Mit kabel lyder bedre end dit!

Transkript

1 Mit kabel lyder bedre end dit! Af Kaj Reinholdt Mogensen Virkeligheden er at det ikke er kablet som lyder af noget, men derimod kombinationen af apparaternes elektriske egenskaber, deres forskellige ind- og udgangsimpedanser og frekvensafhængige uønskede parasitiske værdier, som er årsag til en hørbar forskel.

2 Den perfekte tabsfrie signaloverførsel. Vil man have overført alt fra DC til uendelig høj frekvens skal forstærkere og kabler kunne overføre et firkantsignal perfekt. Billedet nedenfor er et praktisk brugbart eksempel på et sådan. En firkantkurve afspejler på en gang et signals komplette indhold af frekvensrelaterede elementer. Kurven nedenfor viser et signal hvor kurverne (oscilloskopets kanal 1=gul og kanal2=blå) dækker hinanden. En perfekt kombination af elektronikkens impedanser og kabler betyder at firkantens lodrette og vandrette linjer forbliver som vist. At det signal man sender ind i kablet kommer uændret frem til næste kredsløb i kæden. Er der afgørende påvirkning som følge af kablet vil den gule og den blå kurve afvige fra hinanden. Den gule kurve er signalet vi sender ind og den blå er signalet som kommer ud. I kolonnen til højre på billedet ses frekvensen øverst. Stige/faldtid nederst er indikator for den påvirkning impedansforholdene i samspil med kablet har på lydgengivelsen. Jo lavere værdi jo bedre. Idealet er det i praksis uopnåelige NUL. Billedet af signalet nedenfor er det vi skal sammenligne de efterfølgende billeder med. Og som det vil fremgå er det slet ikke lige meget hvilke impedanser et kabel samarbejder med. For det er nemlig det samme kabel (vist på forsiden), der anvendes i alle efterfølgende impedanskombinationer!

3 Den virkelige verden. I den virkelige verden udsættes elektronikken og kablerne for et hav af frekvensafhængige impedansforhold. Når man læser om et apparats ud- og indgangsimpedans er der yderst sjældent oplyst andet end det nominelle impedans ved 1000Hz. Men som det ses på den øverste del af diagrammet nedenfor er der tale om komponenter (Ccon, Ci og frekvensafhængige ændringer forårsaget af elektronikkens layout) i indgangen på poweramp'en som reducerer impedansen med stigende frekvens. Samtidig udsættes preamp'en for belastningen af kablets parasitiske værdier (især Ccab). I de følgende eksempler koncentrerer vi os om den forenklede opstilling på diagrammet nederst. Dette for blot at se hvilke ændringer, der sker med signalet, når det udsættes for kablets elektriske belastning med de opgivne nominelle impedansopgivelser. Det betyder, at vi i det følgende ser på et skønmaleri, hvor der ses bort fra den yderligere påvirkning af komponentværdierne på det øverste diagram i indgangen på poweramp'en (ja det kan være et hvilket som helst apparat i kæden til lydgengivelse). Virkeligheden kan være meget værre end det du her får at se.

4 Eksempel 1: Impedansværdier: Rout=100ohm Rin= uendelig

5 Eksempel 2: Impedansværdier: Rout= 2,5kohm Rin= uendelig

6 Eksempel 3: Impedansværdier: Rout=5kOhm Rin= uendelig

7 Eksempel 4: Impedansværdier: Rout=2,5kOhm Rin=47kOkm

8 Eksempel 5: Impedsnaværdier: Rout=5kOhm Rin=47kOhm

9 Eksempel 6: Impedansværdier: Rout=5kOhm Rin= 1kOhm

10 Eksempel 7: Impedansværdier: Rout=5kOhm Rin=500 Ohm

11 Eksempel 8: Impedansværdier: Rout= 2,5kOhm Rin= 1kOhm

12 Eksempel 9: Impedansværdier: Rout= 2,5kOhm Rin= 500 Ohm

13 Eksempel 10: Impedansværdier: Rout=100 Ohm Rin=100 Ohm

14 Eksempel 11: Impedansværdier: Forslag Mikkel, HIFI4ALL Rout = 370 ohm Rin = 47kOhm

15 Eksempel 12: Impedansværdier: Rout = 600 Ohm Rin = 10kOhm

16 Eksempel 13 Impedansværdier: Fra Janhp's eksempel. Indgangstrin fra en Mark Levison model 27.5 Det øverste diagram drevet af Mikkels flotte signal i eksempel 11. Rs=604 Ohm Ci = 1.5nF Ri = 500kOhm Gul = Signal fra stikket på kildeapparatet. Blå= signalet på basis af første transistor. Et brugbart eksempel på de konsekvenser den virkelige verden udsætter elektronikken og kablerne for. Signalets reaktionstid forlænges.

17 Eksempel 14 Kurven nedenfor kommer fra mit Low Impedance Drive setup. Følg øverste diagram. Den gule kurve er målt på Preamp'ens indgang helt yderst til venstre. Den blå kurve er målt helt ude på de tilsluttede højttaleres indgangsterminaler. Det betyder, at forskellen mellem kurverne indeholder forforstærkerens, signalkablernes, effektforstærkerens og højttalerkablernes samlede påvirkning af musiksignalet fra signalkilderne. Det komplette anlæg In Real Life.

18 De anvendte kabler i eksempel 14 er det 2 meter lange signalkabel 2 x 2,5 mm2 kobber, med tilføjet 2,2kOhm metalfilsmodstande mellem leder og nul i begge ender. Kablet har ingen afskærmning. Forforstærkerens udgangsimpedans på 80 Ohm er sammen med de monterede modstande så lavimpedanset at kablerne kan berøres og ubekymret placeres op ad netkabler og kørende grej uden der opfanges brum, sner, kontaktstøj eller andet uønsket bidrag. Højttalerkablet er tre meter langt og har er tværsnitsareal på 2x16mm2 som sammen med udgangsforstærkerens 12 udgangstransistorer i hver kanal sørger for at levere den fornødne strøm til højttaleren uanset dens impedansforløb og musiksignalets frekvenser.

19 Konklusion Som det ses på eksempel 10 er signalet identisk med eksempel1. Fælles for alle er, at jo lavere udgangsimpedans jo mindre forringelse er der af signalet. Og ganske overraskende er det, at den forringelse en høj udgangsimpedans medfører, kan indhentes med en væsentlig lavere indgangsimpedans. Dog med den forskel at signalstyrken skal øges betydeligt for at opretholde lydstyrken. I målingerne er der kompenseret for disse niveauforskelle uden det på nogen måde havde indflydelse på kurvernes ægthed. Disse målinger og iagttagelser bekræfter betydningen af at anvende Low Impedance Drive for at omgå elektronikken og kablers negative indvirkning på lydkvaliteten. Det der overrasker mig mest er at lydforringelsen ved en høj udgangsimpedans kombineret med kablers uønskede reaktive værdier kan reduceres kraftigt ved at sænke indgangsimpedansen. Til gengæld kræver det et tilsvarende kraftigt øget udgangssignal fra signalkilden. Jo lavere impedans i det hele taget, jo bedre. Tilføjelse: Eksempel 11 og 13 er det samme signal, den samme kilde forspændt en non reaktiv belastning på 47kOhm, henholdsvis en forstærker af anerkendt fabrikat fra den virkelige verden. Resultatet er at signalets reaktionstid undervejs er blevet 6 gange langsommere. Alene som følge af den tilsluttede forstærkers indgangstrin i den samlede kombination. Man kan jo vælge at kalde dette faktum betydningsløst. Deri er jeg ikke enig.

20 Impedans. Evaluering af dens årsager og konsekvenser Hvis vi forestiller os at alle apparater inklusive kabler kun udviste rent ohmske værdier, ville alle kurver i min afhandling have samme facon uanset de involverede impedanser. Kombinationen af kabler og apparater vil da kun have niveaumæssige konsekvenser. Og så kunne jeg stoppe her! Virkelighedens verden er derimod oftest helt forskellig fra denne teoretiske og virtuelle verden, hvor en komponent i et simuleringsprogram er befriet for virkelighedens parasitiske værdier. Glemmer man at indsætte disse, rammer en computersimulering af et elektronisk kredsløb ved siden af virkelighedens praktiske resultat. Tænk blot på Miller Effektens opdagelse og konsekvenserne af den. Vi slæber fortsat af sted med dens uheldige indvirkning på lydgengivelsen i denne sammenhæng. Billedet til højre er blot et enkelt men vigtigt eksempel på en af elektronikkens skjulte og uønskede parasitter. Hvis jeg påstår, at det er en transistor, er din reaktionen sikkert, at sådan en har jeg aldrig set før! Virkeligheden er, at du ALDRIG har set andet! Den afbillede kondensator i transistorens indre er et uheldigt element i al konstruktion af elektronik og en stærkt medvirkende faktor i et forstærkerkredsløbs præstationer. Dens frekvensområde, forvrængning og musikalsk dynamiske egenskaber. De, der arbejder med rør, går ikke ram forbi. Her er forholdet præcist det samme. Opdagelsen blev gjort i rørbaserede kredsløb. Og transistorerne lider uheldigvis samme skæbne. Kondensatoren i transistoren er en parasit, som ikke skal være der. Den er der forårsaget af transistorens grundlæggende konstruktion. Der eksistere en mængde henvisninger på nettet vedrørende Miller Effect. Eller man kan starte med at læse min illustrerede gennemgang på Det viste billede er blot et enkelt eksempel på, at komponenter og deres egenskaber er andet og mere vidtrækkende end man forestiller sig. Jo mere man arbejder med emnet praktisk med hands on, måleinstrumenter og altid tændt loddekolbe - jo nemmere er det at sammenkæde delresultater og acceptere deres sammenhænge. Rent praktisk anvender jeg kun kredsløb og komponenter til min egen dokumentation, hvor jeg er sikker på de elektriske værdier og hvor måleudstyr i de enkelte opstillinger er valgt sådan, at de ikke påvirker måleresultatet. I modsat fald vil arbejdet og resultaterne være nytteløst og ubrugelige. Tilbage til elektronikken. Impedans. Virkeligheden er at ingen af vores elektroniske komponenter opfører sig præcist, som de er tænkt. Med komponenter mener jeg elektronikkens enkeltdele. Derfor er lydresultater forskellige afhængig af de sammenhænge komponenter indsættes i. Adskillige indlæg alene på dette forum (HIFI4ALL) bekræfter rigtigheden af min påstand. Jeg vedkender mig det kætterske og blasfemiske i at inddrage kabler under trådens emne, men kablernes elektriske værdier (parasitter) er en uundgåelig del af sammenhængen. På samme måde er apparaternes kredsløbslayout og deraf følgende impedansforhold af stor betydning for lydresultatet, der når vores ører.

21 Diagrammernes hemmeligheder Jeg kan stærkt anbefale at studere diagrammer. Heri gemmer der sig relevante oplysninger, som sammen med komponenternes datablade letter forståelsen for såvel det jeg skriver, som det man læser på diverse fora om oplevelser med kabler og elektronikeksperimenter. De lydmæssige resultater jeg oplever er nok til, at jeg fortsætter. Jeg kaldte målingerne et skønmaleri. Jeg valgte i forenklingens navn ikke at tage højde for virkelighedens mange frekvensafhængige ud- og indgangsimpedanser og frekvensafhængige komponenter i to sammenkoblede apparater. Undtagelsen er eksempel 13 og 14. Forenklingen bestod i at anvende en generator med 100 Ohm lineær udgangsimpedans og en tilsvarende frekvensuafhængig belastning. Dette alene for at se hvilken påvirkning et 2meter audiokabel har i forskellige impedansmiljøer. Som der i debatten ganske rigtigt gøres opmærksom på, påvirker modkoblingskredsløbene, interne kabler og supplerende frekvensafhængige komponenter disse resultater i yderligere NEGATIV retning. Derfor ordet skønmaleri og forklaringen på min ihærdigt vedvarende fokusering på impedansforholdene. Og det uanset om læserne lige nu forstår indholdet. Den eneste leverandør af elektronik jeg har set, som udover indgangsimpedansen oplyste den kapacitive belastning er NAD. Firmaet har været klar over dens betydning i sammenhængen. Hvis den elektriske værdi er betydningsløs, som det fremføres på forum, kan det undre at NAD har gjort sig ulejligheden at oplyse den. Om de fortsat konsekvent oplyser det, kan jeg i skrivende stund ikke bekræfte. Essensen er, at kombinationer af kabler og apparater sammenlagt bidrager til de lydforskelle, man oplever og læser om i debatter om kablernes lyd. Årsagen til lydændringen er ikke kablets lyd men lyden fra elektronikkens aktive komponenter under påvirkning af deres uønskede parasitiske værdier. Og ikke mindst vigtigt, suppleret med belastningen fra de passive komponenter og deres uønskede parasitiske værdier, som også kablerne bidrager med. Det er derigennem, at kablerne kommer til at lyde forskellig. Kabler har ingen egenlyd! Som tidligere nævnt. Kunne vi have forenklet det hele ved at anvende kredsløb med frekvensuafhængige komponenter og derved bruge ordene udgangsmodstand og indgangsmodstand og erhverve os kabler uden induktive og kapacitive værdier, ville alt være enklere. I den virkelige verden, udstyret med komponenterne vi kender, er det derfor nødvendigt at anvende ordet impedans = vekselspændingsmodstand, fordi de elektriske værdier er frekvensafhængige og årsag til forskelle på lyden vi hører. Vi har blot tilbage at ønske os frekvensuafhængige komponenter til denne specifikke opgave eller øve os i at minimere deres betydning for lyden vi hører og niveauforskellene vi normal forbinder med impedanstilpasning. Til inspiration og information. Jeg har først i løbet af sidste halvår af 2015 opdaget Douglas Self og hans spændende og særdeles informative bøger, som er et must for de, der ønsker, at sætte sig ordentligt ind i emnet. For selv om man mener at besidde alverdens viden, er der altid et eller andet, som i en sammenhæng kan kaste nyerhvervet viden af sig.