chris_kah
HCA PA- und E-Technik
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.
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.
- Eigenschaft
