Hvilke højttaler-ledninger er bedst? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Hvilke højttaler-ledni...

27. maj 2014

Hvilke højttaler-ledninger er bedst?

Hej Spørg om Fysik
Jeg interesserer mig for hi-fi gengivelse/lydgengivelse. Igennem 20 år eller mere har der været diskussioner om lydforskel på kabler på diverse fora, og bølgerne går altid vældig højt. Det ville være dejligt med en afklaring, eller en vej/et kodeord hvor der eventuelt kan studeres videre.

Lydforskelle kan skyldes forskelle i de elektriske parametre for kablet. Disse forskelles betydning kan eventuelt verificeres ved at forlænge et kabel, den grundlæggende lyd ændres ikke, men måske bliver klarheden mindre. Lydgengivelsen forringes på en måde, som når man ser et billede lidt sløret, men forskellen er minimal, hvis kablet ikke bliver alt for langt. Og det er ikke den forskel jeg vil tale om, men en forskel som er mere markant, en forskel som ændre hele lydens grundstruktur.

Hvad problemet drejer sig om illustreres bedst ved et eksempel. Jeg har lavet to helt identiske højtaler-kabler, hvad angår stik, isolering osv. Den eneste forskel på de to sæt var ledematerialet, som var henholdsvis kobber og fin-sølv.

Der var en markant lydforskel på de to sæt kabler, også selvom der blev taget hensyn til fin-sølvs bedre ledeevne.

Kobber virkede lidt farvet fyldigt i mellembasen, og hele lydbilledet var mere blødt og mere afrundet end med fin-sølv. Da kablet med fin-sølv blev sat på, sagde man uvilkårligt - hvor blev bassen af? Lydbilledet generelt lysere/mere slankt i klangen, og umiddelbart med flere detaljer. Det samme eksperiment blev udført med linjesignal kabler med samme resultat.

Jeg ser selv to muligheder:

 1. Der sker noget noget med lyden når forskellige materialer kobles sammen.

 2.  Der er tale om en decideret "materiale-lyd", som er forskellig for kobber, fin-sølv, grafit, nikkel osv.

Mit spørgsmålet er:

Er der noget i videnskaben, som kan indikere en mulighed for, at det kan forholde sig som beskrevet i det ovenstående.

Jeg har selv på fornemmelsen, at det på en eller anden måde har noget med resonans at at gøre, som moduleres på en eller anden måde ind i den elektriske strøm, man kan eksempelvis ændre lyd ved at dæmpe komponenter.

Den fornemmelse kommer af, at lydens karakter ser ud til at følge hårdheden af materialet, som man kender det fra akustik, når man slår på forskellige materialer.

Har tænkt en del over, om det kan være en sammenhæng med dette http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/phonon.html på en eller anden måde.

Eller mulighed nummer 2: Det er 100% udelukket. Materialer og lyd-karakteristik hænger ikke sammen ved strøm på andre måder end ved ohms lov.

På forhånd mange tak for svar.

Med venlig hilsen
T K

En højtalerledning forbinder to systemer, en forstærker og højttaleren. Begge har en impedans (vekselstrømsmodstand) i indgangen, som i princippet stort set er ohmsk, og som burde være ens, det kan f.eks. være 4, 8 eller 16 Ω, men der er også andre.

En del forstærkere har mulighed for at tilpasse udgangen til den aktuelle højttaler. Imidlertid skal der en ledningsforbindelse til, og den har en vis modstand, dvs. har man 4 ohms udgang i forstærkeren og 4 ohm i højttaleren, ser forstærkeren ud i mere end 4 ohm, fordi modstanden af ledningen skal adderes til højtalerens. Endvidere har højttaleren nok en indgang der er 4 ohm, men størrelsen varierer med frekvensen, som jo normalt for lyd er imellem ca. 30 Hz og 20 kHz, som er det hørlige område for børn.

Moderne højttalersæt

Jeg ved, at der er højttalere, som såvel går til dybere, som til højere toner end nævnt. Hørelsen især af høje toner forringes med alderen, så de fleste mennesker kan kun høre fra lidt over 30 Hz til måske 16 kHz. Hvis man har været i stærk støj, f.eks. på arbejde og fra elektroniske orkestre med stor højttalereffekt til koncerter, eller hvis man har været udsat for brag eller skud, er grænsen måske kun 7 kHz (der kan også være dyk i hørelsen på grund af brag), så kan man jo købe billigere højttalere. Der kan være mening i at have højttalere, der har noget større frekvensområde end ens hørelse, fordi højttalerne så bedre gengiver transienter, dvs. pludselige ændringer (f.eks. trommer, bækkener mm), som man faktisk kan følge.

En ledning, f.eks. de ofte anvendte dobbeltkabler (men det gælder alle kabeltyper som coaxkabler), har ud over modstanden en kapacitet pr. meter, og en selvinduktion pr. meter. Disse størrelser afhænger af lederens dimensioner, afstand imellem de to ledere, isolationsmaterialet, såvel arten som tykkelsen og evt. form. Modstanden afhænger af ledernes dimensioner, og materialet det er fremstillet af, f.eks. aluminium, kobber, iltfrit kobber, sølv osv. Alle effekterne øges proportionalt med længden af kablet. Endeligt kan der komme yderligere selvinduktioner, hvis kablet monteres smukt med ledningsholdere i skarpe knæk, det kan tage noget af den højfrekvente ende af lyden.

Her er specifikationerne for et par virkeligt gode og utroligt dyre kabler til i alt 6000 kr. for 2*6m:

• Concept: Asymetrisk konstruktion
• Materiale: 99.9999999 POC (ren oxygen-frit kobber)
• NCS frysebehandling: Nej
• Længder: (2,15) / 3,14 / 6,28 meter
• Diameter: 11 mm
• Modstand: 0.12 Ohm/m
• Kapacitans: 112 pF/m
• Induktans: 1.03 µH

Impedanskarakteristik for en 2-vejs højttaler, se specifikationer nedenfor

Man har den tommelfingerregel, at man kan høre på lydbilledet, hvis kablet ændrer impedansen med over 5 %, det skulle være fundet ved lytteprøver. For det viste kabel vil 6 m give en modstand på 0,72 ohm, eller for et 4 ohms system 18 %.

Det skulle altså være hørbart, at modstanden er blevet for stor. Kablet kan med 5 % afvigelse kun være ca. 2 meter.

Diagram for et stykke ledning længde dx

Kapacitive tab øges med frekvensen

X = 1/2πfC, hvor f er frekvensen og C kapacitansen i kablet, her 6*112 pF = 0,67 nF. Ved 10 kHz giver det en afledning (en modstand der sidder parallelt med højttaleren) på ca. 24 000 ohm, men man regner med højst 1% fejl af denne type. Den er jo frekvensafhængig, så det er OK. Ved 20 kHz giver det ca. 11 kohm så det er også ok.

Induktive tab

Her er seriemodstanden X = 2πLf, hvor L er induktansen og f frekvensen. En 6 meter kabel har en induktans på 6 µH ved 10 kHz giver det X = 0,38 ohm og med en 1 % grænse er vi over grænsen, endnu værre ved 20 kHz som giver 0,75 ohm. Det burde altså klart kunne høres. I øvrigt kombinerer disse tab sammen, og det kan være lidt værre end angivet ved lange kabler.

Skin effekt

Det er, at strømmen af selvinduktionen fortrænges mere imod overfladen af en ledning. Her bliver det kompliceret, fordi ellers gode ledere ofte har større skineffekt: sølv har større skineffekt end kobber, som igen er større end aluminiumskabler. Jeg tvivler på, at den har nogen hørbar betydning med normale kabellængder, som vel er 3-6 meter. Det har stor betydning ved højfrekvens i radiofrekvenser.

Elektrostatiske højttalere, de største på størrelse med en dør. Separat forstærker til hver

Min vurdering er, at det som almindelig musikbruger kan betale sig at holde modstanden nede ved at bruge kabler med nogenlunde tykke kobberledere, afhængig af den effekt højtalerne skal have, 2 eller 4 kvadrat ledninger. De kan fås til omkring 30 - 40 kr./m eller mindre. Er man tilfreds med kvaliteten, skal man ikke gøre mere ved det. Man kan naturligvis prøve dyrere kabler, men kabelsystemer til 5-10000 kr. tror jeg ikke på, at man kan høre en til prisen svarende forbedring. Den eneste der har fordel af det er nok sælgeren.

Højtaler med indbygget forstærker

Er man bekymret for kvaliteten, er en billigere metode at købe højttalere, som kommunikerer trådløst eller pr. ledning (uden effekt), og har indbygget forstærkere. De fås i dag endda billigere end ovennævnte kabler. Her er der ikke problemer med kabelforbindelse eller trådløs forbindelse imellem højtalerforstærkeren (i højtalerkassen eller ved den) og den forstærker, hvor styrke, tone mm. reguleres. Mange af dem har endda forbedrende tilbagekobling fra højttaleren direkte til den indbyggede forstærker, som giver en bedre frekvensgang.

Et problem er, at man skal beslutte hvilket lydbillede man synes er det rigtige. Studielokalet har indflydelse på lydbilledet, mirkofoners anbringelse, og u-linearitet har indflydelse, og produceren der sidder foran kontrolbordet har stor indflydelse på det produkt, der indspilles (LP,CD) eller sendes pr. Radio (stereo med lavere øvre frekvensgrænse). Desuden evt. overføres fra telefon eller usb-stik. Her har opbevaringsmedierne og overførselsmåden også indflydelse. Man må ergo bruge det lydbillede, man kan lide, eller som man tror er det rigtige

63 tommers subwoofer, 3 kW, 1 tons

Det svage led i kæden

Selve højttalerne er normalt i alle tilfælde det svageste led i kæden. Ofte er der 2 til 3 højtalere i kassen, der kan være faseforskydninger, filtereffekter fra de filtre, der sørger for hvilke højtalere, der siger noget afhængighed af frekvensen, der er virkninger fra kassen. Desuden har de fleste højttalere nogen variation i indgangsmodstanden, som gør tilpasning til forstærkeren vanskelig. Endeligt er der virkningen fra det rum højttaleren står i, afstand til væg osv.

Er rummet for lille, får man ødelagt de dybe toner (længste diagonal bestemmer), tekstiler i rummet betyder meget, og man har altid problemet med retningsvirkningen af højttone højttaleren og meget mere. Det skal indrømmes, at elektrostatiske højttalere klarer mange af problemerne noget bedre, men højttalere eventuelt i 100 000 kr. klassen, er nok lidt i overkanten for de fleste.

Tekniske Specifikationer på en 2200 kr. konventionel 2 vejs højttaler:
Kabinettype:                                2 vejs
Basenhed:                                    2 x 165 mm
Diskant:                                          25 mm
Frekvensområde:                      44 - 22.000 Hz
Impedans:                                    6 ohm
Følsomhed:                                  92 dB
Effekthåndtering:                      150 watt vedvarende / 300 watt spids
Delefrekvens:                                                          2,6 kHz
Dimensioner:  1006 x 321 x 270 (DxHxB)
Vægt:                                              21 kg

Retningskarakteristik for 2-vejs system

Dette er et typisk 2-vejs reflekssystem. Bashøjtalerens resonans er modvirket af anti-resonanssystemet fra porten. Som sænker niveauet på hver side af toppen.

Toppen lige over 200 Hz kommer fra induktionen i delefilteret og filteret som helhed og delekredsløbet til de to højttalere. Dalen over 2 kHz kommer fra høj pas-filteret til højtonehøjtaleren. Bemærk, at hvis højttalerne sidder i samme plan, kommer lyden i modfase fra de to højttalere ved filterfrekvensen. Højttaleren sælges som 6 ohm, men ligger imellem 5 og 30 ohm.

Da impedanskurverne for de fleste højttalere ligner denne (flervejshøjttalere har flere toppe og dale) finder fabrikanterne det ikke nødvendigt at specificere dette, ligesom de oftest ikke specificerer gengivelsen som kurve. De mekaniske egenskaber, dvs. volumen af kassen og porten samt højttalernes egen resonansfrekvens, kan altså ses i de elektriske egenskaber.  

Frekvenskarakteristik for 2-vejs system

Frekvenskarakteristik og retningskarakteristik

Endeligt en frekvenskarakteristik (for et andet tovejssystem) og den tilsvarende retningskarakteristik. Når man ser dem, forstår man nok, at fabrikanterne oftest vælger ikke at oplyse dem, selv ikke på hjemmesiderne. Det er derfor, at der her må bruges kurver for forskellige systemer. Både frekvenskarakteristikken og retningskarakteristikken påvirkes af det rum højttaleren anbringes i, og afstande til væg mm.

Trådløs høretelefon

Et par gode klassiske høretelefoner (ikke ørepropper) kan for rimelig pris fås med bedre gengivelse end fra mange højttalere. Høretelefoner fås også i trådløs udgave, og så forstyrrer man ikke omgivelserne. Men man får naturligvis ikke følelsen af bassens lydtryk imod huden med selv de bedste hovedtelefoner.

Så ja, ledningerne har indflydelse, såvel i sig selv, som ved skarpe knæk, og det har den evt. manglende impedanstilpasning også. Der kan ikke tilpasses optimalt, lige meget hvad man gør, hvis højttalerne skal drives fra en central forstærker. Vil man have bedre tilpasning og bedre karakteristik fra højttalerne, skal man have indbyggede integrerede forstærkere i enhederne. Så jo, der er fysik i højttalerledninger.

Med venlig hilsen
Malte Olsen