Sammlung: alles über Kabel

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Kabelparmeter, Theorie

Kabel, egal welchen Typs werden mit einem Satz Parametern beschrieben.

Widerstandsbelag
Jedes Kabel hat einen ohmschen Widerstand. Dieser wird meist in in Ohm/km angegeben (manchmal auch in mOhm/m), da der ohmsche Widerstand von gängigen Kupferkabeln sehr klein ist.

Kapazitätsbelag
Ein Kabel mit mehr als einem Leiter hat zwangsläufig eine kleine Kapazität zwischen den Leitern. Die Angabe erfolgt in pF/m Soll ein kleiner Kapazitätsbelag erzielt werden, so wird ein kleiner Durchmesser für den Innenleiter verwendet und eine relativ dicke Isolation mit kleiner Dielektrizitätskonstante. Das ist der Fall bei kapazitätsarmem Gitarren-Anschlußkabel.

Induktivitätsbelag
jedes Stück Leitung hat eine kleine Induktivität. Bei Kabeln wird die in nH/m angegeben. Der Indukitivitätsbelag spielt im Audiobereich eine untergeordnete Rolle.

Durchschlagfestigkeit
Kabel müssen gelegentlich höhere Spannungen aushalten. Besonders bei Netzkabeln oder Lautsprecherkabeln für hohe Leistungen ist dieser Parameter wichtig. Die Angabe erfolgt in V, gelegentlich in kV. Bei Hochfrequenzkabeln ist das für hohe Leistungen wichtig, die aber in der PA Praxis (Funkmikrofone, In Eear Monitoring) nicht vorkommen.

Wellenwiderstand in Ohm
Hier wird es für den Laien sehr schnell unverständlich. Da gibt es eine Angabe in Ohm, und die ist auch noch ziemlich hoch (so 50 -100 Ohm). Für Audiosignale bis 20 kHz und einer Kabellänge unter 100m hat er praktisch keine Bedeutung. Eine einfache Darstellung gibt es nicht, ich versuche eine einfache Erklärung der Parameter und Zusammenhänge ohne die übliche Herleitung aus Differentialgleichungen. Wer im folgenden Kapitel aussteigt, kann sich immer noch an die Praxistips im nächsten Abschnitt halten.

Der Wellenwiderstand spielt für hohe Frequenzen bzw. schnelle Flanken (Anstiegszeiten) eine Rolle. Er leitet sich ab aus Kapazitätsbelag und Induktivitätsbelag. Der ohmsche Widerstand hat für den Wellenwiderstand praktisch keine Bedeutung, höchstens für die Dämpfung des Kabels. Der Wellenwiderstand ist die Impedanz, die ein hochfrequentes Signal am Eingang des Kabels sieht. Am Ende des Kabels sollte es mit diesem Widerstand abgeschlossen sein (man spricht hier von Anpassung), da sonst ein Teil der Leistung reflektiert wird. Abgesehen davon kommt am Ende des Kabels die eingespeiste Spannung/Leistung an, nur reduziert um die kleine Kabeldämpfung.
Maßgeblich für den Wellenwiderstand (und ebenso für Kapazitätsbelag und Induktivitätsbelag aus denen er sich ableitet) ist die Geometrie des Kabels, vor allem das Verhältnis Innenleiterdurchmesser zu Außenleiterdurchmesser, sowie die Dielektrizitätskonstante der Isolation. Gängige Wellenwiderstände sind bei Koaxialkabeln 30 Ohm bis 100 Ohm, üblich sind 50 Ohm bis 75 Ohm . Außerhalb dieses Bereichs sind sehr extreme Geometrien notwendig. Für einen geringen Wellenwiderstand ist der Innenleiter relativ dick und die Isolation zwischen den Leitern sehr dünn. Umgekehrt bei hohen Wellenwiderständen: extrem dünner Innenleiter und sehr dicke Isolation, und die möglichst mit sehr kleiner Dielektrizitätskonstante.
Bei symmetrischen Kabeln verhält sich das ähnlich, hier wird unterschieden zwischen dem Wellenwiderstand der Einzelader gegen die Masse sowie dem eigentichen Wellenwiderstand der beiden Leiter gegeneinander. Gängige Werte sind hier 75Ohm bis 150 Ohm.

Dämpfung
wird bei Hochfrequenzkabeln angegeben und wird verursacht durch Verluste im Dielektrikum der Isolation sowie durch den Ohmschen Widerstand des Innenleiters und der Schirmung. Ein Stichwort ist der Skin-Effekt. Bei höheren Frequenzen fließt der Strom nicht mehr im ganzen Leiter, sondern nur noch an der Oberfläche. Im Audiobereich spielt der Skin-Effekt aber eine sehr untergeordnete Rolle.

Laufzeit
Gelegentlich liest man von laufzeitoptimierten Kabeln. Das ist im Audiobereich blanker Unsinn, denn die Schallgeschwindigkeit (343 m/s) ist um Größenordnungen geringer als die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektrischer Signale im Kabel (300000000 m/s, bei Dielektrizitätskonstante 4 immer noch 150000000 m/s). In der Hochfrequenztechnik (aber erst deutlich über 100 MHz werden matched pairs = auf gleiche Laufzeit ausgemessene Kabel verwendet). Die einzig wirklich interessanten elektrischen Laufzeiten im Beschallungssektor sind Latenzen, die bei der A/D und D/A Wandlung sowie bei der digitalen Signalverarbeitung entstehen.
 
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Lautsprecherkabel
Der wichtigste Parameter ist der Kabelquerschnitt. Gewünscht wird ein möglichst niedriger Widerstand und eine hohe Belastbarkeit.
Gängige Querschnitte sind
0.75mm² (höchstens einfache Heimstereoanlage)
1.5mm² (für kleine Leistung und kurze Kabellängen)
2.5mm² (für höhere Leistung oder längere Kabellängen)
4.0mm² (für hohe Leistung, lange Kabel)

Ein Lautsprecherkabel hat normalerweise ein Leiterpaar. Es gibt auch 4- und 8-adrige Lautsprecherkabel. Zusammen mit mehrpoligen Steckern (gängigerweise Speakon 4- oder 8- polig) ermöglichen sie die Bündelung (Systemverkabelung) von Lautsprecherkabeln zwischen Leistungsverstärker und Lautsprechern. Gängige Bündelungen sind Hochtöner/Tieftöner oder Top/Sub (4-polig) oder Hochtöner/Tieftöner im Top und 2 parallele Aderpaare für den Subwoofer, der viel mehr Leistung benötigt (8-polig). Dafür gibt es keine Norm. Bei den vierpoligen Speakon-Steckern ist das Steckerpaar 1+ und 1- angeschlossen, wenn das Kabel nur 2-adrig ist, ansonsten sind die Kontakte 1:1 durchverbunden.

Audiokabel
Symmetrisch
symmetrische Audioleitungen bestehen aus einem Aderpaar, das von einer Schirmung umgeben ist. Anschlüsse sind gängigerweise XLR Stecker und zwar je ein männlicher und ein weiblicher Stecker (bzw. Stecker/Kupplung). Ebenfalls gängig sind Stereo- Klinkenstecker.
Unsymmetrisch
Unsymmetrische Audioleitungensind Koaxialkabel, bestehend aus einem Innenleiter und einem Schirm. Anschlüsse sind gängigerweise Mono-Klinkenstecker oder Cinch Stecker. Bei Audiokabeln wird meist kein Parameter angegeben, höchstens der Qureschnitt des Innenleiters, gelegentlich Widerstandsbelag und Kapazitätsbelag.

Digitalkabel
DMX
AES/EBU

Verwendet werden differentielle Kabel, meist twisted pair mit Schirmung. Der differentielle Wellenwiderstand (Impedanz) ist 110 Ohm. Als Stecker werden meist 3-polige XLR Stecker verwendet, obwohl bei DMX eigentlich 5-polige vorgesehen sind. Die dreipolige Variante ist folgendermaßen verschaltet: 1: Masse, 2 und 3 jeweils durchverbunden ohne Kreuzung.

S/PDIF
wird in der Regel mit einem Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm übertragen. Im Consumerbereich werden oft billige Koaxialkabel verwendet, bei denen ich bezweifle, ob das wirklich kontrollierte Impedanzen sind. Ok, die verwendten Cinch Stecker sind auch alles andere als ideale Hochfrequenzstecker.

Word Clock Kabel im Studiobereich sind Hochfrequenzkabel mit 50 Ohm Impedanz
und gängigerweise BNC Steckern.

Antennenkabel
Antennenkabel sind in der Regel Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 50 oder 75 Ohm. Bei Funkmikrofonen habe ich überwiegend 50 Ohm gesehen. Als Steckverbinder überwiegend BNC gelegentlich TNC.

USB
USB-Kabel bestehen aus einem impedanzkontrollierten Aderpaar (100 Ohm), einer Schirmung und einem Stromversorgungsleiter.

FireWire
FireWire Kabel bestehen aus 2 geschirmten impedanzkontrollierten Aderpaaren (100 Ohm) plus einer Stromversorgungsleitung nebst Masse.

LAN
LAN-Kabel bestehen aus 4 impedanzkontrollierten twisted pair Aderpaaren. Sie liegen meist in einer gemeinsamen Schirmung (STP Shielded Twisted Pair) Es gibt auch Ausführungen mit einzelner Schirmung der Aderpaare (SSTP Single Shielded Twisted Pair) Ungeschirmte Leitungen (UTP Unshielded Twisted Pair) würde ich nicht einsetzen.
 
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Steckerbelegungen:
Hier ist eine Sammlung von weiterführenden Links.
Sommer Kabel hat eine gute Zusammenstellung von Verdrahtungsplänen.
Da sich die Unterordner der Links ändern kann hier nur der Einstieg:
http://www.sommercable.de/

Eine weitere Quelle ist die Hardware Bastelkiste (für alles zum Thema Computer)
http://www.hardware-bastelkiste.de/

Und noch zum Thema Audio:
Elliot Sound Projects, eine sehr fundierte Seite auf Englisch.
http://sound.westhost.com/
Da lohnt sich auch das Stöbern auf allen Seiten.
 
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Hier geht es um den Kabeltyp, also Meterware, nicht um konfektionierte Leitungen.

Wenn Lautsprecherkabel nicht verfügbar sind, lassen sich auch Netzleitungen mit entsprechendem Querschnitt verwenden. Meist ist dann aber eine Ader übrig (3-polig oder 5-polige Drehstromkabel). Allerdings würde ich keinesfalls 2 3-polige Kabel für eine 6-polige Verbindung nehmen. Da ist mindestens ein Aderpaar auf 2 KAbel verteilt was zur störender Streuung führen kann. Bei Festinstallation ist darauf zu achten, daß keine Verwechslung vorkommen kann. Netzspannung auf Lautsprechereingängen oder Endstufen-Ausgängen machen keinen Spaß.

LAN-Kabel, USB-Kabel und Fire Wire Kabel lassen sich für DMX und AES/EBU einsetzen.

SSTP (Single Shielded Twisted Pair) LAN Kabel taugen auch als 4 paariges Mikrofon Multicore. Allerdings würde ich das nur in Festinstallationen einsetzen, da derartige Kabel wegen ihrer geringeren mechanischen Belastbarkeit im Bühnenbereich schnell kaputt gehen. Gerade für die Installation auf kleinen Bühnen in einer Kneipe (z.B. 4 Mikrofonbuchsen links, 4 rechts an der Bühne) und Verlegung in existierenden Leerrohren bietet sich das an. Allerdings muß der flexible Anschluß am Mischpult mit Vorsicht behandelt werden oder ein fest installierter Rangierverteiler zur Zugentlastung verwendet werden.
 
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Universal - XLR Kabel
Audio XLR KAbel (Mikrofon oder Line), AES/EBU und DMX 3-Pol sind geschirmte 2-adrige kabel. Die Steckerbelegung ist für alle gleich. 1: Masse, 2 und 3 jeweils durchverbunden ohne Kreuzung. Daß die Definition für + und - bei Audio und DMX gerade vertauscht ist, stört das Kabel und die Elektronen herzlich wenig.

Das heißt, impedanzkontrollierte AES/EBU und DMX 3-Pol Kabel können als Audiokabel verwendet werden.

Wer sich eine größere Menge an universellen XLR Kabeln selber herstellen möchte, besorgt sich am Besten eine Rolle differentielles geschirmtes impedeanzkontrolliertes Datenkabel und gute XLR Stecker / Buchsen.

Universal - Cinch Kabel
ein impedanzkontrolliertes Kabel mit 75 Ohm Wellenwiderstand und Cinch Steckern kann sowohl für S/PDIF als auch für Audio Signale verwendet werden.
 
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Im Prinzip ja - ABER ...
Also: Der Wellenwiderstand wird sich schon so um die 90 - 120 Ohm bewegen. Das ist allein schon wegen der Geometrien und den möglichen Isolationsmaterialien so. Bei kurzen Kabeln sind die Reflexionen eher untergeordnet. Die verwendeten XLR Stecker sind ja auch alles andere als impedanzkontrollierte Stecker.

Was allerdings stört ist die frequenzabhängige Dämpfung des Kabels. Die führt bei längeren Kabeln zur sogenannten Inter Symbol Interference (ISI) (http://en.wikipedia.org/wiki/Intersymbol_interference) was zu verschluckten Bits am Empfänger führen kann. Was hier passiert ist, daß kurze Pulse eventuell die Entscheidungsschwelle am Empfänger nicht mehr überschreiten und daher nicht erkannt werden.

Praktisch heißt das, daß über einer gewissen Kabellänge die Übertragung zuerst unsicher wird, und dann nicht mehr möglich ist.
Bei DMX ist aufgrund der niedrigen Übertragungsrate noch einiges möglich,
bei AES/EBU kann es eng werden. Bei Patch Kabeln unter einem Meter ist es einfach egal.

Die spannende Frage: kann ich das AES/EBU Signal über mein Multicore übertragen? läßt sich so nicht beantworten. Man kann es aber relativ leicht testen. Dazu legt man die Stage Box neben den Spleiß und jagt das Signal einfach mehrfach durch das Multicore und schaut, ob der Empfänger (meist der Controller, ich denke da an den ULTRADRIVE PRO DCX2496) noch vernünftig empfängt. Das geht einfach: Das Signal geht beispielsweise in Kabel 1 zur Stage Box. Dann steckt man Kabel 2 in den Ausgang/Eingang 2 der Stage Box und geht dann zum Empfänger. Dann hat das Signal den doppelten Weg durchgemacht. Eventuell geht sogar ein dritter Durchgang. Wenn das immer noch funktioniert wird es bei einem einfachen Durchgang sicher keinen Ärger geben.

Hoffe, daß das vielen hilft.:great:

Gruß
Christoph
 

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