Kabelkapazitäten und -widerstände

Autor

Beitrag

audiophilanthrop
Inventar

#1 erstellt: 29. Jun 2010, 16:51

Da ich im Besitz eines Multimeters mit dem Luxus einer Kapazitätsmeßfunktion (nebst einigermaßen genauer Widerstandsmessung bis deutlich unter 1 Ohm) bin, kam ich spontan auf die Idee, diese mal auf diverse Kopfhörerkabel loszulassen:

Sennheiser #37974 (Kupferstrippe für Althörer, Kontaktstifte rund, kanalgetrennt, 3m):
~450 pF, L<->R 230 pF; Masse 0,8 Ohm, L 0,8 Ohm
Sennheiser Stahlstrippe PX1 mit Klinkenadapter, Kontaktstifte flach, kanalgetrennt, 3m (von HD540, IIRC):
590 pF, L<->R 300 pF; Masse 8,4 Ohm, L 8,3 Ohm
HD590 Originalkabel 3m (kombiniert L+R, Klinke 3,5 mm auf 2,5 mm):
L/R 750-790 pF, L<->R 780 pF; Masse 1,1 Ohm, L 1,0 Ohm
Cinchkabel 0,7 m, mit den einfachen vergoldeten Steckern und Kabel "Power Concept by Monacor": ~50 pF

Man sieht, das olle Stahlkabel ist wirklich nur was für 600-Ohm-Gerät, hier 37 dB Kanaltrennung wegen des Widerstands der Masseleitung. Der HD590 mit seinen 100 Ohm macht knappe 40 dB.

Wenn ich jetzt allerdings für den HD25 mit seinen 1,5 m Stahlkabel 4 Ohm ansetze, dann bringt der es nur noch auf 25 dB. Das erscheint mir zwar für einen KH immer noch gut ausreichend, könnte aber der Grund dafür sein, daß mancher die Kupferstrippe für klanglich besser hält.

Die kapazitive Verkopplung der Kanäle bei den kanalgetrennten Kabeln ist wie erwartet gering (etwa halbe Kapazität --> einmal nach Masse und wieder zurück), bei der HD590-Strippe tritt etwa die halbe Kapazität wie von jedem Kanal nach Masse auf. Das könnte bei hohen Ausgangswiderständen problematisch sein.

bearmann
Inventar

#2 erstellt: 29. Jun 2010, 19:29

Zwei Fragen...

1. Wie groß ist denn der Messfehler deines DMMs bei entsprechenden kapazitiven Messungen bzw. bei Widerstandsmessungen?

2. Verstehe noch nicht ganz den Zusammenhang zwischen Kapazität/Widerstand des Kabels und Kanaltrennung - da reicht mein e-technisches Wissen leider nicht mehr aus.

Und ein Hinweis: Der HD590 hat AFAIK 120Ohm Impedanz.

Gruß.
bearmann

[Beitrag von bearmann am 29. Jun 2010, 19:29 bearbeitet]

audiophilanthrop
Inventar

#3 erstellt: 29. Jun 2010, 21:50

bearmann schrieb:

1. Wie groß ist denn der Messfehler deines DMMs bei entsprechenden kapazitiven Messungen bzw. bei Widerstandsmessungen?

Ich habe extra die ganz kurzen Meßstrippen genommen, die haben selbst bei Differenzmessung offenbar deutlich weniger als 0,01 Ohm (die langen werden mit 0,09 angezeigt, egal ob ich deren Testspitzen direkt zusammenhalte oder noch die anderen dazwischen habe), mehr als 5-6 pF bringen die auch nicht auf die Waage.

Die "Accuracy spec" sagt für den 400-Ohm-Bereich: +/-(0,3% +8)(*0,01 Ohm), +test leads
Für den 40-nF-Bereich gilt: +/-(1%+20)(*0,001 nF), +test leads

Ich denke, Angaben auf 0,1 Ohm und 10 pF sind da vertretbar.

bearmann schrieb:

2. Verstehe noch nicht ganz den Zusammenhang zwischen Kapazität/Widerstand des Kabels und Kanaltrennung - da reicht mein e-technisches Wissen leider nicht mehr aus.

Das (L-R)-Signal sieht:


     ____
o---|____|----+----+-----+
      R       |    |     |
       out    _    |     |
             | |  ---   ---
          Z  |_|  --- C --- 2C
           HP |    |   L |    LR
- - - - - - - - - - - - - - - - -
              |    |     |
              _   ---   ---
             | |  --- C --- 2C
          Z  |_|   |   R |    LR
     ____  HP |    |     |
o---|____|----+----+-----+
      R
       out

(Definitionsgemäß für L-R fließt kein Strom in die Masse, also habe ich die flux durch eine elektrische Wand ersetzt, nicht ohne vorher die Kapazität zwischen den Kanälen in eine Reihenschaltung aufzuteilen.)

Indes, die ganze Aufregung war umsonst, denn wie man sieht hängt da noch die Treiberimpedanz parallel, die sich im hörbaren Bereich von 'nem popeligen nF oder zwei nicht sonderlich beeindrucken läßt. (Ein Hoch auf den Konjunktiv. ;)) Selbst wenn ich die ganz weglasse und z.B. R_out = 390 Ohm, C_L/R = 1 nF und C_LR = 1 nF einsetze, komme ich auf -3 dB für L-R bei 136 kHz, -1 dB bei ungefähr der Hälfte.

-3 dB für L-R heißt, Moment...
Z.B. Testsignal L = A, R = 0 => L+R = A, L-R = A
(L-R)@-3dB = sqrt(2)/2 A
R = 0,5 ((L+R) - (L-R)@-3dB) = 0,1465 A ~= A @ -16,7 dB
L ~= A @ -1,4 dB (logisch, irgendwo muß der xtalk ja herkommen)
=> Kanaltrennung ~15,3 dB
Und für -1 dB...
R ~= 0,054 A ~= A @ -25,3 dB
L ~= A @ -0,49 dB
=> Kanaltrennung ~24,8 dB

Darunter wird's dann so etwa mit 6 dB / Oktave weitergehen, also ca. -37 dB bei ~15 kHz. Kann man mit leben.

bearmann schrieb:

Und ein Hinweis: Der HD590 hat AFAIK 120Ohm Impedanz.

Der Gleichstromwiderstand von meinem liegt allerdings bei 100 +/- 0,4 Ohm (inkl. Kabel = 1 Ohm), und der pflegt ja für gewöhnlich der Nennimpedanz bei 1 kHz recht nahe zu kommen. (Z.B. HD420SL: 593 Ohm inkl. Kabel 1 Ohm, HD540: 621/625 Ohm inkl. Kabel 8 Ohm. Mein HD580 ist etwas kontaktschwach für eine genaue Aussage, minimal 307-308 Ohm. Das sind alles keine 5% Abweichung von der Spec.) Außerdem wird selbst bei Sennheiser der Treiber als "Transducer system, 100R" geführt.

Wenn du mal wunderbaren Sennheiserschen Doku-Wirrwarr sehen willst, versuche die Daten eines HD448 herauszubekommen. Auf der Website ist das Gewicht falsch, im Produktblatt dafür die Nennimpedanz. Wahrscheinlich war der Umzug in das jüngst eingeweihte neue Gebäude in Wennebostel der Sache nicht unbedingt förderlich...

[Beitrag von audiophilanthrop am 30. Jun 2010, 07:03 bearbeitet]

j!more
Inventar

#4 erstellt: 02. Jul 2010, 06:01

Ist das wirklich so mit dem Übersprechen?

Wenn ja, wäre die Erklärung für die klanglichen Unterschiede zwischen der konventionellen und der symmetrischen Ansteuerung von Kopfhörern gefunden.

audiophilanthrop
Inventar

#5 erstellt: 02. Jul 2010, 13:32

j!more schrieb:

Ist das wirklich so mit dem Übersprechen?

Für unser Beispiel mit Testsignal nur links und rechts nominell nichts (also auf Massepotential) sieht das ganze so aus:


     ____
o---|____|----+----+
L     Z       |    |
       HP,L   _    _
             | |  | |
         R   |_|  |_| Z
Gnd       Gnd |    |   HP,R
o-------------+----+

Zu Z_HP,L/R kommt natürlich noch die jeweilige Zuleitungswiderstand in Serie, den kann man aber gegenüber der Treiberimpedanz ziemlich vergessen. Nicht so beim gemeinsamen Massewiderstand. Man sieht: Wird links Signal draufgegeben, fällt an diesem ein kleiner Teil der Signalspannung ab, parallel zum Treiber rechts.

Zur Berechnung des Spannungsabfalls kann man normalerweise die Hörerimpedanz rechts vernachlässigen:


     ____
o---|____|----+
L     Z       |
       HP,L   _
             | |
         R   |_|
Gnd       Gnd |
o-------------+

Für einen Treiber zu 99 Ohm und Massewiderstand zu 1 Ohm werden dort also von 100% Signalamplitude 99% am Treiber links abfallen (-0,087 dB) und 1% (-40 dB) am Massewiderstand.

j!more schrieb:

Wenn ja, wäre die Erklärung für die klanglichen Unterschiede zwischen der konventionellen und der symmetrischen Ansteuerung von Kopfhörern gefunden.

Ganz ehrlich, ich würde 37-40 dB Kanaltrennung am KH für locker ausreichend halten. Schon 12 dB Pegelunterschied L/R bei KH-Nutzung fällt bei mir unter "aua". So mancher macht sich deswegen seine Kanaltrennung auch absichtlich kaputt (Stichwort: Crossfeed).

NoXter
Hat sich gelöscht

#6 erstellt: 02. Jul 2010, 13:46

j!more schrieb:

Wenn ja, wäre die Erklärung für die klanglichen Unterschiede zwischen der konventionellen und der symmetrischen Ansteuerung von Kopfhörern gefunden.

Fried Reim hat das in seinem Beitrag über symmetrische Kopfhörerverstärker doch schon erläutert.

j!more
Inventar

#7 erstellt: 02. Jul 2010, 16:56

Ja, das hat er

hier in der Tat getan, allerdings unter Bezugnahme auf gemessene Werte, die deutlich besser waren als die hier genannten rechnerischen.

Reim spricht von Werten an der Grenze von Gut und Böse (gemessen >60dB), hier kommen 35dB auf den Tisch.

audiophilanthrop
Inventar

#8 erstellt: 04. Jul 2010, 23:50

Ups, mir ist da noch was aufgefallen...

Meine Wenigkeit schrieb:

j!more schrieb:

Ist das wirklich so mit dem Übersprechen?

Für unser Beispiel mit Testsignal nur links und rechts nominell nichts (also auf Massepotential) sieht das ganze so aus:


     ____
o---|____|----+----+
L     Z       |    |
       HP,L   _    _
             | |  | |
         R   |_|  |_| Z
Gnd       Gnd |    |   HP,R
o-------------+----+

Das gilt in der Form natürlich nur für den Fall, daß auch durchgängig eine gemeinsame Masseverbindung vorhanden ist, wie typischerweise bei einseitiger Kabelführung (hier z.B. HD590).

Im Fall einer zweiseitigen Kabelführung ist aber die Masse links und rechts bis zum Stecker getrennt. Der Kabelwiderstand von Signalleitung + Masseleitung kommt dann einfach nur in Serie zur Treiberimpedanz dazu, unser gemeinsamer Massewiderstand dagegen umfaßt nur den des Verstärkers + Buchse + Stecker. Das ist allerdings viel weniger als der Kabelwiderstand, d.h. der allergrößte Anteil von R_Gnd entfällt!

Der Einfluß des Kabeltyps erstreckt sich damit bei allen Hörern mit zweiseitiger Kabelführung praktisch nur auf den Serienwiderstand. Den HD540 600-Ohm jucken 16 Ohm denkbar wenig, die 300-Öhmer lachen sich über 2 Ohm gleich ganz kaputt, und beim HD25 sorgt eine geringe Impedanzvariation (inkl. Stahlkabel nur von ca. 80 bis 95 Ohm) für eine sehr kleine Abhängigkeit von der Quellimpedanz und damit auch vom Kabeltyp.
Damit wäre klar, warum Sennheisers "Highend-Hörer" und der HD25 das zweiseitige Kabel verwenden.

Aber wie gesagt: Nennenswerte (hörbare) Auswirkungen würde ich auch bei einseitigem Kabel nicht erwarten, solange die Kanaltrennung bei 30-40 dB bleibt. Dafür hat's andere praktische Vorteile.