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Die Erfindung betrifft Audiofrequenzkabel im allgemeinen und
ein neues Audiosignalkabel im besonderen.
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Immer seit der Entwicklung der Hifi (High Fidelity: Hohe
Klangtreue)-Stereo-Technology wurden grosse Anstrengungen gerichtet
auf die Beseitigung von Klangverzerrungen durch
Unzulänglichkeiten in Mikrophonen, Verstärkern und Lautsprechern. Mit der
Verbesserung dieser Komponente wurde es immer wichtiger, dass
das Signal zwischen Verstärkern und Lautsprechern
unbeeinträchtigt übertragen wird, und dies erforderte besondere
Sorgfalt bei der Konstruktion und Verlegung der
Lautsprecherkabel.
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Die meisten herkömmlichen Kabel, einschliesslich
Lautsprecherkabel, haben eine relativ hohe charakteristische Impedanz im
Bereich von 500 bis 100 Ohm. Die charakteristische Impedanz
(der Wellenwiderstand) eines Signalübertragungskabels ist
unabhängig von seiner Länge, aber abhängig von seiner
Konstruktion und dem gegenseitigen Abstand der Leiter
voneinander und der Art der Isolierung zwischen Ihnen.
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Diesbezüglich ist es eine ernsthafte Begrenzung herkömmlicher
Kabel, dass ihr Wellenwiderstand viel höher ist als die
Impedanz der Lautsprecher, die meist im Bereich von 2 bis 8 Ohm
liegt. Das daraus entstehende Problem hört man in Form von
Reflektionen, wegen mangelnder Impedanzanpassung, wodurch die
Klangqualität beeinträchtigt wird, je länger die Kabel werden.
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Messungen zeigen, dass diese Art der Signalverzerrung zunimmt
zu dem hohen Ende des hörbaren Feldes (stärkere Verzerrungen
bei hohen Frequenzen), beginnend bei geringerwertigen Kabeln
bei circa 10 Fuss (circa 3 Meter) Länge.
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Der resultierende Verlust von Klangtreue ist besonders
bedeutsam bei schnellen, transienten Signalen, die beeinträchtigt
werden durch eine viel langsamere Anstiegszeit im Lautsprecher
als im Verstärker. Oft werden mehrere Lautsprecher parallel an
das gleiche Kabel angeschlossen, wodurch die Belastung weiter
vermindert und die mangelnde Impedanzanpassung verstärkt wird.
Hinzu tritt, wenn das Kabel offen bleibt oder fast offen, d. h.
angeschlossen an einen Kopfhörer hoher Impedanz, ist das
Resultat eine starke Dämpfung der Hochfrequenz.
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Die vorstehend beschriebene Art der Verzerrung kommt ins Spiel
bei komplexen Stereomusiksignalen durch Verzerrung der
Phasenbeziehung zwischen den Signalkomponenten verschiedener
Frequenzen. Das Resultat ist, dass der Klang diffus und weniger
bestimmt wird mit zunehmender Länge des Kabels. Dieser Effekt
darf nicht verwechselt werden mit dem wohlbekannten Signal-
Clipping/Signalverstümmelung. Besonders bei Stereoklang ist die
Klangtreue abhängig von äusserst kleinen Differenzen, die vom
menschlichen Ohr erfasst werden und interpretiert werden als
der Ort jedes Instrumentes in einer Vielzahl von Instrumenten,
d. h. in einem Synphonieorchester. In diesem Falle zerstören
Phasenverzerrungen den Eindruck, in einer Konzerthalle
gegenwärtig zu sein.
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Bei grossen Audio-Lautsprechersystemen, d. h. in Kinosystemen,
sind oft Frequenzanpassungen der verschiedenen individuellen
Kanäle erforderlich, um unterschiedliche Kabellängen
auszugleichen und somit die vorerwähnte Phasen- und
Frequenzabhängigkeiten zu beseitigen. Solche Frequenzeinstellungen
wären nicht erforderlich, wenn Lautsprecherkabel angepasst
wären an den Wellenwiderstand des Lautsprechers.
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Ferner verwenden alle Audioverstärker negative Rückführung zur
Steuerung und Stabilisierung des Verstärkungsfaktors und der
Leistungs-Bandbreite. Die Last-Impedanz ist in Betracht zu
ziehen bei der Berechnung der Rückführungsschleife und bei der
Feinabstimmung auf die gewünschte Frequenz. Die Verwendung
eines Kabels mit dem korrekten Wellenwiderstand reduziert
bedeutend die Änderung der Last-Impedanz mit der Frequenz.
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Ein anderes Problem bei herkömmlichen Flachkabeln ist, dass sie
wegen des Abstandes zwischen den Leitern relativ offen sind
gegenüber benachbarten oder unigebenden Feldern. Dies bewirkt
ein Überspielen zwischen benachbarten Kanälen, wenn die Kabel
zusammen, dichtbeieinander verlegt werden, oder Frequenz-
Brummen von benachbarten Stromleitungen. Diese beschriebenen
Fehler können vermieden werden entweder durch extensive
Abschirmung der Kabel oder separate Verlegung, was in jedem
Fall zu bedeutend höheren Kosten führt.
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Die US-A-4,808,773 (Crandall) zeigt ein Kabel zur Verwendung
bei elektrischen Verbindungen mit ultraniedriger Impedanz. Das
Kabel wird gebildet durch Anordnung eines ersten leitenden
Streifens auf einen ersten isolierenden Streifen und dann
Anbringung eines zweiten isolierenden Streifens auf dem ersten
leitenden Streifen, gefolgt von einem zweiten leitenden
Streifen auf den zweiten isolierenden Streifen. Diese
Streifenanordnung wird aufgewickelt von einer Seite zu der anderen zur
Bildung eines im Querschnitt spiralförmigen Kabels.
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In der DE-U-9113471 hat ein Leiterpaar niedriger Induktivität
zwei einander überlappende streifenförmige Leiter, die mit
Längsfalten gefaltet sind zur Bildung ineinandergreifender
Falten, wobei die Leiter im Querschnitt mit einer isolierenden
Lage zusammengewunden sind.
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Die US-A-3,585,757 (Haldeman et al) beschreibt eine
streifenförmige Übertragungsleitung mit einem Paar von flachen
leitenden Streifen gleicher Breite mit einem Isolator zwischen
ihnen und einer äusseren isolierenden Umhüllung. Die
isolierenden
Teile sind nicht fest verbunden an den leitenden
Streifen, sondern sind frei gegeneinander beweglich, so dass
sich diese Streifenanordnung biegen kann, ohne Verzerrung der
Leitung derart, dass sie sich verbiegen können, ohne
Schädigungen der elektrischen Eigenschaften.
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Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Audio-
Kabel zur Verbindung eines Audio-Leistungsverstärkers mit einem
Lautsprecher:
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zwei Leiter und einen dielektrischen Streifen oder eine Lage,
der/die zwischengefügt ist zwischen die Leiter und die Leiter
voneinander trennt; die Leiter des Kabels sind parallel und die
Geometrie der Leiter und des Dielektrikums sind angepasst zur
Erhöhung der Kapazität und Absenkung der Induktanz des Kabels,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter und das Dielektrikum
zusammen so geformt sind, dass sie ein flaches Kabel formen und
dass der Wellenwiderstand des Kabels abgesenkt ist innerhalb
des Bereiches von 2 bis 10 Ohm, so dass der Wellenwiderstand in
der gleichen Grössenordnung ist wie der einer typischen
Lautsprecher-Last.
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Die Erfindung befasst sich mit Verbesserungen bei
Lautsprecherkabeln durch virtuelle Beseitigung der oben beschriebenen
Probleme. Ausserdem sind Kabel gemäss der Erfindung kompakter
und leichter zu installieren und sie fallen weniger ins Auge
als herkömmliche Lautsprecherkabel. Wegen Ihrer Konstruktion
sind jedoch besondere Massnahmen erforderlich, an den
Kabelenden und beim Spleissen von Kabeln, was erleichtert wird durch
spezielle Hardware, eine Art dieser Werkzeuge wird nachfolgend
beschrieben.
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Lautsprecherkabel gemäss der Erfindung haben eine niedrige
charakteristische Impedanz, d. h. einen geringen
Wellenwiderstand, unter 10 Ohm, wodurch Signalverzerrung durch mangelnde
Anpassung wirksam vermieden werden. Ferner sind sie dank Ihrer
Geometrie virtuell immun gegen umgebende Felder und können als
Bündel zu mehreren oder nahe elektrischen Leitungen verlegt
werden, ohne die oben beschriebenen Beeinträchtigungen.
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Dies kann erreicht werden durch Austausch der herkömmlichen
Leiter in einem Kabel gegen breite Bänder, welche aus fester
Folie oder Streifen oder einer Vielzahl von eng benachbarten
Drähten aus leitendem Material bestehen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines zweiadrigen Kabels mag
bestehen aus zwei solcher Bänder, die eng zusammengelegt sind
mit einer dünnen Zwischenlage eines passenden dielektrischen
Materials, wie zum Beispiel Polyesterfilm, umgeben von einer
gemeinsamen Hülle einer passenden Isolierung. Der Effekt dieser
Konstruktion ist eine drastische Erhöhung in der Kapazität und
gleichzeitig Reduzierung der Induktanz im Vergleich mit
konventionellen Kabeln, was zusammen die erwünschte Reduzierung des
Wellenwiderstandes erbringt. Gleichzeitig ist das Kabel wegen
des geringen Abstandes zwischen den Bandleitern virtuell immun
gegen umgebende Felder und die Einwirkung von niederfrequenten
magnetischen Feldern, welche manche Leute als Gesundheitsrisiko
ansehen.
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Gemäss einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein
Gerät bzw. eine Klemme zur Endverbindung bzw. zum
Zusammenschalten und Spleissen eines Kabels oder von Kabeln gemäss der
Erfindung einen nichtleitenden Grundkörper und leitende
Elementen, versehen mit scharfen, die Isolation durchdringenden
Vorsprüngen, welche gegenüberliegende Seiten des Kabels
kontaktieren, und Mittel zum festen Zusammenklemmen der leitenden
Elemente, unter gleichzeitiger Herstellung des elektrischen
Kontaktes mit abisolierten Enden eines herkömmlichen
Anschlussdrahtes.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der
Zeichnungen beschrieben.
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Figuren 1, 2, 3 und 4 sind Perspektivansichten auf die
Enden verschiedener erfindungsgemässer Kabel;
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Figuren 5, 6 und 7 sind Diagramme von Wellenformen und
zeigen Messergebnisse von vorbekannten schweren bzw. dicken
Hochfrequenzkabeln im Vergleich mit erfindungsgemässen
Kabeln.
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Figur 8 zeigt in Ansicht und als Explosionszeichnung eine
Klemme zum leichten Anschluss und Spleissen flacher
Lautsprecherkabel gemäss der Erfindung.
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In Figur 1 sind die Elemente 1 und 2 flache Streifen aus
leitendem Material, zum Beispiel Kupfer oder Aluminium,
angeordnet beidseits einer etwas breiteren Zwischenlage 3 aus
dielektrischem Material, zum Beispiel Polyesterfilm. Die
Abmessungen des Streifens hängen ab von den Erfordernissen des
Systems. Ein gutes Beispiel für eine HiFi-Anwendung wäre ein
Kupferstreifen von 0,375 inch (9,5 mm) Breite und 0,010 inch
(0,25 mm) Dicke, also mit etwa dem gleichen leitenden
Querschnitt wie ein 12 Gauge-Leiter, wie er nun zunehmend in
Stereosystemen für die Wohnung angewendet wird.
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Das Kabel nach Figur 1 ist die einfachst mögliche Ausführung
eines erfindungsgemässen Kabels, ohne irgendeine äussere
Isolierung. Wegen der normalerweise sehr geringen
Signalspannung besteht keine Gefahr, dass man beim Berühren des
Kabels einen elektrischen Schlag erhält, und wegen der
zweiseitigen Konstruktion und der vorstehenden Ränder des
trennenden Isolierfilmes besteht auch kaum die Gefahr eines
Kurzschlusses durch Kontakt mit benachbarten Teilen.
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Figur 2 ist ein anderes Beispiel eines erfindungsgemässen
Kabels, wobei der trennende Film 3 gefaltet oder umgelegt ist
um die Kanten des einen leitenden Streifens, und ein zweiter
Filmstreifen 4 ist um das ganze Sandwich herumgefaltet,
entweder so dass ein Streifen oder eine Zone des einen Leiters
frei bleibt oder beide Leiter 1 und 2 und der trennende Film 3
vollständig eingeschlossen sind. Natürlich kann statt der
erwähnten Filmlagen zum Beispiel eine extrudierte Isolierung
vorgesehen werden, was ebenfalls innerhalb der Erfindung liegt.
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Figur 3 ist eine Konstruktion ähnlich der nach Figur 2, der
einzige Unterschied besteht darin, dass statt der einstückigen
Streifen 1 und 2 Bänder aus eng aneinander anliegenden vielen
Drähten vorgesehen sind. Dieses Kabel kann in herkömmlicher
Weise abisoliert werden und die Drähte können miteinander
verdrillt werden.
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Figur 4 ist ein weiteres Kabel gemäss der Erfindung, unter
Verwendung noch breiterer, bandförmiger Leiter, die längsweise
umgefaltet sind und gegenseitig ineinander eingreifen, wodurch
der Wellenwiderstand noch weiter vermindert wird, wobei
gleichzeitig die Isolierung vereinfacht wird, wegen der geringeren
Breite des Kabels insgesamt. Eine andere Variante wäre die
Formung des Kabels als längliches hohles Rohr oder als
Schlauch, oder die Verwendung rohrförmiger, konzentrisch
zueinander, um einen Kern aus Füllmaterial oder Luft ange
ordnete Röhren oder Schläuche.
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Der Wellenwiderstand der erwähnten Kabel hängt hauptsächlich ab
von der Breite der Leiter und ihrem gegenseitigen Abstand
voneinander sowie von der dielektrischen Konstante des Materials
der Zwischenlage. Zum Beispiel erhält man bei Verwendung fester
Leiter von 0,375 inch (9,5 mm) Breite und einer Zwischenlage
von 0,003 inch (0,08 mm) Dicke Polyesterfilm ein Kabel mit
einem Wellenwiderstand von ungefähr 4 Ohm.
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Figur 5 zeigt Vergleichsmessungen unter Verwendung einer 12kHz-
Rechteckwelle übertragen über erstens (Figur 5 I), ein 25 Fuss
(7,5 m) langes Kabel gemäss der Erfindung mit einem
Wellenwiderstand von 4 Ohm und zweitens (Figur 5 II) ein gleichlanges
Kabel herkömmlicher Konstruktion mit 100 Ohm Wellenwiderstand,
beide angeschlossen an eine Last von 4 Ohm.
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A (Amplifier) ist das Signal am Ausgang des Verstärker und S
(Speaker) das Signal am Lautsprecher. Figur 5 II zeigt klar
einen führenden Nadelimpuls am Verstärker und eine deutliche
Verzerrung am Lautsprecher. I (Figur 5 I) dagegen ist völlig
ohne jegliche Verzerrung und zeigt nur den Verlust in der
Leitung.
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Figur 6 zeigt die gleiche Aufmachung bzw. gleiche
Versuchsanordnung mit 2 Ohm Last, mit gesteigerter Verzerrung am
Verstärker wie am Lautsprecher im Falle des herkömmlichen
Kabels und ohne jegliche Verzerrung bei dem erfindungsgemässen
Kabel.
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Figur 7 II ist ein bzw. zeigt die Messung an einem
herkömmlichen Kabel ohne anhängende Last und zeigt schwere VHF
Nachschwingen (ringing). Das Kabel wirkt wie eine Antenne bei
Radio-Interferenzen, also Senderüberlagerung. Figur 7 I dagegen
zeigt die Messung bei einem impedanzkorrigierten Kabel gemäss
der Erfindung mit nur kurzen, gedämpften Nachschwingungen.
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Figur 8 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Klemme
zum Anschliessen und Spleissen von Kabeln gemäss der Erfindung,
bestehend aus einem nicht leitenden Körper 5, zum Beispiel in
Form eines Spritzgussteiles aus passendem Thermoplast, mit
einem Schlitz 6, der etwas breiter ist als das Kabel, und mit
einem Metallstreifen oder Steg 7 mit Löchern 8 und 9 für
Schrauben 10 und 11, und einem metallenen Einsatz 12, passend
in eine Ausnehmung 13 im Grunde des Schlitzes 6. Der Steg 7 und
der Einsatz 12 sind beide mit scharfen Vorsprüngen 14 versehen,
die von beiden Seiten gegen das Kabel 15 vorstehen, wenn es in
den Schlitz 6 eingefügt wird. Ein kurzes Stück eines
herkömmlichen Kabels ist verwendet zum Anschluss des Lautsprechers
bzw. Verstärkers.
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Die Klammer ist passend als Verbindungselement an beiden Enden
des Kabels oder an irgendeiner Stelle längs des Kabels sowie
zum Zusammenspleissen zweier erfindungsgemässer Kabel, mit oder
ohne simultanem Endverschluss. Nachfolgend wird erklärt, wie es
arbeitet:
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Die Schrauben 10 und 11 werden gelockert und das Kabel 15
eingefügt in den Schlitz 6 von der einen oder der anderen Seite
der Klammer, oder eine Schraube wird losgeschraubt und der Steg
7 geöffnet und die Klemme eingehängt in das Kabel für eine
Zwischenbefestigung. Der Verbindungsdraht wird abisoliert und
ein Leiter 16 wird eingesetzt in das Loch zum Vorstehen hinter
dem Einsatz 12, während der andere Leiter 17 um die Schraube 10
hinter dem Schraubenkopf herumgeführt wird. Beim Festdrehen der
Schrauben gelangt der Steg 7 in Kontakt mit der einen Seite des
Kabels, wobei er, der Steg 7 durch irgendeine äussere
Isolierung hindurchschneidet, dank der Vorsprünge 14, und
gleichzeitig erfolgt Kontakt zwischen dem Steg 7 und einem der
Verbindungsdrähte über die Schraube 10. Gleichzeitig macht der
Einsatz 12 Kontakt zwischen der gegenüberliegenden Seite des
Kabels und dem andern Verbindungsdraht, und die Verbindung oder
Zusammenschaltung ist komplett und die Schrauben werden
festgedreht.
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Die beschriebene Klemme ist auch verwendbar zum
Zusammenspleissen bzw. Verbinden zweier Kabel, die von beiden Seiten,
also je von einer Seite, mit ihren Enden eingesetzt werden,
ohne einander innerhalb der Klemme zu berühren. Hier wird
gegenseitiger Kontakt hergestellt über die beidseitigen
Vorsprünge an dem Steg und dem Einsatz, und gleichzeitig kann
ein Anschluss erfolgen mittels eines Anschlussdrahtes.
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Die meisten Hersteller von audiophilen (HiFi) Signalkabeln
schätzen und legen grosses Gewicht auf die Bedeutung einer
sehr niedrigen Kapazität pro Lineareinheit, und es ist eine
sehr bedeutsame Eigenschaft des neuen Kabels, dass die
Kapazität zum Beispiel mehr als 100 Mal höher sein kann als in
anderen Kabeln. Beim dem neuen Kabel löschen die Impedanz der
verteilten Kapazität und die Induktanz einander aus und als
Resultat scheint das Kabel gegenüber dem Verstärker eine rein
ohmsche Last. Diese Tatsache wird deutlich evident durch
Oszilloskopaufnahmen, welche eine vollständige Ausschaltung
sowohl von ''Kick-Back'' (Rückstoss) gegenüber dem Verstärker
und Verzerrung am Lautsprechereingang selbst im Falle einer
Fehlanpassung von 1:2, wie gemäss Figur 6 zeigen. Die
Verwendung einer Zwischenlage mit hohem dielektrischen Verlust
dient weiter zur Dämpfung abklingender, gedämpfter
Schwingungen, wie des Kick-Back bzw. Rückstosses einer geringfügigen
Verminderung der Klangqualität. Dies ist höchst bedeutsam zum
Beispiel im Fall öffentlicher Übertragungs-Systeme, wo mehrere
Lautsprecher angeschlossen sind an ein und dieselbe
Kabelschleife und macht die Botschaften besser hörbar.
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Obwohl nur vier wahlweise Konstruktionen von Kabeln gemäss der
Erfindung illustriert und beschrieben wurden, sind viele
Modifikationen und Variationen den Fachleuten ersichtlich und
möglich, und dementsprechend sollen die Ansprüche alle diese
Modifikationen und Variationen abdecken, alle fallen in den
Schutzumfang der Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert.