Artikkel

Magiske høyttalerkabler - del 2

Low capacitance speaker cables
Eksotisk høyttalerkabel med stor avstand mellom lederne (Schnerzinger)

Magiske høyttalerkabler - del 2

Del 1 av denne artikkelen handlet om hvor viktig det var å ha tjukk nok kabel for å få ned motstanden. Den viste også to eksempler på litt mer eksotiske kabler.

Den første hadde ekstra stor avstand mellom lederne og var plassert på egne føtter for å få avstand fra gulvet. Den var laget for å minimalisere kapasitans mellom lederne. Den var også laget for at det skal være minst mulig påvirkning fra vibrasjoner som høyttalerne selv har laget.

tvunnet.jpg
Tvunnet multilederkabel

Den neste var en kabel som var laget ved å tvinne sammen mange tynnere ledere, i dette tilfellet en gjør-det-selv kabel. Den var designet for å få minst mulig induktans og også for å få minst mulig skinn- eller strømfortrengningseffekt.

Det mangler ikke på vitenskapsbaserte begrunnelser for hvordan kabler påvirker lyden. Det er faktisk så mange av dem at denne bloggposten, som har ambisjon om å si noe om dem alle, faktisk blir litt lenger enn det jeg synes den bør være. Om du er utålmodig får du heller gå til slutten og se konklusjonen, Men for de nysgjerrige, så tar jeg for meg én etter én av egenskapene her.

Liten induktans eller liten kapasitans, hva er det egentlig som er viktigst? For nest etter motstand er det induktans og kapasitans som betyr noe. Aller helst så skulle begge være null. En kabel kan lages slik at man får lite av det ene mot å få mye av det andre. Men det er ikke mulig å lage en kabel med både liten induktans og liten kapasitans. Og enten man har det ene eller det andre så bidrar de begge til å dempe diskanten. Litt sleivete sagt så sperrer induktansen for høye frekvenser og kapasitansen kortslutter bort de høye frekvensene. Og selv i en vanlig kort høyttalerkabel gjør dette at bassen ankommer litt senere enn diskanten (dispersjon).

Men i en kort høyttalerkabel svarer ikke forskjellen i tidsforsinkelse til noe mer enn om diskantelementet i høyttaleren ble flyttet maksimum én mm tilbake, så det har minimalt med betydning. Dessuten er dempingen av diskanten så liten at det nærmest kan glemmes. Skal man likevel minimalisere tapet for høye frekvenser så lønner det seg likevel å designe med lav induktans heller enn lav kapasitans når man snakker om høyttalere. Altså er det en fordel at lederne ligger tett sammen slik som de gjør i de aller fleste kabler og ikke slik som i kabelen i det øverste bildet.

Noen kabeldesignere legger vekt på å minimalisere refleksjon av signalet fra endene av kabelen. Da må man tilpasse seg kabelens karakteristiske impedans. Dette er velkjent fra kabel-TV der impedansen er 50 eller 75 ohm. For det første er det ikke mulig å lage kabler med impedans så lav som som en høyttaler på 4 eller 8 ohm. Men enda viktigere er det at TV-kabelen er lang i forhold til signalets bølgelengde. Det motsatte er tilfelle for lydkabler der den høyeste diskanten har bølgelengde på minst 10 km og bassen enda mye lengre. Derfor kan ikke høyttalerkabler forstås som transmisjonslinjer og alt snakk om impedanstilpasning er meningsløst.

Pupin insulator
Pupin-spole på isolator øverst i en telefonststolpe (American Electrician 1903)

Men med gammeldagse telefonkabler som kan være så lange som 100 km er det annerledes, for de må betraktes som transmisjonslinjer, ofte med karakteristisk impedans på 600 ohm. Da oppdaget man allerede i 1900 at det å legge til spoler (induktans) med jevne mellomrom, såkalt pupinisering, var en fordel. Det finnes høyttalerkabler med dette også. Men igjen er det en modell for en lang kabel som er brukt, ikke den som gjelder for 4-5 m lange høyttalerkabler. For dem er det, som jeg skrev over, en fordel med det motsatte, nemlig lav induktans.

Andre vektlegger at deres kabler unngår resonans. Det kan høres besnærende ut, da et system som har induktans og kapasitans jo alltid har en resonansfrekvens. Men her er det en sammenblanding av to modeller.  Lavfrekvensmodellen for en kabel, den som gjelder for audio, har en diskret induktans og en diskret kapasitans i seg. Regner man på det så finner man en resonans på én MHz eller to, altså langt høyere enn det som er hørbart. Bare det skulle tilsi at det ikke har noe å si. Men ved disse frekvensene spørs det nok om man heller må bruke en annen model, nemlig transmisjonslinjemodellen som er nevnt over. Den har distribuerte induktanser og kapasitanser og det gir ingen resonans. Så hele resonansproblemet er nok et konstruert problem.

Nært beslektet med motstand er skinneffekten eller strømfortrengningseffekten.  Det betyr at jo høyere frekvens, jo mer er strømmen i ytre del av lederen. Selv ved 50 Hz, som i elektrisitetsforsyingen, går ikke strømmen noe særlig mer enn én cm inn i en kobberkabel. Ved 20 kHz er skinndybden ca 0,5 mm. Dette betyr at for de litt tykkere kablene (2.5 mm2og mer) så øker motstanden noe med frekvensen. Proksimitets- eller nærhetseffekten som handler om at strømmene i de to lederne påvirker hverandre, bidrar også i samme retning.

Flat kabel
Flat kabel som er 12,5 cm bred (Magnan Audio Cables)

En del dyrere kabler er designet med mange ledere som hver for seg er tynnere enn inntrengningsdybden, slik som vist i bildet over, for å unngå dette. Alternativt kan kabelen lages flat og med en tykkelse som er mindre enn skinndybden, slik som vist ved siden av. Det er for øvrig ganske fint hvis kabelen skal legges under teppet!

En tredje måte å gjøre det på er å lage en hul koaksialkabel, slik som brukes for kabel-TV. Den dyre Pear Anjou kabelen som irriterte James Randi, er bl.a. bygget slik (se del 1). Men i forhold til den økningen i impedans som skyldes kabelens induktans, er bidraget fra disse skinn- og prokisimitetseffektene ikke særlig store. Likevel skader det jo ikke noe om en kabel minimaliserer disse effektene, men det spørs om det er verdt  pengene. Skinn- og proksimitetseffektene, som jo er virkelig målbare effekter, illustrerer poenget om at selv om noe kan måles og analyseres så betyr det ikke nødvendigvis at det er viktig.

Hvordan kan det ha seg at noen eksotiske kabler er laget med stor avstand mellom lederne for å få lav kapasitans, når jeg har sagt over at det lønner seg heller å få liten induktans? Ofte kommer det av at de har fokusert på en hukommelseseffekt som finnes i kondensatorer og som skyldes dielektrisk absorbsjon. Selv når en kondensator tilsynelatende lades helt ut, så kan den huske noe av ladningen likevel. Jeg har illustrert det i en YouTube video. Det er en reell effekt og da særlig i kondensatorer med stor kapasitans, mye større enn i en kabel. Det har med kvaliteten på materialet mellom lederne å gjøre. Materialer som teflon minimaliserer det, men enda bedre er luft slik som i kabelen som svever på holdere over gulvet i bildet over. En kabelleverandør kan gjøre et stort nummer av sin teflonisolasjon og legge ut om hvordan kabler kan være ’ulineære’ og smøre ut lyden og gi dårlig stereobilde. Er det reellt? Egentlig ikke, da effekten er lineær siden den kan modelleres med et nettverk av kondensatorer og motstander. Det har analogguruen Bob Pease illustrert. Ingen av disse kan forvrenge et signal.

Så er det de som legger vekt på materialet i lederne. Som nevnt tidligere er det viktig med god ledningsevne. Med sin gode ledningsevne, akseptable pris og gode mekaniske egenskaper er det ikke rart at kobber er så populært. Men det blir så vidt slått av sølv som har 5% lavere motstand enn kobber. Gull kommer ikke så bra ut da det har nesten 50% mer motstand, men det er velegnet i kontakter da det ikke oksiderer. Man kan få dyre høyttalerkabler med sølv. Men det spørs om det ikke heller lønner seg å øke kobbertversnittet med 5% heller enn å bruke det ganske mye dyrere og mekanisk mye skjørere sølvet.

Det er også mange som legger vekt på renheten i materialet.  Her er det på sin plass å si noe om hvordan signalet egentlig føres langs en kabel. En vanlig analogi er et vannrør. I en kabel er det da elektroner som skal flyte som vann i kobberet.  Men det begynner å halte når man ser på at transporthastigheten for elektroner i et materiale som kobber ikke er rare greiene. Den øker med frekvensen men blir aldri mer enn noen titalls m/s. La oss si at et kraftverk som ligger 500 km unna starter opp og strømmen fraktes med elektroner som går med 10 m/s. Da vil det ta nesten 14 timer før jeg merker at strømmen er skrudd på! Her har tydeligvis bildet med vannrøret brutt sammen.

Korroderte kabler
Ingen liker korroderte kabler

For det er ikke elektroner som frakter energien, men et elektrisk og magnetisk felt som brer seg nesten like fort som lyset og som går mellom lederne. Feltet induserer strøm og flytting av elektroner i kabelen. Men all forflytning av elektroner betyr tapt energi. Det er derfor høy ledningsevne i kabelen betyr mindre tap. Derimot vil ikke urenheter bety noe, med mindre det påvirker ledningsevnen, da den energien som kommer inn i materialet uansett går tapt som varme.  En annen ting er at  kobberkvaliteten både påvirker hvor fleksibel kablen er, og hvor god den er til å motstå korrosjon. Oksygenfritt kobber (OFC) er ofte å foretrekke.

Det samme gjelder de som argumenter for at det blir forvrengning hvis kabelen består av flere sammentvunnede tråder. Derfor finnes det stive og uhåndterlige kabler som er laget av massivt kobber. Tankegangen er at det skal skje en likerettingseffekt i overgangen mellom kobber og oksidert kobber, omtrent som i et krystall i et gammeldags krystallapparat. Men denne energien går tapt som varme den óg. Dessuten burde slik forvrengning være mulig å måle, men slike målinger har jeg aldri sett noe til. Argumentet om at kabelen må innkjøres i flere timer eller at det er viktig hvilken retning den er koblet faller også på sin egen urimelighet. Husk likevel at det er fortsatt viktig at begge høyttalere polariseres likt, så det er ikke likegyldig hvilken av de to kabelendene som kobles til hvilken av høyttalerterminalene. Men dette er en ren akustisk effekt som har med at begge høyttalermembraner skal bevege seg inn og ut i takt og det har ingenting med kabelens egenskaper å gjøre.

De som har vært borti rørforsterkere kan ha lagt merke til at om man banker på et rør så kan det høres i høyttaleren. Det er en mekanisk eller triboelektrisk effekt som også kan merkes i dårlige mikrofonkabler. Faren er at lydtrykket fra høyttalerne selv kan få kablene til å vibrere og skape forvrengning. Noen henger seg oppi dette ved design av høyttalerkabler og argumenter for valg av geometri og isolasjonsmateriale ut fra det. I og med at det er mulig å fjerne fra mikrofonkabler med sine veldig lave signalnivåer så sier det seg selv at dette ikke kan være noen viktig effekt i en kabel med så sterke signaler som for høyttalere.

Det finnes og en motsatt effekt. I og med de store strømmene som går i en høyttalerkabel så blir det krefter mellom lederne som kan gjøre at de tiltrekker og frastøter hverandre. Hvis det skaper bevegelse så kan det gi opphav til et nytt signal som kan forstyrre og forvrenge det egentlige signalet. Dette brukes som et argument for å legge lederne langt fra hverandre. Men kuren må jo heller være å lage en mekanisk stabil konstruksjon. Dessuten er dette heller ikke noe som jeg noen gang har sett kvantifisert i form av en måling så jeg tviler på om det er noe å bry seg med.

Radiosender
radio interference

Til slutt så kommer et viktig poeng som er lett å glemme. Det er muligheten for at kabelen skal virke som en antenne og plukke opp uønskede signaler. Det gjelder særlig signaler som er utenfor det hørbare området. De blir sendt ’bakveien’ inn i forsterkeren. Hva som så skjer videre er avhengig av hvor godt forsterkeren er designet. Slike signaler kan være fra nærliggende radiosendere og mellom- og langbølge er gjerne verst. Men det kan og være fra en støykilde som ikke så mange tenker på at de kan ha i sin egen stue, nemlig en plasma-TV. Det var nettopp en sak der jeg kommenterte dette i forbindelse med radiomottak, men det kan ikke utelukkes at en audiokabel og -forsterker også kan påvirkes. De åpne kabelløsningene med stor avstand mellom lederne er klart de verste. Dette har vært bekreftet både ved målinger og lyttetester. De beste er skjermede (koaksiale) og tvunnede, men kabler med lederne tett ved siden av hverandre er også gode.

Radiorør
EL84

I det hele tatt så finnes det en del minimalistisk designede forsterkere i hifi-kretser som lettere lar seg påvirke av ytre faktorer enn andre mer robuste konstruksjoner. Dette kan være forsterkere som profesjonelle styrer unna, men som likevel er store i high-end hifi-markedet. Det kan gjelde følsomhet for innstråling utenfra, eller at forsterkeren bare er marginalt stabil og dermed ekstra følsom for kapasitive laster. Da vil en standard lav-induktans kabel, underforstått en som har høy kapasitans, kunne skape problemer. Endelig skal det nevnes at rørforsterkere som ofte har stor utgangsimpedans, lettere blir påvirket av det komplekse samspillet mellom en kabel, delefilteret i høyttaleren og høyttalerelementene enn andre forsterkere også.

Hva skal vi konkludere med, er det magi i høyttalerkabler? Vi har sett på effekten av stor og liten avstand mellom lederne, på refleksjon og resonans, på skinn-og hukommelseseffekter, på renhet i lederen, om innkjøring og orientering av kabelen har noe å si, på vibrasjonseffekter og til slutt på innstråling av fremmede signeler. En faktor som med vilje ikke er diskutert er det estestiske. Det skal ikke undervurderes at hi-fi selger både på ytelse og på ytre design.

Men fra en ren ytelsesmessig betraktning så ender jeg opp med at det bare er lav-motstands, lav-induktans kabler med lederne tett sammen som er godt underbygget. Det vanligste og billigste er at lederne ligger ved siden av hverandre, men de må gjerne være tvunnet sammen også. Det betyr at kablene kan være ganske rimelige så lenge de har tverrsnitt på minst 2.5 mm2 . I profesjonell audio brukes ofte 2 x 4 eller 2 x 6 mm2 hvis de ikke bruker aktive høyttalere der det jo ikke er noe særlig med kabel. Men for alle andre gjelder at jo lenger kabel, jo tykkere bør den være. Pga muligheten for innstråling så er eksotiske kabler med stor avstand mellom lederne noe jeg vil advare mot, alle andre eksotisk designede kabler har ingen negative effekter, annet enn eventuelt på lommeboka. Og siden ingen kabel er ideell, så gjelder anbefalingen om å gjøre den kortest mulig, men likevel like lange for hver høyttaler.

Kilder:

  • Greiner, Richard A. «Amplifier-Loudspeaker Interfacing.» Journal of the Audio Engineering Society 28.5 (1980): 310-315.
  • Davis, Fred E. «Effects of cable, loudspeaker, and amplifier interactions.» Journal of the Audio Engineering Society 39.6 (1991): 461-468.
  • Edwards, John, and Tapan K. Saha. «Diffusion of current into conductors.» Australasian Universities Power Engineering Conference. Vol. 1. CRESTA, 2001.
  • Black, Richard. «Audio Cable Distortion is Not a Myth!.» Audio Engineering Society Convention 120. Audio Engineering Society, 2006.
  • Newell, Philip, and Keith Holland. Loudspeakers: for music recording and reproduction. CRC Press, 2006.
Kategori: 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)