere.
Mistanken er at kablets kapacitive og induktive værdier, sammen med dets lave seriemodstand skaber en kabelresonans med højt Q udenfor det hørbare område, som sammen med stigningen i den anvendte højttalers impedanskurve trigger effektforstærkerens feedback. Et RC led over højttalerklemmerne og supplerende ændring af forstærkerens VAS sektion genskabte stabiliteten. Jeg har ikke udstyr til at måle den formodede kabelresonans. Link til supplerende forklaring. Jeg har fået kablerne og forstærkeren til at enes.
Jagten på det ultimative (Et studieprojekt. Jeg fralægger mig ansvaret for fremstilling og anvendelse!) Knapt er fluebenet sat og opgaven løst, før tanken melder sig. ”Det må kunne gøres bedre”. Lavere og mere lineær impedans i hele det hørbare område. Er det muligt? Det besluttede jeg mig for at finde ud af.
Baseret på iagttagelsen af to modsat rettede lederes teoretiske annullering af deres gensidige magnetiske påvirkning og dermed ophævelse af deres induktion byggede jeg videre på eksperimentet. Ud over den forandrede konstruktionsmetode blev fordobling af længden til 4 meter en uventet udfordring. Resultatet ses nedenfor. To kurveblade. Det første med kalibrerings resultatet af mit måleudstyr. Så tæt på nul er det vigtigt, at det er på plads. Det andet kurveblad er målingen på kablet sammenlignet med kalibreringskurven. Bemærk cursorværdien på begge kurveblade. Differencen mellem værdierne er kablets data.
Prototypen Kablet, hvis data er vist ovenfor, består af 48 individuelle 1,5mm2 massive kobbertråde, som parvis - en plus og en minus - er snoet sammen med et ens antal snoninger. Alle ledere er PRÆCIS lige lange. Alle plus og minus ledere er hver for sig samlet i begge ender og termineret. Det samlede tværsnitsareal er 36mm2. Der indgår lige knapt 200 meter enkeltleder til hver 4 meter højttalerkabel. Kun gennem den specielle fremgangsmåde og brug af massive ledere er det mulig at nå den viste linearitet i kablets egenskaber. 4 meter <= 0,01 Ohm @ 5-25.000Hz Ved at sno en plus og en minus leder sammen ophæver man deres gensidige induktion. Derefter lod jeg to af disse sammensnoede ligge parallelt, let sammensnoede. Jeg konstaterede at den magnetiske kobling mellem dem var ophævet. Derfra var virkningen den, at jeg kunne parallelforbinde det nødvendige antal parvis snoede ledere indtil induktionen nåede det ønskede lave niveau. Kablets induktive værdier blev således lagt parallelt med hinanden. Og derved halveret for hver fordobling i antallet af ledere. Helt forskellig fra resultatet af et tykt kabel som beholder sin induktion på grund af den magnetiske kobling mellem kablets enkelttråde.
Bortset fra at stå med et uhåndterligt tungt kabel hvor kabelskoene tilsammen vejer som en mindre klasse D forstærker. Bortset fra behovet for meget kraftige højttalerterminaler. Bortset fra at kablet bringer forstærkeren i overhængende fare for at gå i selvsving og brænde af, bekræfter gengivelsen, at et reduceret induktivt bidrag til samlet lav serieimpedans er vejen frem til ”et kabel uden lyd”. Jeg er ikke længere i tvivl om den entydige sammenhæng. Men vejen dertil er belagt med torne, med stor fare for at ”punktere” undervejs, som jeg gjorde. Kombinationen af kablets elektriske værdier udfordrer forstærkeren på uheldig vis. Jeg slap med udskiftning af en sikring, men det kunne have gået MEGET MEGET VÆRRE!! Jeg kan da heller ikke ”i bagklogskabens klare lys” anbefale andre at gå så drastisk til værks. Uanset det positive i sammenhængen. Lyden. Det lyder af INGENTING og ALTING på samme tid. Enklere kan jeg ikke beskrive det.
Mine to ens sæt højttalere med forskellige delefiltre giver heller ikke samme respons på de samme kabler. Højttaleren med den største forskel mellem de anvendte kabler er den med det simpleste filter. Hvilket ikke bør overraske i sammenhængen. Reduktionen af serieimpedansen er delt i to elementer. DC modstand plus serieimpedansen af kablets samlede induktive bidrag. DC modstanden er simpel. Forøg de elektriske lederes tværsnitsareal og så er den hjemme! Men reduktion af kablets induktive værdier følger ikke automatisk med nedad. Og gør den ikke det, er man lige vidt. Deri ligger udfordringen i konstruktionen. Og så er jeg i øvrigt ligeglad med om nogle mener jeg slår det stort op. For stort op. Det er min arbejdsform. Man kan jo bare selv gå i gang. Men hvem siger alle kan li' ”kabler uden tab”? Uden ”lyd”? Det er jo langt fra givet ….....forstår jeg på de, der efter købet af nye kabler efterregulerer med tonekontroller og equalizere.
FINALEN med kobberrørskablerne. Det er tydeligt, at kablernes konstruktion har større betydning for resultatet end tykkelsen på kablets ledere. Resultatet - ”kablets lyd” - for de der foretrækker at anvende den betegnelse. At tynde elektriske ledere i den rette konstruktion har mindre induktans end monster tykke kabler har overrasket mig meget. Traditionelle kraftige dobbeltleder kabler med tykke ledere og lav seriemodstand ved lave frekvenser har typisk høje værdier (dårlig ledeevne) ved høje frekvenser og tynde ledere som rigtigt arrangeret har det stik modsatte. Forenklet forklaret. Teknisk set er balancen mellem seriemodstand, induktion og kapacitet afgørende for det samlede resultat. Nedenfor ses resultatet af fusionen af to koncepter. Kobberrørene med det positive lydindtryk. Et udslag af en positiv effekt i sammenhæng med strømfortrængning? Måske? Sammenkoblet med det overraskende resultat af lineariteten til over 30.000 Hz ( ! ) gennem anvendelsen af 2x6 0,5mm massiv kobbertråd i tæt kontakt. De to løsninger i parallelforbindelse giver hinanden den styrke de hver især mangler. Ved at have prøvet dem af hver for sig og sammen kan jeg med sikkerhed bekræfte værdien af sammenhængen. Det interessante er, at man nu uanstrengt fokuserer på musikken. Oplevelsen. I min kombination i det mindste. Om man vil kunne li' resultatet er en smagssag. Som altid. Samtidig er der nogle forudsætninger, der skal være opfyldt for at få det fulde fornøjelse af ideen. En af hindringerne er tilstedeværelsen af en spole i forstærkerens udgang. Er dens induktans (induktive værdi) tilsvarende kablets er værdien af anstrengelserne halveret. I nogle tilfælde udvisket. Så er der højttalerne. Deres konstruktion og deres filtre især. I min opstilling med to ens sæt højttalere med forskellige delefilter giver kablernes elektriske egenskaber ikke samme tydelige resultat på dem begge. Den med det enkleste delefilter reagerer tydeligst på ændringerne. Og det er vel egentlig meget naturligt i en kæde af led, hvor kablet er et af dem. Uanset den tekniske konklusion giver sidstnævnte udgave af højttaleren den mest naturlige og ægte fornemmelse af oplevelsen. I modsætning til mit ”monster” kabel projekt overfor beskrevet, udgør konstruktionen en belastning, som forstærkeren kan li' . For at forbedre overskueligheden har jeg udeladt faseforløbet på alle målinger. Også på denne. Men jeg nåede at bemærke at faseforløbet var helt fladt op til 30.000Hz, i modsætning til alle andre målinger. Og kigger man på kurvens impedansforløb over 2kHz ligner den da heller ingen af de øvrige hvor induktionens karakteristiske forløb ligner den sorte linje på kurvebladet. Det anvendte tynde kabel med det lineære forløb og ”den klingende gengivelse” parallelforbundet med (shuntet) af kobberrørene lader til at bringe det bedste frem i begge. ”Den klingende karakter” forsvandt. Basgengivelsen fik ”drive” (fra den lave seriemodstand) og lydbilledet fremstår klart, dybt og tredimensionelt. Naturligt. Ægte. Behageligt at lytte til. Selv om der er entydige sammenhænge i lydgengivelsen relateret til kablers konstruktion og elektriske egenskaber er der fortsat ingen garanti for at det opleves ens for alle, da forstærkere, kabler og højttalere reagerer forskelligt på hinandens elektriske egenskaber. Hermed sætter jeg flueben ved opgaven.
Appendix Kurven nedenfor viser impedansforløbet på spolen, som sidder i højttalerudgangen på de fleste analoge forstærkere. Spolen, som almindeligvis er monteret for at sikre dens stabilitet. Især stabilitet ved kapacitive belastninger.
”At bruge et kabel med ulineær ledeevne svarer til at forbinde forstærkerens kraft og højttalernes membraner med en elastik”. ©Kaj Reinholdt Mogensen Supplerende kildemateriale.
|
Magnetiske
højttalerkabler.
H.
C. Ørsted beviste for mange år siden at strøm
gennem en ledning udløser et magnetfelt. Han anvendte
jævnstrøm.
Kabler
besidder induktion, hvis egenskab
betyder stigende modstand i takt med stigende frekvens.
Kablet leder derfor ikke alle frekvenser lige godt.
Kombinationen af og sammenhængen mellem det ledende
materiales strømfortrængning og induktionen i kablet
har betydning for kablets elektrisk dynamiske ledeevne.
Med induktionens faseforskydning mellem spænding og strøm
er der således flere elementer som har indflydelse på
højttalerkablernes evne til tabsfrit at overføre
lydsignalet.
Kabler
skal bare være tykke, så er alt godt!
Det
synes tydeligt at man koncentrerer sig mere om hvilket fabrikat
der er bedst. Uden at gøre sig de allermindste
anstrengelser for at finde årsagen til en forskel man
bemærker.
Til
højre ses metoden til at måle kablets serieimpedans.
Det
var med nogen spænding jeg klippede de ti meter kobber
bremserør i FIRE HELT ENS stykker og isolerede dem med en
løs krympeflex. Med erfaringerne fra 50mm2 kablet
besluttede jeg, at lægge rørene tæt sammen og
omvikle dem med papirbaseret malertape. Sammenligningen ses
ovenfor. Det er værd at iagttage seriemodstanden ved 5Hz er
stort set den samme. Og ser man ”kablerne” sammen er
tvivlen om målingens rigtighed ikke langt væk. Men det
er sådan!
Evaluering.
