DE29802010U1

DE29802010U1 - Kabel für Audiozwecke

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Publication number: DE29802010U1
Application number: DE29802010U
Authority: DE
Original assignee: Audioplan Kuehn & Kuehn
Current assignee: Audioplan Kuehn & Kuehn
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2008-02-07

Description

Kabel für Audi&ogr;zwecke

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Litze mit zumindest einem metallischen Einzelleiter sowie ein eine derartige Litze enthaltendes Kabel.

Elektrisch leitende Kabel umfassen neben einem mechanischen Schutzmantel und ggf. einer Schutzabschirmung gegen elektromagnetischen Störeinstrahlungen eine oder mehrere Adern, die ihrerseits aus Litzen aufgebaut sind. Diese Litzen können aus einem einzelnen elektrischen Leiter oder, zur Erhöhung ihrer Flexibilität bei gegebenem Leitergesamtquerschnitt aus einer Vielzahl derartiger elektrischer Leiter bestehen, die häufig gemeinsam um einen zentralen Träger verseilt sind. Der Einsatzzweck des Kabels bestimmt dabei seinen genauen Aufbau etwa hinsichtlich des äußeren mechanischen Schutzmantels, seiner Schirmung gegen elektromagnetische Einstrahlungen, der dielektrischen Eigenschaften seiner Isolatoren, seiner Spannungsfestigkeit usw..

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit solchen Kabeln, die insbesondere im Audiobereich Einsatz finden, und zwar

vor allem als sog. Niederfrequenz-Kleinsignalkabel, Lautsprecherkabel, Netzkabel für Audiogeräte und Hochfrequenzkabel zur Verwendung in Rundfunk-Empfangs- Antennenanlagen und als Hochfrequenz-Digitalkabel mit insbesondere 75 Ohm Wellenwiderstand nach SP/DIF-Standard oder mit 110 Ohm Wellenwiderstand nach AES/EBU-Standard zur Verbindung von Compact-Disk-Laufwerken mit externen Digital-Analog-Wandlern. Weiter befaßt sie sich mit Litzen, mit welchen derartige Kabel aufgebaut werden, die aber auch separat in der Innenverkabelung von Tonarmen, Audiogeräten und Lautsprecher einsetzbar sind.

Bei der Entwicklung hochwertiger Audio-Wiedergabeketten wurde in der Vergangenheit bereits erkannt, daß nicht nur Signalquellen wie analoge oder digitale Plattenspieler, Verstärker und Schallwandler wie Lautsprechern und Kopfhörern die Qualität der mit einer Anlage erzielbaren Musikreproduktion beeinflussen, sondern auch die zur Verbindung der einzelnen Komponenten untereinander und mit dem Stromnetz verwendeten Kabel die Qualität der Klangwiedergabe entscheidend beeinflussen. Es ist zwar sehr einfach, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten etwa einer Stereoanlage vorzusehen, jedoch außerordentlich schwierig, dabei klanglich befriedigende Ergebnisse zu erreichen, insbesondere, wenn ein Kabel entwickelt werden soll, welches in einer Vielzahl unterschiedlicher Anlagen mit unterschiedlichen Anschlußwerten hervorragende Resultate ergibt.

Die Schwierigkeiten bei der Entwicklung guter Audiokabel hängen womöglich einerseits mit der Psychoakustik des Hörens zusammen, die bedingt, daß schon geringste Signalverfälschungen bestimmter Art als sehr unangenehm einge-

stuft werden, während andererseits trotz der Empfindlichkeit des Ohres über einen breiten Frequenz- und Schalldruckbereich andere Arten der Signalverfärbung kaum auffallen oder sogar als angenehm empfunden werden. Nur beispielhaft sei darauf hingewiesen, daß sich etwa bei der für Minidiscs erforderlichen Datenreduktion bestimmte Signalanteile bei nur geringer Beeinträchtigung der Wiedergabequalität vollständig herausfiltern lassen oder daß bestimmte Verstärker wie Röhrenverstärker gegenüber den meisten modernen Transistorverstärkern als angenehmer und musikalischer empfunden werden, obwohl letztere objektiv niedrigere harmonischer Signalverzerrungen aufweisen.

Andererseits wird die Entwicklung hochwertiger Audio-Kabel dadurch erschwert, daß eine Vielzahl unterschiedlicher Kabel-Parameter wie Kabelinduktivitätsbelag, Kapazitätsbelag, Widerstand des Kabels, Frequenzgang der Dielektrizitätskonstanten der verwendeten elektrischen Isolatoren usw. den Klang beeinflussen.

Als einer der Faktoren, die das Klangverhalten von Kabeln beeinflussen, sind dabei in den letzten Jahren Mikrophonie-Effekte erkannt worden. Unter Mikrophonie wird allgemein die Aufnahme von Vibrationen aus der Umgebung, etwa durch Trittschall, Netzbrummen der zu verbindenden Geräte, aber auch durch den reproduzierten Schall verstanden. Auch mechanische Auswirkungen von Magnetfeldern zwischen einzelnen Litzendrähtchen können beitragen, ggf. auch in Verbindung mit Dielektrika, aufgrund von Speichereffekten bzw. zeitverzögerter Einspeisung des gespeicherten Signals. Die mechanische Anregung des Kabels zu solchen Schwingungen ergibt ein Klangbild, das als "verwaschen"

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empfunden wird, wobei insbesondere die räumliche Abbildung und das Dynamik-Verhalten beeinträchtigt ist.

Eine mögliche Ursache für Mikrophonie-Effekte ist etwa die mit den Schwingungen des Kabels einhergehende periodische Veränderung der Adern-Abstände, besonders auch die ungedämpfte Veränderung des Abstandes zwischen einzelnen Litzendrähtchen einer Litze - Metall auf Metall. Diese bewirkt eine entsprechende, periodische Variation der Kabelparameter wie Induktivität und Kapazität des Aderaufbaus. Die hierdurch bewirkten Signalstörungen sind zwar relativ klein, werden aber bei den heute erzielbaren Signal-zu-Rauschverhältnissen von um oder besser als 12OdB beachtlich.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf, Neuartiges für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Litze gelöst, bei der diese neben den metallischen Einzelleitern als weitere Litzenelemente nicht-metallische Fasern aufweist.

Die erfindungsgemäße Litze und die damit aufgebauten Kabel sind vorteilhaft in sämtlichen Bereichen, in welchen Ströme, Spannungen oder informationstragende Signale mit geringsten Verzerrungen und Verfälschungen ohne Störungen durch Trittschall, akustische Schallfelder, magnetisch ausgelöste mechanische Bewegungen oder Gerätevibration in oder zwischen Geräten übertragen werden sollen. Insbesondere bringt die Erfindung Vorteile im Bereich der Aufzeichnung, Übertragung und Wiedergabe von Ton- und/oder Bildsignalen.

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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß neben den durch Mikrophonie bedingten Abstandsvariationen der einzelnen Kabel-Adern zueinander und den damit einhergehenden, oben diskutierten Änderungen der Kabel-Parameter auch der akustischen Anregung der metallischen Einzelleiter in den Litzen selbst eine nachteilige Auswirkung auf den mit einem bestimmten Kabel gewonnenen Höreindruck zuzuschreiben ist. Diese nachteiligen, bislang unberücksichtigten Mikrophonie-Auswirkungen werden mit der vorliegenden Erfindung auf effektive Weise ausgeschaltet.

Die Verbindung von nicht-metallischen Fasern, insbesondere Kohlenstoff-Fasern, aber auch nicht-leitenden Fasern wie Aramidfasern mit metallischen Einzelleitern bietet dabei Vorteile gegenüber anderen denkbaren Lösungsansätzen zur Leiter-Schwingungs- bzw. Resonanzdämpfung.

Die vorliegende Erfindung hat erkannt, daß die Verwendung von nicht-metallischen Fasern, insbesondere den oben genannten, zusätzlich zu den metallischen Leitern aufgrund der besonderen mechanischen Eigenschaften eine starke Bedämpfung der Metall-Leiter-Resonanzen ermöglicht, wobei bei Kohlefaserleitern auch deren - allerdings nur in geringem Umfang gegebene - Stromleitfähigkeit nutzbar ist.

Zugleich ist die Verwendung von Kohlenstoff-Fasern gegenüber Fasern aus anderen Materialien mit hoher mechanischer Dämpfung insofern vorteilhaft, als eine Zersetzung 0 der Dämpfungsfaser selbst dann nicht zu befürchten ist, wenn die metallischen Leiter in Steckern verlötet und damit hohen Temperaturen ausgesetzt werden, was die in organische Dämpfungsfasern enthaltenen Stoffe zersetzen

kann, so daß die elektrischen Eigenschaften einer Lot-, Quetsch oder Schraubverbindung beeinträchtigt werden.

Eine Litze mit metallischen Einzelleitern aus unterschiedlichen Metallen bringt - wie sich in Versuchen gezeigt hat - klangliche Nachteile mit sich, was auf Änderungen der Gruppenlaufzeiten in verschiedenen Frequenzbereichen und die damit einhergehende Signalverfälschung zurückgeführt wird. Zudem wird eine mechanische Leiter-Resonanz zwar auf verschiedene Frequenzbereiche verteilt, aber durch die Metalle nicht effektiv abgedämpft .

Als metallische Einzelleiter können für eine Litze gemäß der vorliegenden Erfindung alle bekannten Metalle herangezogen werden, wobei insbesondere Kupferdrähte, versilberte Kupferdrähte oder Reinsilberdrähte einsetzbar sind.

Wenn der oder die metallische(n) Einzelleiter mit einer Vielzahl von nicht-metallischen Fasern verseilt ist/sind, ergibt sich eine verbesserte Dämpfung der Resonanzen des metallischen Einzelleiters, da sich die Anzahl an Stellen mechanischen Kontakts zwischen schwingungsdämpfenden Kohlefasern und metallischen Einzelleitern erhöht.

In bevorzugten Anwendungen werden zudem eine Vielzahl metallischer Einzelleiter anstelle eines einzelnen, relativ dicken Einzelleiters verwendet, was die Flexibilität des Kabels erhöht und die elektrischen Eigenschaften gerade im Hochfrequenzbereich aufgrund des Skin-Effektes durch die vergrößerte Oberfläche verbessert.

Die bevorzugte Umseilung eines, mehrerer oder aller Einzelleiter durch nicht-metallische Fasern vermindert das Eindringen externer Schallschwingungen in die metallischen Einzelleiter und vermindert so die Leiter-Resonanzen weiter.

Wenn es im Herstellungsprozeß und/oder zur Erzielung bestimmter elektrischer bzw. elektromagnetischer Eigenschaften, wie eines besonderes Verlaufs der magnetischen Wechselfelder im Kabel gewünscht wird, einen nichtleitenden Träger im Zentralbereich der Litze anzuordnen, ist dies mit der Anordnung gemäß der Erfindung ohne Beeinträchtigung der erhaltenen Vorteile möglich.

Auch ein mehrlagiger Litzenaufbau, insbesondere ein solcher, in welchem zwischen Lagen aus metallischen Einzelleitern zumindest eine Lage aus nicht-metallischen Fasern angeordnet ist, kann in einer Litze gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei stets die angestrebte mechanische Bedämpfung des oder der metallischen Einzelleiter erzielt wird.

Eine elektrisch isolierende Lackierung über den metallischen Einzelleitern beeinträchtigt die Vorteile der erfindungsgemäßen Bewicklung des metallischen Einzelleiters mit der Kohlenstoff-Faser ebenfalls nicht.

Obwohl es nicht zwingend zur Erzielung der erfindungsgemäße mechanische Bedämpfung des metallischen Einzelleiters geboten ist, können Kohlenstoff-Fasern ohne weiteres ebenfalls an der elektrischen Leitung, d. h. der Strom-, Spannungs- bzw. Signalübertragung partizipieren. Es ist daher nicht nötig, sie gegen die oder den metallischen Einzelleiter zu isolieren.

Während eine erfindungsgemäße Litze direkt für Audio-Zwecke einsetzbar ist, insbesondere bei der Innenverkabelung elektronischer Geräte, Lautsprechern, Tonarmen für Analog- Plattenspieler usw., wird sie üblicherweise in einem Kabel zum Ader-Aufbau verwendet. Schutz wird daher auch beansprucht für ein eine derartige Litze verwendendes Kabel.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:

Fig. 1: ein erfindungsgemäßes Kabel mit Litzen

entsprechend der vorliegenden Erfindung; 15

Fig. 2 a (linke Seite der Zeichnung) eine erfindungsgemäße Litze in Querschnitt ohne Isolierung und

Fig. 2 b (rechte Seite der Zeichnung) kurzes Stück

des Kabels im Längsschnitt;

Fig. 3a,b - 8a,b weitere Ausfuhrungsformen erfindungsgemäßer Litzen jeweils im Quer- bzw. Längsschnitt.

Figur 1 zeigt beispielhaft den Aufbau eines Niederfrequenz-Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung. Es weist in einem äußeren Schutzmantel 1, die aus PVC oder einem anderen geeigneten, hinreichend robusten Kunststoff hergestellt ist, eine elektromagnetische Abschirmung auf, die aus gewickelter Aluminiumfolie, einem Drahtgeflecht oder auf andere Weise aufgebaut sein kann. Von der Abschirmung 2 sind mehrere Adern 3a, 3b umschlossen,

welche vermittels einer elektrischen Isolierung 4 a, 4 b aus einem Kunststoff mit geeignetem dielektrischen Eigenschaften, wie bevorzugt Teflon, Polyurethan, Polyethylen oder PVC umgeben und somit gegeneinander elektrisch isoliert sind. In ihrem Inneren weisen die Adern 4a, 4b eine oder mehrere Litzen 5 a, 5 b auf.

Während in der Figur die einzelnen Kabelelemente aus Gründen der Übersichtlichkeit voneinander abgesetzt dargestellt sind, werden diese in der Praxis engen Kontakt zueinander besitzen. Das Kabel kann noch andere Bestandteile aufweisen, wie einen im Inneren der elektromagnetischen Abschirmung 2 und/oder zwischen äußerer Umhüllung 1 und elektromagnetischer Abschirmung 2 verlaufenden Mikrophonieschutz aus geeignetem Material wie Aramidfasern, Kevlar oder dergleichen, wie es in der Technik bekannt ist.

Erfindungsgemäß sind die die Adern 4 aufbauenden Litzen gebildet wie folgt.

Nach Figur 2 umfaßt eine Litze 5 einen zentralen metallischen Einzelleiter 6 aus insbesondere elektrisch gut leitendem Metall, beispielsweise Kupfer bevorzugt hoher Reinheit, versilbertes Kupfer, Reinsilber usw. Der zentrale metallische Leiter 6 ist von einer Vielzahl separater Kohlenstoff-Fasern 7, in der Abbildung zwölf Kohlenstoff-Fasern 7 vorzugsweise eng umgeben, d. h. umwickelt. Der metallische Einzelleiter liegt so in engem Kontakt mit den Kohlenstoff-Fasern, die diesen vorzugsweise spiralartig umlaufen, jedenfalls aber an vielen Stellen längs des metallischen Einzelleiters berühren.

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In der Herstellung des Kabels wird zu diesem Zweck der metallische Leiter 6 mit den Kohlenstoff-Fasern bewickelt (nicht zeichnerisch dargestellt). Die sich aus der Verseilung ergebende Drehung der Metall- und Kohlenstoff-Einzelfasern umeinander ist in dem kurzen Abschnitt, der in Figur 2 b) dargestellt ist, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht berücksichtigt.

Wenn mit einer derartigen Litze ein Kabel aufgebaut wird, können die freigelegten Litzen am Kabelende beispielsweise durch Crimpen oder Loten in elektrisch leitenden Kontakt mit geeigneten Steckern gebracht werden, um das Kabel zu konfektionieren.

Nach Anschluß des konfektionierten Kabels wird im Betrieb ein elektrischer Strom durch die Litze 5, d. h. durch den metallischen Einzelleiter 6 sowie vorzugsweise die Kohlenstoff-Fasern 7 gesandt. Der metallische Einzelleiter ist hierbei nicht vollständig unbeweglich und in Ruhe; vielmehr wird er durch Trittschall, Vibrationen der zu verbindenden elektrischen Geräte, ggfs. das akustische Schallfeld eines wiedergegebenen Tones usw. in Schwingungen versetzt. Selbst wenn das Kabel vollständig vor mechanischen Vibrationen geschützt wird, kann der Leiter möglicherweise durch die mit dem Transport des Signals einhergehende Wärmebildung durch Spannungsabdfall am Kabelwiderstand und die entsprechende thermische Expansion/Kontraktion der metallischen Einzelleiter sowie durch vom Signal bewirkte elektromagnetische Felder noch mit dem Musiksignal moduliert zu Schwingungen angeregt werden.

Der Leiter wird so einerseits Longitudinalschwingungen unterworfen, die ihn, wenn auch geringfügig, wie eine

schwingende Saite um seine Ruhelage auslenken, andererseits werden Transversalschwingungen im Leiter auftreten.

Der metallische Einzelleiter befindet sich jedoch an einer Vielzahl von Berührungspunkten und -flächen in mechanischem Kontakt mit den ihn umgebenden Kohlenstoff-Fasern. Ein Teil der mechanischen Schwingungen wird dabei auf die Kohlenstoff-Fasern 7 übertragen und in diese eingekoppelt. Die Kohlenstoff-Fasern 7 besitzen eine deutlich höhere mechanische Dämpfung als der metallische Einzelleiter, so daß die mechanische Schwingungsenergie aus dem metallischen Einzelleiter schnell in Wärme umgesetzt wird und nicht auf den Einzellitzen zurück übertragen wird.

Auf diese Weise wird die die Signalübertragung beeinträchtigende Mikrophonie vermindert.

Es sei dabei erwähnt, daß bei der in Figur 2 gezeigten Anordnung die Anregung des metallischen Leiters durch von außen auftreffenden Schall durch die Ummantelung mit Kohlenstoff-Fasern bereits deutlich verringert ist, so daß sich eine besonders große Dämpfung der ohne Kohlenstoff-Fasern feststellbaren Leiter-Resonanz ergibt. 25

Diese gilt auch für die Verseilungen nach den Figuren 3, 4 und 5, bei welchen im Außenbereich der Litze eine Vielzahl von Kohlenstoff-Fasern angeordnet sind.

Eine erfindungsgemäße Leiter-Resonanzdämpfung ergibt sich dabei für alle der dargestellten metallischen Einzelleiter durch den Kontakt mit den Kohlenstoff-Fasern. Dies gilt insbesondere auch für den zentralen metallischen Einzelleiter 6 a von Figur 3, der zwar nicht in direktem

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mechanischen Kontakt mit den Kohlenstoff-Fasern 7 steht, aber Schwingungen über die ihn umgebenden metallische Einzelleiter 6 b auf die Kohlenstoff-Fasern übertragen kann, also in indirektem Kontakt zu ihnen steht, was für eine akustisch wahrnehmbare Verbesserung bei Betrieb des Kabels in einer hochauflösenden Wiedergabekette bereits ausreicht.

Weiter ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile auch dann, wenn ein Träger 8 vorgesehen wird, um welchen die Litze herum aufgebaut wird, etwa um die Herstellung zu vereinfachen.

Figur 5 zeigt, daß nicht nur auf der radial äußeren Seite der Litze Kohlenstoff-Fasern 7 angeordnet sein können, sondern auch radial innerhalb einer Lage metallischer Einzelleiter, gegebenenfalls sogar innerhalb aller metallischen Einzellitzen.

So wird eine erfindungsgemäße Leiter-Resonanzdämpfung selbst dann noch erreicht, wenn die Litze mehrlagig aufgebaut ist und die äußere Lage durch metallische Einzelleiter gebildet ist, wie in den Figuren 6-8 gezeigt.

Einleuchtenderweise sind die gezeigten Litzenaufbauten keinesfalls als abschließend und umfassend zu verstehen. Wichtig ist ausschließlich, daß die mechanische Erregung eines metallischen Leiters durch Kontakt mit einem nichtmetallischen Material mit hoher mechanischer Dämpfung an einer Vielzahl von Berührungsstellen längs des metallischen Leiters direkt oder indirekt über die Übertragung durch andere metallische Einzelleiter bedämpft wird.

Die erfindungsgemäße Litze kann metallische Einzelleiter mit und/oder ohne Lack-Isolation aufweisen.

Sie ist insbesondere zur Innenverdrahtung von Tonarmen und in Netzkabeln, Mehrfachsteckdosen, Niederfrequenz-Kleinsignalkabeln, Lautsprecherkabeln, Antennenkabeln, Digitalkabeln oder Mikrophonkabeln und im Bereich insbesondere der Ton- und/oder Bildwiedergabe für professionelle Anwendungen in Studios oder im privaten Endverbraucherbereich einsetzbar.

Claims

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DlPL-PHYS. DR. RER. NAT. JOST LEMPERT D-76207 KARLSRUHE (DURLACH)

POSTFACH 410760

DIPL-ING. HARTMUT LASCH TELEFON: (O72I) 94328I5 TELEFAX: (0721)9432840

AUDIOPLAN Kühn & Kühn 15407.4/98 Le/es

Goethestraße 27 5. Februar 1998

D-76316 Maisch

Schutzansprüche

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Litze (5) mit zumindest einem metallischen Einzelleiter^), dadurch gekennzeichnet, daß die Litze neben den metallischen Einzelleitern (6) als weitere Litzenelemente nicht-metallische Fasern aufweist.

Litze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-metallischen Fasern (7) höchstens geringe Elastizität aufweisen.

Litze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-metallischen Fasern (7) hohe mechanische Dämpfungseigenschaften aufweisen.

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Litze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-metallischen Fasern (7) Kohlefasern sind.

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Litze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-metallischen Fasern (7) Aramidfasern sind.

6. Litze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-metallischen Fasern (7) untereinander verseilt sind.

7. Litze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Einzelleiter (6) untereinander verseilt sind.

8. Litze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Leiter (6) und die nicht-metallischen Fasern (7) miteinander verseilt sind.

9. Litze (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein metallischer Einzelleiter (6) von Kohlenstoff-Fasern (7) umseilt ist.

10. Litze (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrem Zentralbereich als weiteres Litzenelement ein elektrisch nicht leitender Träger (8) angeordnet ist.

11. Litze (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Litzenelemente (6, 7) zu einem mehrlagigen Litzenaufbau verseilt sind.

12. Litze (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lagen aus metallischen Einzelleitern

(6) wenigstens eine Lage aus Kohlenstoff-Fasern (7) angeordnet ist.

13. Litze (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein metallischer Einzelleiter (6) eine elektrisch isolierende Lackierung trägt.

14. Litze (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstoff-Fasern (7) zur elektrischen Leitung angeschlossen sind.

15. Kabel, insbesondere Netz-, Lautsprecher-, Kleinsignal- Niederfrequenz- oder einen definierten Wellenwiderstand von insbesondere vorzugsweise 75 Ohm oder 110 Ohm aufweisende Hochfrequenzkabel, mit wenigstens einer Litze (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.