Betrachten wir mal .... |
.... ein normales NF-Kabel. NF-Verbindungskabel werden zum Signaltransport von einem Gerät zu einem anderen Gerät benutzt.
Die zu übertragenden Spannungen liegen im Bereich von wenigen Millivolt bis zu einigen Volt, der Bereich beträgt etwa 1 zu 40 000. Die niedrigste zu übertragende Spannung beträgt ca. 250 µV ( leise Mikrofone und MC-Tonabnehmer ), die höchste Spannung ist an den Ausgängen von Mischpulten anzutreffen und ist im Bereich von ca. 10 V zu finden. Es gibt zwei Arten des Signaltransportes durch Kabel: Symmetrisch und asymmetrisch.
Der asymmetrische Signalfluß wird normalerweise über ein 2-adriges Kabel bewerkstelligt, welches in den meisten Fällen einen koaxialen Aufbau besitzt. Dabei wird die Abschirmung als ein Leiter benutzt und mit der Signalmasse verbunden. In vielen Fällen ist die Signalmasse mit dem Gehäuse eines Gerätes verbunden. Elektromagnetische Felder können auf die Abschirmung einwirken und ein Störsignal im Kabel erzeugen, welches in der Wiedergabeanlage weiter verstärkt wird, und sich als tonale Beeinflussung äußert. Im Heimbereich kann man dagegen vorgehen, indem man die Ausgänge der Signallieferanten so niederohmig wie möglich macht. Dadurch werden eventuell induzierte Spannungen kurzgeschloßen. Allerdings ist bei der Heimanwendung die Gefahr der Einstreuung durch elektromagnetische Felder relativ gering. Je länger die Leitung ist, desto größer ist die Einstreungsgefahr.
Der symmetrische Signalfluß benutzt zwei Signaladern, die normalerweise mit invertierend und nichtinvertierend bezeichnet sind. Umgeben werden diese Adern von einer Abschirmung, die wiederum mit der allgemeinen Masse in Verbindung steht. Die Signalübertragung geschieht durch das Einspeisen von zwei identischen, aber gegenphasigen Signalen in diese Adern; am Empfängerende werden sie durch einen Transformator oder elektronischen Desymmetrierer wieder in ein normales asymmetrisches Signal umgesetzt. Gelangt ein Störsignal durch elektromagnetische Einstreuung in das Kabel, so werden die beiden Adern gleichsinnig beeinflußt. Wichtig ist dabei die geometrische Anordnung dieser Adern zueinander, sie sollte parallel sein! Nur dadurch ist eine gleichmäßige Beeinflussung der beiden Adern zu erreichen. Zu starke innere Verdrillung der Adern stört diesen Vorgang ebenfalls. Die Einstreuungen bezeichnet man auch als Gleichtaktsignale, da sie naturgemäß keine entgegengesetzte Phasenlage besitzen. Da der Empfängerteil ( symmetrischer Eingang ) nur Gegentaktsignale weiterverstärkt, werden die Gleichtaktsignale unterdrückt.
Die Unterdrückungsgröße wird in dB angegeben und sollte frequenzunabhängig mindestens 60 dB betragen. Das würde eine Unterdückung von Störsignalen gegenüber Nutzsignalen um den Faktor 1000fach bedeuten! Transformatoren sind dabei die sinnvollsten Symmetrierer, weil sie gleichzeitig eine perfekte galvanische Trennung zwischen den Geräten bewirken. Dieses System findet in der professionellen Studiotechnik Verwendung und ist auch bei sehr langen Wegen sehr einstreungssicher. Nachteilig wirken sich der erhöhte Schaltungsaufwand aus ( mehr Rauschen und Verzerrungen, Eisenverzerrungen bei Transformatoren ), das dieses System für Heimanwendungen disqualifiziert. Nur eine einzige Tonquelle im Heimbetrieb zeigt die Eigenschaften einer symmetrischen Quelle: Der MC-Tonabnehmer. Bei ihm ist die symmetrische Weiterverstärkung sinnvoll, zumal er wegen seiner geringen Ausgangsspannung stark einstreungsgefährdet ist. Alle anderen Quellen müssen künstlich symmetriert werden. Vorteilhaft ist die Tatsache, daß die Signale tatsächlich völlig identische Leitungsbedingungen vorfinden ( wenn beide Innenleiter gleich sind ) und die Abschirmung mit dem Signaltransport nichts zu tun hat.
Ideal für den Heimbetrieb wäre eine asymmetrische Signalverbindung, welche die Vorteile symmetrischer Verbindungen ( gleiche Signaladern ) mit der üblichen asymmetrischen Anschlußnorm verbindet. Es entfielen zusätzliche Übertrager und Schaltkreise, lediglich die Gleichtaktunterdrückung wäre nicht vorhanden.
Der sogenannte parallelsymmetrische Betrieb, bei dem zwischen zwei Geräten die inneren Adern eines symmetrischen Kabels genutzt werden und die Abschirmung nur an einer Seite angeschlossen wird, ist grundsätzlich abzulehnen. In vielen Fällen wird durch den Antenneneffekt der einseitigen Abschirmung eine Störung erst eingeführt.
Es gibt aber eine Anschlußvariante, die einen sehr stark angenäherten Betrieb an das Ideal ermöglicht. Ein symmetrisches Kabel übernimmt mit seinen Innenleitern den Signaltransport, die Abschirmung wird über zwei niederohmige Widerstände an beiden Seiten auf Masse gelegt. Da der Strom immer den Weg des geringsten Widerstandes geht, wird das Signal sich grundsätzlich in den Innenleitern bewegen, dabei ist die Abschirmungswirkung durch den immer noch vorhandenen Stromkreis gewährleistet. Grundsätzlich abzulehnen sind Kabel ohne Abschirmung oder nur mit Leitplastikabschirmung.
Erschwerend kommt hinzu, das in einem solchen Stromkreis im Gegensatz zum Lautsprecherstromkreis keine Leistung umgesetzt wird, also sehr geringe Ströme fließen. Große Ströme beseitigen im Kabel wenigstens zum Teil den Gleichrichtereffekt, der durch das Vorhandensein eines metallischen Kristallgitters immer vorhanden ist, dagegen helfen übrigens auch keinen sogenannten monokristallinen Leiter, die es sowieso nicht ( bis jetzt nicht) gibt. Außerdem erhält ein Kabel, egal für welchen Einsatzzweck es gedacht ist, bei seiner Herstellung eine Vorzugsrichtung. Nein, das hat mit dem Pfeil, der auf manchen Kabel aufgdruckt ist, nichts zu tun. Bei diesen Pfeilen frage ich mich immer: Kann der Strom das lesen? Und wie sieht ein Pfeilsymbol für Wechselstrom aus?
Die Vorzugsrichtung entsteht durch die mechanische Bearbeitung des Kabels, es wird bei der Herstellung durch sogenannte Ziehsteine gezogen, erst ein dicker Draht durch immer dünnere Öffnungen, bist der endgültige Durchmesser erreicht ist. Bis ein dünner Innenleiter enstanden ist, hat er etliche Ziehvorgänge hinter sich. Und dabei geschieht etwas ähnlichers wie bei einer gewalzten Eisenbahnschiene: Quer zur Längsrichtung wird die metallische Kristallstruktur anders verdichtet als in Längsrichtung. Stahl hat dann in diesen beiden Richtungen verschiedene Härten, eine Folge dieser Behandlung. Damit der Stahl wieder homogen in allen Richtungen wird, bedient man sich des Ausglühens. Er wird soweit erhitzt, bis die Struktur des Kristallgitters sich wieder lockert und alle Atome an einen ihnen genehmen Platz hüpfen. Danach besitzt der Stahl wieder gleiche Eigenschaften in Längs- und Querrichtung. Genauso funktioniert es bei Kupferkabeln. Kräftige Erwärmung homogenisiert das Kristallgitter. Normalerweise sollte dieser Vorgang schon im Ziehwerk erfolgen, in dem die einzelne Drahtader hergestellt wird, man nennt diesen Vorgang Nachglühen. Aber nicht alle Ziehwerke machen dies. Die Folge: Drähte können steif und spröde, also wenig flexibel werden. Muß man dieses Nachglühen später durchführen bedient man sich sogenannter Einbrennvorrichtungen die aber nicht genügend thermische Energie in ein Kabel pumpen können. Also muß man das Kabel extern erhitzen.
Absolute Vorsicht: Bis auf Teflon hält diese Erwärmung kein anderer Isolator aus. Zwar sind die Temperaturen, bei denen Kupfer sich entspannt, sehr viel niedriger als bei Stahl, aber die meisten Isolatoren geben ihren Geist bei ca. 80 Grad Celsius auf. Mann benötigt aber etwa 150 bis 200 Grad, um eine vernünftige mechanische Entspannung einzuleiten. Die Kabeleinbrenngeräte bewirken einen ähnlichen Effekt, der aber nicht so tiefgreifend funktioniert. Dort wird versucht, diesen über lange Einbrennzeiten zu erreichen. Das funktioniert aber nicht so richtig, da eine gewisse Energiebarriere überwunden werden muß.
Ein in der letzten Zeit erst etabliertes Verfahren, welches besser funktioniert, ist das Kältetempern. Dabei wird der Leiter in einer aus flüssigem Stickstoff erzeugten Begasung bei -190°C über viele Stunden tiefgekühlt. Bei diesen tiefen Temperaturen reorganisiert sich das Kristallgitter ebenfalls, weil die Schwingungsamplitude der Atome in den Metallkristallen reduziert wird. Dadurch werden Wechselwirkungen ermöglicht für eine Kristallreorientierung nahe dem theoretischen Ideal . Es wird nicht die Leitfähigkeit des Materials verändert- die ist eine Konstante.
Je homogener und feiner die Kristallstruktur eines Kabels ist, desto besser wird es auch im Kleinstsignalbereich arbeiten. Das ist eine Frage der Statistik: Ich erhalte zwar sehr viele Kleinstgleichrichter, die aber in ihrer Wirkung alle nicht korrelliert sind. Statistisch mitteln sie sich dadurch zu Null, und je größer die Anzahl der Kristalle, desto besser funktioniert die Statistik.
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