Lautsprecherkabel

Klingt ein linksverdrilltes Kabel oder ein rechtsverdrilltes besser?

Oder kommt es auf die Stromrichtung an? Die Marketing-Verwirrung ist komplett. Es gibt derartig viele Meinungen zum "Klang von Kabeln", Richtungsabhängigkeit, Einspielen, Material, Kupfersorten… Das meiste davon ist Esoterik-Bockmist.

Interessante Fragen um das Thema Lautsprecherkabel die man rational klären kann gibt es trotzdem einige.

Wie dick muss es sein?

Die Mindeststärke ergibt sich zunächst einfach aus der Anforderung für die Betriebssicherheit. Ist das Kabel zu schwach, erwärmt es sich… dummstenfalls brennt die Bühne ab. Also die Strombelastung bestimmt den Mindestquesschnitt. Dafür gibts Normen und Tabellen, kann jeder selber nachlesen. Ein zweiter Gesichtspunkt zur Dimensionierung ist die Ökonomie: je dünner das Kabel desto höher die Verluste darin selbst wenn es nicht gleich abbrennt. Die Verluste muss man bezahlen, mit mehr Verstärker und mehr Stromkosten. Und je länger das Kabel desto schlechter sieht die Bilanz aus. Dickere Kabel kosten auch Geld, also kann man ein Optimum ermitteln, für das weitere Querschnittsteigerung den ökonomischen Nutzen nicht mehr steigert. Übertragungstechnisch ist das Kabel damit aber noch nicht optimiert.

Kupfer, OFC Kupfer, Silber … Supraleiter?

Leitkupfer wird in der DIN EN 13604 über den Mindestwert der Leitfähigkeit (57×106 S/m) definiert. Über Reinheit wird da nichts ausgesagt. Die Leitfähigkeit für Cu-ETP (O-haltig) wird mit > 58 S/m angegeben, für ultrareines Kupfer ist der Werte 58,65 S/m angegeben, also 1% besser. Die Daseinsberechtigung für sauerstofffreies Kupfer kommt aus dem Apparatebau: Da der Sauerstoffgehalt bei Temperaturbehandlungen (Hartlöten…) zu ernsten Problemen führen würde. Die durch OFC erreichbare 1% Verbesserung der Leitfähigkeit ist sehr viel billiger durch 1% mehr Querschnitt zu erreichen. Genauso wenig ökonomisch ist die Verwendung von Silber als Leiterwerkstoff.

Nichtlinearität

Bei genauer Betrachtung sind Kabel tatsächlich nichtlinear. Der Stromfluss verursacht abstossende Kräfte zwischen den Leitern. Diese Kräfte steigen mit I²/r (I=Strom, r=Leiterabstand). Für einen Strom von 10 A in 3 mm Adernabstand sind das z.B. 0,066 N. Diese Kräfte wirken beschleunigend auf die Masse der Kabeladern. Die Isolierung hat ein endliches Elastizitätsmodul und verformt sich entsprechend, und das auch noch nichtlinear. Die Bewegung der Andern ist also durch die Masse + Nachgiebigkeit Tiefpassgefiltert. Die Bewegung führt zu einer gegensinnigen Änderung der Kapazität und der Induktivität. Das verfälscht tatsächlich das übertragene Signal. Dass das so ist, heisst noch lange nicht dass es eine Rolle spielt. Wenn man das berechnet bekommt man Harmonische die in einer nicht messbaren Größenordnung liegen. Wer behauptet das hören zu können sollte einen Arzt aufsuchen. Dieser Effekt wurde wissenschaftlich untersucht und ist nachgeweisen, allerdings nur für Kopfhörerkabel (AES Converion e-Brief 532), und die Unterschiede der Signale im Hörtest wurde nur simuliert.

Der Einfluss der Spannung auf die Kapazität eines Übertragungskabels ist seit 2020 auch nachgewiesen (AES Paper 10338, Akihiko Yoneya), allerdings explizit für hohe Abschlusswiderstände. Die Schlussfolgerung in diesem Paper lautete, dass bei genügend geringem Abschlusswiderstand am Kabel dieser Einfluss unmessbar wird.

Wellenwiderstand, Impedanzanpassung

Es wird kolportiert dass die Impedanzanpassung aller Komponenten also Verstärker, Kabel und Lautsprecher das optimal wäre. Also für einen 4 Ω Lautsprecher ein Kabel mit 4 Ω Wellenwiderstand. Demnach müsste der Verstärker 4 Ω Ausgangsimpedanz haben? Die Forderung nach Impedanzanpassung kommt aus der Signaltechnik und zielt auf die Maximierung der übertragenen Signalleistung zum Endpunkt ab. Der Wellenwiderstand ist Relevant wenn die Wellenlänge des Signals in die Größenordnung der Leitungslänge kommt, das wäre bei 20 kHz also 15 km. Nichts davon will man bei der Ansteuerung eines Lautsprechers. Es gibt also keinen vernünftigen Grund warum also das Lautsprecherkabel einen bestimmten Wellenwiderstand haben müsste, oder warum ein Verstärker eine bestimmten Ausgangwiderstand haben müsste.

Induktivitätsbelag, Skin-Effekt, und Stromverdrängung

Der Skin-Effekt erhöht bekanntlich den Realteil der Impedanz des Leiters mit steigender Frequenz. Die Frequenz ab der diese Anstieg stattfindet hängt vom Querschnitt ab: Je dicker der Leiter desto tiefer diese Frequenz.

Hier einige Kabel im direkten Vergleich gemessen: Lautsprecherlitze 0,75 mm² und 6 mm² und HF-Litze 120×0,1.

Impedanzdiagramm Für kleine Frequenzen ist der grössere Querschnitt klar um den Faktor 8 im Vorteil. Die Frequenz bei der der Ansteig beginnt liegt aber bei dem dünneren Kabel bei 3…4 kHz, bei dem 6 mm² Kabel aber schon bei 500 Hz. Trotzdem bleibt das dickere Kabel auch bei 20 kHz im Vorteil, wenn auch nur noch mit dem Faktor 2. Die HF-Litze ist, obwohl nur knapp unter 1 mm² Querschnitt bei 20 kHz selbst dem 6 mm² Kabel überlegen. Wenn man also Bi-Amping betreibt, könnte man auf die Idee kommen für den Bass Part ein 6 mm² zu nehmen, und für den Hochton Part eine HF Litze. Für einen Tieftöner, der ohnehin von hohen Frequenzen nicht viel mitbekommt dürfte der Einsatz einer HF-Litze ziemlich übertrieben sein.

Ein weiterer interessanter Effekt sieht man in dieser Messung: Dabei wird das selbe Kabel einmal gerade und einmal aufgerollt gemessen, und siehe da: Aufrollen führt zu stärkerem Anstieg der Impedanz! Einzelimpedanzen des 6 mm² Kabels Die Einzelkomponenten der Impedanzen zeigen dass bereits im Hörbereich die Induktivität mit 670 nH/m der deutlich größte Impedanzteil ist. Die Ursache des Impedanzanstiegs des aufgewickelten Kabels ist einerseits die Induktivität der Spule. Obwohl diese bifilar gewickelt ist heben sich die Induktivitäten der beiden Adern nicht perfekt auf. Als zweite Ursache ist aber auch der Proximity-Effekt messbar (hier sind schon deutlich Messunsicherheiten zu sehen da diese Werte durch Differenzbildung aus kleinen Werten berechnet sind). Aufgerollte Lautsprecherkabel sind also äusserst kontraproduktiv, und ohnehin unökonomisch. Kabel aufgerollt Einzelimpedanzen des 0,75 mm² Kabels Der induktive Anteil des dünneren Kabels ist mit 790 nH/m etwas höher als bei dem 6 mm² Kabel. Nur der Realanteil der Impedanz ist höher. Einzelimpedanzen der HF-Litze Bei der HF-Litze ist der Realteil der Impedanz im Audio-Bereich nahezu perfekt konstant. Sein Induktivitätsbelag ist mit ca. 143 nH/m geringer als bei den Zwillingslitzen, obwohl bei dieser Litze keine spezielle Wechselwickelung verwendet wurde ist aber der Abstand der beiden Adern viel geringer, da die dicke Isolierung und der Steg fehlt. Dieser Wert ist 2,7 mal besser als der des durchaus guten Kabels Mogami 3082.

Obwohl ein RG58 ein HF Kabel ist, hat es einen Leiterquerschnitt 0.7 mm², der zumindest eine Betrachtung interessant macht: Einzelimpedanzen des RG58 Der Induktive Anteil ist gemessen mit 314 nH/m im Vergleich gering. Der Ohmsche Widerstand ist 78 mΩ/m und der Kapazitätsbelag laut Datenblatt 101 pF/m. Ein RG213 ist ebenso ein 50 Ω Kabel, und hat entsprechend die gleichen Werte, nur dass der Querschnitt hier 4,5 mm² ist. Damit sind die Werte dieses Kabel sogar dem Mogami 3082 um den Faktor 2 überlegen, bei nur 1/4 des Preises, also 8× besser. Nachteilig ist nur der grosse Durchmesser 10 mm und der grosse Biegeradius.

Fazit

Die Induktivität ist jedenfalls bei herkömmlich Zwillingsleitungen die problematischste Komponente, der Skin-Effekt ist im Vergleich dazu vernachlässigbar. Bei Kabelaufbauten mit reduzierter Induktivität ist HF-Litze durchaus eine Verbesserung. Kabel an sich sind um so besser je dicker sie sind, ob diese in einem System sinnvoll sind hängt vom Verhältnis der Kabelimpedanz zur Lastimpedanz und Quellimpedanz ab. Bei einem Lautsprecher mit 8 Ω an einem Verstärker mit einer Quellimpedanz von 50 mΩ würde selbst ein 100 mm² Kabel oder selbst ein Supraleiter den Dämpfungsfaktor nicht über den Wert von 160 Steigern, wohl aber die Leitungskosten!

Ob diese ganzen Bemühungen im rechten Verhältnis stehen zu den Verbesserungen ist zumindest bei Passivweichen vor den Lautsprechern sehr zu bezweifeln. Besonders Luftspulen weichen in ihren Ausführungen sehr stark vom Ideal ab. Auch wenn diese mit massiv dicken Kupferdrähren aufgebaut sind, haben diese trotzdem einen sehr hohen DC Widerstand, weiter vermiest durch den Skin-Effekt und den hier noch viel stärker den Proximity-Effekt. Selbst die sog. Null-Ohm Spulen sind mit 50 mΩ angegeben, und die haben einen Eisenkern, den man im High-Eng-Bereich ja garnicht möchte. Selbst eine Mundorf Silberfolienspule SFC14 hat bei Baugrößen für den Bassbereich (~2 mH) 300 mΩ, ob man sich da um 1 mm² oder 10 mm² Kabel noch Gedanken machen muss ist die Frage. Andererseits: wenn man schon 3600 EUR für eine solche Spule ausgeben kann, ist ein - wenn auch nutzloses - 2000 EUR Kabel wahrscheinlich auch nicht der Ruin. Hier ein Beispiel einer Impedanzverlauf einer LuftspuleSpule für Frequenzweichen. In diesem Fall ist schon der DC Widerstand über 2 Ω, der Realteil steigt aber durch Skin-Effekt und Proximity-Effekt stark an und überschreitet bei 2 kHz bereits 8 Ω. Mit einer solchen Spule in der Weiche ist jedem klar, dass man mit dem Kabel nicht viel Aufwand treiben braucht.

Die Terminierung

Wenig Augenmerk wird auch auf die Terminierung gelegt: Der Übergangswiderstand bei Klemmverbindungen hängt ganz wesentlich vom Anpressdruck ab. Also Verschraubungen mit Rändelschrauben oder Federklemmen sind massiven Schraubverbindungen mit zum Beispiel 6-Kantschrauben deutlich unterlegen. An solchen Stellen handelt man sich schnell ein paar mΩ ein. Bananenstecker sind hier selbst mit vergoldung völlig ungeeignet.

Einspielzeit, Richtungsbhängigkeit

Angeblich ändert sich der Klang wenn ein Kabel lange Zeit ein Signal überträgt. Angeblich kann man hören wenn das Kabel "falsch" rum verwendet wird. Als Erklärung liest man das liege an der Kristallstruktur, das Phänomen sein noch nicht bis ins Letzte geklärt… Was ein pseudo-wissenschaftliches Geschwafel! Merkwürdig dass sich auch das Meßtechnisch nicht erfassen lässt. Ich hab auch noch keine empirische Studie gesehen die dies belegen würde.

Alternative Kabel?

Rohre oder rohrförmige Litzenanordungen als Leiter haben den Vorteil guter Materialökonomie: der für höhere Frequenzen ohnehin nutzlose Kern der Ader wird eingespart. Der Impedanzanstieg beginnt bei höheren Frequenzen. Der nächste Schritt ist dann sicher eine koaxiale Anordnung wie zum Beispiel das Mogami 3082, diese Anordnung ist dann nach aussen Feldfrei. Damit werden EMI Störungen geringer und der beschriebene Effekt durch Aufrollen fällt weg. Grundsätzlich werden beim parallelschalten die Kapazitäten der Leitungen addiert und die Induktivitäten vermindert. Diese Überlegung führt dann beispielsweise zum Flachbandkabel.

Und wie klingt das richtige Kabel?

Ich gehe aber davon aus, dass übertragungstechnisch nachweisbare Unterschiede zumindest das Potenzial haben einen klanglichen Unterschied zu erzeugen, was nicht heißt, dass das zwangsweise so sein muss. Das Gehör ist schliesslich eine Musterekennung und kein Messgerät zur Quantifizierung.

2021-06-07, es bestehen keinerlei Abhängigkeiten von mir von den genannten Marken und Herstellern