Wie unterscheiden sich symmetrische Kabel, unsymmetrische Kabel und Lautsprecherkabel?


Fangen wir doch einfach damit an, dass jedes Kabel Geräusche verursachen und damit die Klangqualität eines Audiosystems beeinflussen kann. Es ist also ziemlich wichtig, dass Ihr für Eure Anwendung das richtige Kabel verwendet.

Die Abschirmung

Eine wichtige Eigenschaft eines Audiokabels ist die sogenannte Abschirmung. Dieser äußere Leiter umschließt den/die anderen Leiter, um sie von elektrostatischen Interferenzen abzuschirmen. Eine gute Abschirmung – die aus einem Drahtgeflecht, einer Metallfolie oder leitendem Kunststoff bestehen kann – erweitert das Equipment-Gehäuse, das normalerweise zur Erdung dient (d. h. als Nullreferenz für die internen Spannungen). Die Abschirmung hält also diese Nullspannungs-Referenz für die Signalleiter konstant. Eine qualitativ hochwertige Abschirmung bietet sowohl einen guten Schutz rund um die inneren Leiter als auch einen extrem niedrigen Widerstand, sodass die Nullspannungs-Referenz auf der ganzen Kabelstrecke möglichst gleichbleibt.

Allerdings ist diese einfache Abschirmung nicht perfekt. Besteht diese nicht aus magnetisch durchlässigem Metall wie Stahl oder Nickel, bietet sie keinen Schutz vor elektromagnetischen Feldern. Und genau aus diesem Grund gibt es symmetrische Kabel.

Unsymmetrische Kabel

Ein unsymmetrisches Kabel enthält zwei Leiter: einen Signalleiter und einen Masseleiter, der auch als Abschirmung dient. Ein Gitarrenkabel mit einem TS-Klinkenstecker („Tip-Sleeve“) ist z.B. ein unsymmetrisches Kabel. Cinchkabel, die beispielsweise für AV-Geräte verwendet werden, bestehen aus zwei miteinander verbundenen unsymmetrischen Kabeln.

Der Signalleiter verläuft in der Mitte des Kabels und ist vom Masseleiter ummantelt. Der Masseleiter erfüllt zwei Funktionen: Er schützt den Signalleiter vor äußeren Einflüssen wie elektrostatischen Feldern, Umgebungsrauschen oder Hochfrequenzsignalen, und er überträgt einen Teil des Audiosignals (Signalrückweg). Wenn Interferenzen im Masseleiter Spannungsrauschen verursachen, beeinflusst dieses Rauschen auch das Signal.

Selbst wenn die Abschirmung des Kabels gut und kaum anfällig für Spannungsrauschen ist, bietet sie nur wenig Schutz gegen elektromagnetische Brummeinstreuungen. Das liegt daran, dass sich das Kabel selbst wie ein Übertrager verhält, der Energie von anderen Leitern und Übertragern in der Umgebung koppelt.

Daher sollten unsymmetrische Kabel auch nicht länger als 4-6 Meter sein, vor allem, wenn sie in lauten Umgebungen und für Signale mit geringem Pegel (z.B. Keyboard, Gitarre, MP3-Player etc.) genutzt werden.

Abbildung 1: Signalübertragung im unsymmetrischen Kabel
Abbildung 1: Signalübertragung im unsymmetrischen Kabel

 

Abbildung 2: Aufbau eines unsymmetrischen Kabels und Pinbelegung bei XLR-Anschlüssen und Klinkensteckern (TRS/Tip-Ring-Sleeve und TS/Tip-Sleeve).
Abbildung 2: Aufbau eines unsymmetrischen Kabels und Pinbelegung bei XLR-Anschlüssen und Klinkensteckern (TRS/Tip-Ring-Sleeve und TS/Tip-Sleeve).

Symmetrische Kabel

Eine symmetrische Verbindung löst dieses Problem, da hier das Signal unabhängig von Masse/Abschirmung geführt wird. Ein symmetrisches Kabel besitzt einen Kern aus zwei Signalleitern, die von einem Masseleiter umgeben sind. Es verfügt über eine differenzielle Eingangsstufe, was bedeutet, dass die Schaltung nur auf die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Signalleitern reagiert. Spannungen, die in beiden Leitern identisch sind, löschen sich gegenseitig aus und werden von der Schaltung ignoriert.

Typischerweise sind die Signale beider Leiter exakte Spiegelbilder, aber einige symmetrische Kabel nutzen ein anderes Prinzip. Bei diesen wird das Signal nur über einen Leiter ausgegeben, während der andere Leiter zur Masse durch eine Impedanz terminiert wird, die derjenigen des Signalleiters entspricht. Dieses Verfahren findet man am häufigsten bei batteriebetriebenen Geräten.

Übrigens macht nicht die Symmetrie der Signale ein Kabel symmetrisch, es sind vielmehr die exakt gleichen Impedanzen gegen Masse in beiden Signalleitern. Jede Einstreuung in einem Leiter tritt gleichermaßen auch im anderen Leiter auf, wodurch sich die Störsignale in der differenziellen Eingangsstufe auslöschen. In hochwertigen symmetrischen Kabeln sind die beiden Signalleiter präzise verdrillt, wodurch sichergestellt wird, dass der Einfluss von elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldern in beiden Leitern identisch ist und somit komplett ausgelöscht wird.

Für lange Kabel, wie sie gerne im Live-Bereich verwendet werden, gibt es die sogenannte Sternvierer-Verseilung (englisch „Star Quad“). Diese Kabel verfügen über vier Leiter, die paarweise kreuzförmig verdrillt sind, um eine bessere Abschirmung und gleichzeitig einen mechanisch stabilen Aufbau mit möglichst geringem Durchmesser zu erreichen. Sternvierer-Kabel sind für Signale mit Mikrofonpegel deutlich besser geeignet als klassische symmetrische Kabel.

Symmetrische Kabel sind generell für deutlich längere Distanzen geeignet als unsymmetrische Kabel. Mit einem typischen symmetrischen Kabel könnt Ihr eine Strecke von 15-30 Meter realisieren.

Abbildung 3: Signalübertragung im symmetrischen Kabel. Der Empfänger verfügt über eine differenzielle Eingangsschaltung.
Abbildung 3: Signalübertragung im symmetrischen Kabel. Der Empfänger verfügt über eine differenzielle Eingangsschaltung.

 

Abbildung 4: Aufbau eines symmetrischen Kabels und Pinbelegung bei XLR-Anschlüssen und Klinkensteckern (TRS/Tip-Ring-Sleeve).
Abbildung 4: Aufbau eines symmetrischen Kabels und Pinbelegung bei XLR-Anschlüssen und Klinkensteckern (TRS/Tip-Ring-Sleeve).

 

Lautsprecherkabel

Ein Lautsprecherkabel überträgt das elektrische Signal von einer Endstufe zu einem Lautsprecher. Ein modernes Lautsprecherkabel besteht standardmäßig aus zwei abgeschirmten elektrischen Kupferleitern. Einer dieser Leiter ist markiert, entweder direkt auf der Abschirmung oder mithilfe von überzogenen Kabelenden, damit die richtige Polarität des Audiosignals eingehalten werden kann. Jedes Kabel verfügt über drei zentrale elektrische Eigenschaften: Widerstand, Kapazität und Induktivität. Der Widerstand ist in diesem Fall der ausschlaggebende Faktor. Er muss sehr niedrig sein, um das Audiosignal möglichst effizient bis zur Schwingspule des Lautsprechers zu übertragen.

Ist der Kabelwiderstand nur einen Bruchteil eines Ohms zu hoch, wird der Dämpfungsfaktor der Endstufe beeinträchtigt. Zudem kann der Kabelwiderstand den Frequenzgang des Lautsprechers beeinflussen, da dessen Impedanz frequenzabhängig ist. Das liegt daran, dass der Kabelwiderstand in Reihe mit der Impedanz des Lautsprechers geschaltet wird. Dadurch wird er zum Spannungsteiler, und die Signalübertragung zum Lautsprecher variiert mit der Signalfrequenz.

Der Widerstand des Lautsprecherkabels ist proportional zu seiner Länge und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche seiner Leiter. Deshalb ist es sinnvoll, so kurze Lautsprecherkabel wie möglich zu nutzen. Wenn die Situation jedoch längere Kabelstrecken erfordert, solltet Ihr Kabel mit größerem Querschnitt verwenden, um den Widerstand niedrig zu halten. Als Faustregel für den Live-Bereich gilt: Der Umlaufwiderstand des Lautsprecherkabels sollte niedriger sein als 1/20 der Lautsprecher-Impedanz.

Abbildung 5: Aufbau eines Lautsprecherkabels.
Abbildung 5: Aufbau eines Lautsprecherkabels.

Fazit

Audiokabel haben eine einzige Aufgabe: Signale von einem Ende zum anderen verlustfrei zu übermitteln. Um dies zu erreichen, ist es enorm wichtig, für jeden Anwendungsbereich das richtige Kabel auszuwählen. Dabei solltet Ihr die Kabellänge, die elektrische Impedanz sowie alle angeschlossenen Geräte und Audioquellen berücksichtigen.

 

 

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