• Kabeltechnik Grundlagen

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Klangbeeinflussung durch Kabel... was ist dran am Kabelklang?

Ein Kabel soll die elektrischen Informationen verlustfrei von A nach B transportieren. Dabei soll das Kabel die angeschlossenen Geräte durch seine technischen Werte nicht negativ beeinflussen und möglichst keine Störungen von außen aufnehmen, die das übertragene Signal negativ beeinflussen oder Störungen in die angeschlossenen Geräte führen, z.B. Brummeinstreuung.

Hier eine Auswahl der Werte, die die Funktion eines Kabels beeinflussen:

Kabelwiderstand Der elektrische Widerstand ist in der Elektrotechnik ein Maß dafür, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um einen bestimmten elektrischen Strom durch einen elektrischen Leiter fließen zu lassen. Unterschieden werden ohmscher Widerstand, Wirbelstromverluste (Skineffekt) und Abstrahlungsverluste.

Der Widerstand des Kabels bewirkt eine Leistungsverringerung und eine geringere Dämpfung des Lautsprechers durch die (möglichst geringe) Ausgangsimpedanz des Verstärkers. Letzteres bewirkt eine verminderte Impulstreue des Lautsprechers, da dieser dann ungedämpfte Eigenschwingungen ausführen kann, die nicht Inhalt des Signals sind.

Kabelinduktivität Fließt ein Strom durch einen Leiter, wird ein Magnetfeld aufgebaut. Dieses Feld hat die Eigenschaft, während seiner Änderung in dem erzeugenden Leiter selbst, aber auch in benachbarten Leitern, eine Spannung hervorzurufen. Unterschieden wird hier die innere Induktivität und die äußere Induktivität. Die Induktivität bildet hier einen frequenzabhängigen Widerstand.

Die Magnetfelder von dicht beieinander liegenden Leiterstücken beeinflussen sich durch die magnetische Kopplung gegenseitig. Liegen z.B. Hin- und Rückleitung eines Stromkreises sehr eng beieinander, heben sich deren Magnetfelder gegenseitig teilweise auf, was die Gesamtinduktivität dieser Anordnung stark verringert.

Kabelkapazität Jedes Stück Metall bildet mit anderen Stücken Metall in der Umgebung einen Kondensator. Die Kapazität dieses Kondensators hängt mit dem elektrischen Feld zwischen den Metallen zusammen, welches ebenfalls Energie speichert. Kapazität beschreibt also die Eigenschaft, in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung Elektronen zu speichern, eine gewünschte Eigenschaft von Kondensatoren, weniger gewünscht bei Kabeln.

Dielektrische Absorption Das Dielektrikum ist das Isoliermaterial zwischen zwei elektrischen Leitern. In einem Kabel ist es also das Material, was zwei Drähte voneinander trennt um Kurzschluss zu verhindern, zusätzlich wirkt eine eventuelle weitere Ummantelung auch als Dielektrikum. Dielektrische Absorption ist eine unerwünschte Ladungsspeicherung des Dielektrikums. Das Dielektrikum absorbiert einen Teil der Ladung und gibt diese zeitversetzt wieder ab.

Verdrillung/Verseilung Der mechanische Aufbau eines Kabels hat neben der Leiteranordnung große Auswirkungen. So bewirkt eine Verdrillung, dass eine durch ein Magnetfeld induzierte Störspannung reduziert wird. Durch Verflechtung lässt sich die Störanfällig von außen reduzieren. Ferner ist es wichtig, die Kabel am Schwingen zu hindern. Verdrillte symmetrische Leitungen können auch ohne Schirm schon eine große Störsicherheit haben. Besonders interessant ist, dass die Störunterdrückung auch bei niederfrequenten Magnetfeldern gut ist, bei denen ein Schirm nichts hilft. Dafür wird die Unterdrückung bei höheren Frequenzen schlechter.


Wellenwiderstand Der Wellenwiderstand ist der Widerstand, den eine Leitung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle entgegenbringt. Der Wellenwiderstand ist unabhängig von der Länge der Leitung.

Antenneneffekte Ein Kabel kann als Antenne wirken und damit sowohl Radiowellen empfangen als auch ausstrahlen. Entscheidend ist hier u. a. die Kabellänge in Verbindung mit der Frequenz des Radiosignals. Aus diesen und anderen Parametern ergibt sich eine bestimmte Empfindlichkeit oder Gewinn, ein Maß dafür, wie "gut" die Antenne für eine bestimmte Frequenz ist. Für niedrige Frequenzen braucht man lange Kabel, ein Kabelstück ist eine gute Antenne für Frequenzen, deren Viertel der Wellenlänge der Länge des Kabels entspricht. NF-Kabel mit Längen im Bereich von 1 m sind daher gute Antennen für Signale im zweistelligen MHz-Bereich.

Schirmung Die Abschirmung von Kabeln, elektrotechnischer Geräte, Einrichtungen und Räume dient dazu, elektrische und/oder magnetische Felder von diesen fern zu halten oder umgekehrt die Umgebung vor ausgehenden Feldern zu schützen. Die Abschirmung elektrischer Felder wird mit elektrisch leitfähigen Schirmmaterialien erreicht. Im Regelfall verwendet man Metallbleche oder -folien. Die elektrostatische Abschirmung funktioniert nach dem Prinzip der Influenz und findet unter anderem beim Faradayschen Käfig Anwendung. Hochfrequente elektromagnetische Wechselfelder (elektromagnetische Wellen) können nur mit elektrisch leitfähigen, allseitig geschlossenen Hüllen abgeschirmt werden. Spalte oder Öffnungen verringern die Schirmdämpfung. Uneinigkeit herrscht darüber, wie die Schirmung angeschlossen werden soll, z.B. beidseitig, einseitig, gar nicht, mit Widerstand. Hier gibt es besonders bei der Verschaltung pseudosymmetrischer Verbindungen mit Cinchsteckern verschiedenste Empfehlungen.

Dämpfung Wenn man Wellen durch ein Kabel schickt verlieren diese entlang des Kabels an Stärke. Das hat viel mit dem Isolationsmaterial zwischen den Leitern zu tun. Luft dämpft sehr wenig, die diversen Kunststoffmaterialien dämpfen wesentlich mehr. Hohe Frequenzen werden mehr gedämpft als niedrige.

Skineffekt Der Skin-Effekt (von engl. Skin für Haut), auch Stromverdrängung, ist ein Effekt, durch den die Stromdichte im Inneren eines Leiters niedriger ist als an der Oberfläche. Bei wechselnder Polarität des Stromflusses -Wechselstrom- verändert sich auch das Magnetfeld und erzeugt im Leitermaterial Wirbelströme, die dem Erzeugerstrom entgegen gerichtet sind und diesen in der Mittelachse des Leiters abschwächen. Das den Strom umgebende Magnetfeld wirkt sich so aus, dass die Elektronen in der Mitte des Leiters von mehr Feldlinien umschlossen werden als die Elektronen weiter außen. Bei Wechselstrom induziert das wechselnde Magnetfeld im Inneren des Leiters eine höhere Gegenspannung (Gegendruck) als am Rand. In der Leitungsmitte ist die Gegenspannung also am größten, was zu einer Verdrängung des Stromes an den Rand führt. Das wirkt wie eine Verringerung des wirksamen Leiterquerschnitts, sodass sich die Impedanz (Scheinwiderstand) des Leiters vergrößert. Je höher die Frequenz ist, desto stärker ist dieser Effekt, bis bei hohen Frequenzen nur noch ein dünner Bereich an der Oberfläche den größten Teil des Stromes führt. Gleichstrom „benutzt“ dagegen den ganzen Draht gleichmäßig