Da nun wieder in einigen Beiträgen das Stichwort Laufzeitunterschiede und daraus resultierende Phasendrehungen erwähnt wurde, möchte ich dazu noch mal was Grundlegendes sagen.
Leider bestehen bei dem Thema immer noch einige Mißverständnisse und Fehlmeinungen.
Zur Theorie:
Signal-Ausbreitungsgeschwindigkeit:
Ein Signal hat in seinem Übertragungsmedium eine definierte Ausbreitungsgeschwindigkeit. Diese hängt von verschiedenen physikalischen Eigenschaften des Mediums und des Signals ab.
Die Schallgeschwindigkeit in der Luft (+22.0 °C) liegt bei 344.59 m/s.
Im Wasser ist sie etwa 1.400 m/s, in Holz etwa 3.300 m/s.
Elektrische Signale breiten sich in einem elektrischen Leiter etwa mit Lichtgeschwindigkeit aus. Das ist nicht zu verwechseln mit der Reisegeschwindigkeit der Elektronen, die deutlich darunter liegt.
Die tatsächliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale hängt auch hier von gewissen Bedingungen im Leiter ab.
Man geht von etwa 0,5 - 0,8 -facher Lichtgeschwindigkeit aus. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante. Sie beträgt im Vakuum 299.792.458 m/s.
Für unser elektrisches Signal können wir also von einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von etwa 220.000.000 m/s ausgehen.
Laufzeit:
Die Laufzeit eines Signals ist von der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der zu überbrückenden Distanz abhängig. Hier für gilt die Formel:
Laufzeit (t) = Entfernung (x) / Ausbreitungsgeschwindigkeit (v)
t = x / v
Die Praxis:
Für Schallwellen in der Luft gilt demnach auf einer Strecke von 1 Meter folgendes:
t = 1m / 344 m/s = 1/344 s = 0,0029 s = 2,9 ms
Eine Schallwelle legt also in 2,9 ms einen Meter zurück. Anders rum ausgedrückt kommen zwei Schallereignisse, deren Quellen um 1 Meter unterschiedlich vom Hörer entfernt sind mit einer Zeitdifferenz von 2,9 ms an.
Für elektrische Signale auf Leitungen gilt demnach analog:
t = 1m / 220.000.000 m/s = 1/220.000.000 s = 0,000000004,5 s = 4,5 ns
Man sieht also sehr deutlich, daß zwischen der Signalausbreitung in Luft und auf dem Kabel ein extremer Unterschied besteht.
Die Auswirkungen auf die Phase beim Lautsprecher:
Was hat das nun in der Praxis zu bedeuten?
Bei Lautsprechern wird ja immer gesagt, die Entfernung der Speaker zum Hörer soll für alle Speaker gleich sein. Das hat zur Folge, daß alle gleichzeitig erzeugten Schallereignisse auch zeitgleich beim Hörer ankommen.
Da das Gehör die räumliche Ortung durch Laufzeitunterschiede eines Schallereignisses zu den beiden Ohren bestimmt, ist das ein wichtiger Faktor.
Stimmt also die Laufzeit von einem Lautsprecher nicht mehr, geht die Räumlichkeit im Schallbild verloren.
Ein anderer Punkt sind phasenverschobene Überlagerungen von Schallwellen.
Eine Schallwelle ist sinusförmig und hat eine gewisse Periodendauer, die von der Frequenz abhängt. Dabei gilt:
Periodendauer (T) ) = 1 / Frequenz (f)
T = 1 / f
Legt man zwei Sinusschwingungen gleicher Frequenz übereinander bildet sich eine Addition.
Sind die Schwingungen synchron, also phasengleich, bildet sich eine Schwingung mit doppelter Amplitude (Intensität).
Sind die Schwingungen um eine halte Periode zueinander verschoben, also phasenverschoben um 180°, entsteht durch die Überlagerung eine Auslöschung auf Null.
Zwischen 0 und 180° Phasenverschiebung sind somit alle Zwischenstufen möglich.
Betrachten wir nun die Laufzeit für unsere Schallwelle bei 1 Meter von 2,9 ms, so entspricht das analog einer Frequenz mit einer Periode T = 2,9 ms, also 345 Hz. Das liegt also voll im hörbaren Bereich. Jeder kann sich nun die Frequenzen für verschiedene Entfernungen selbst ausrechnen.
Es ist also wichtig, mit welchem Laufzeitunterschied die Schallereignisse beim Hörer ankommen. Es spielt aber keine Rolle, wie weit die Lautsprecher absolut entfernt sind. Nur die Differenz.
Das alles ist bekannte Akustik-Theorie.
Was aber hat das nun mit Lautsprecherkabeln zu tun?
Die Antwort ist ganz einfach: Überhaupt rein gar nichts.
Nehmen wir mal an, wir hätten zwei Lautsprecherkabel, eines 1 Meter lang, das zweite 300 Meter lang. Den Innenwiderstand lassen wir für die Laufzeitbetrachtung mal außer Acht.
Somit wäre die Längendifferenz also 300 - 1 = 299 Meter.
Mit 299 x 4,5 ns ergibt das eine Laufzeitdifferenz von 1.346 ns also 1,3 µs. Das entspricht einer Frequenz von 770 kHz. Das ist akustisch nun wirklich völlig irrelevant. Bei 1 Meter Längendifferenz liegt die relavente Frequenz schon bei 222 MHz.
Fazit:
Bei NF-Signalen ist die Signallaufzeit im Kabel völlig unbedeutend.
Also selbst eine Längendifferenz von 300 Metern wäre beim Lautsprecherkabel in Bezug auf die Laufzeit des Signals völlig egal.
Wie gesagt, der Innenwiderstand ist eine andere Sache.
Das alles gilt natürlich nicht nur für Lautsprecherkabel, sondern auch für NF-Kabel zwischen den Geräten.
Laufzeitunterschiede aufgrund von Abstandsdiffernezen der Speaker hingegen sind sehr problematisch.
Wie ist es mit Videosignalen?
Bei Videosignalen spielt die Laufzeit schon eine Rolle, weil die Signale ja viel höherfrequenter sind und somit auch geringere Periodendauern haben.
Die Laufzeit von 1 Meter mit 4,5 ns entspricht einer Frequenz von 222 MHz.
Es wird daher einleuchtend, daß z.B. 3 Stück 75 Ω Kabel für RGB alle gleich lang sein müssen, weil sonst die Farbdeckung nicht mehr stimmt.
Aber ein anderer Aspekt ist bei den Videoleitungen in Bezug auf die Laufzeit sehr wichtig: Reflektionen.
Ist eine Videoleitung am Sender oder Empfänger nicht richtig abgeschlossen (terminiert), bilden sich Signalreflektionen in der Leitung, die über die Leitungsstrecke zurücklaufen und sich mit dem Nutzsignal überlagern.
Ein Beispiel aus der Praxis:
Nehmen wir ein hochauflösendes Signal (XGA) mit 1024 x 768 x 50Hz, so liegt dessen Pixelclock bei etwa 48 MHz. Die Periodendauer für ein sichtbares Pixel ist dann (berechnet aus einer ON/OFF-Periode mit halbem Clock) 42 ns.
Hat man nun ein 10 Meter Kabel, hat das Kabel eine Laufzeit von etwa 45 ns.
Das liegt also in ähnlicher Größenordnung. Somit wird es verständlich, daß solche Reflektionen immer knapp neben einem Pixel liegen und zu diesen unschönen Doppelkonturen führen.
Bei größerer Auflösung oder Bildfrequenz steigt der Pixelclock, die Pixel selbst werden schmäler, bzw. kürzer. Die Kabellaufzeit bleibt aber konstant. Somit entfernt sich der Reflektionsschatten mit zunehmender Auflösung immer weiter vom eigentlichen Bildereignis. Die Schatten werden also stärker.
Fazit:
Bei Videosignalen ist die Signallaufzeit im Kabel sehr wichtig.
Ich hoffe, daß nun nicht wieder irgend jemand mit einer Argumentation von Laufzeitunterschieden bei Audiosignalen durch unterschiedlich lange Kabel daherkommt.
Das ist im Klartext gesagt nicht mal mehr Voodoo, sondern nur noch kompletter Blödsinn.
Leider bestehen bei dem Thema immer noch einige Mißverständnisse und Fehlmeinungen.
Zur Theorie:
Signal-Ausbreitungsgeschwindigkeit:
Ein Signal hat in seinem Übertragungsmedium eine definierte Ausbreitungsgeschwindigkeit. Diese hängt von verschiedenen physikalischen Eigenschaften des Mediums und des Signals ab.
Die Schallgeschwindigkeit in der Luft (+22.0 °C) liegt bei 344.59 m/s.
Im Wasser ist sie etwa 1.400 m/s, in Holz etwa 3.300 m/s.
Elektrische Signale breiten sich in einem elektrischen Leiter etwa mit Lichtgeschwindigkeit aus. Das ist nicht zu verwechseln mit der Reisegeschwindigkeit der Elektronen, die deutlich darunter liegt.
Die tatsächliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale hängt auch hier von gewissen Bedingungen im Leiter ab.
Man geht von etwa 0,5 - 0,8 -facher Lichtgeschwindigkeit aus. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante. Sie beträgt im Vakuum 299.792.458 m/s.
Für unser elektrisches Signal können wir also von einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von etwa 220.000.000 m/s ausgehen.
Laufzeit:
Die Laufzeit eines Signals ist von der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der zu überbrückenden Distanz abhängig. Hier für gilt die Formel:
Laufzeit (t) = Entfernung (x) / Ausbreitungsgeschwindigkeit (v)
t = x / v
Die Praxis:
Für Schallwellen in der Luft gilt demnach auf einer Strecke von 1 Meter folgendes:
t = 1m / 344 m/s = 1/344 s = 0,0029 s = 2,9 ms
Eine Schallwelle legt also in 2,9 ms einen Meter zurück. Anders rum ausgedrückt kommen zwei Schallereignisse, deren Quellen um 1 Meter unterschiedlich vom Hörer entfernt sind mit einer Zeitdifferenz von 2,9 ms an.
Für elektrische Signale auf Leitungen gilt demnach analog:
t = 1m / 220.000.000 m/s = 1/220.000.000 s = 0,000000004,5 s = 4,5 ns
Man sieht also sehr deutlich, daß zwischen der Signalausbreitung in Luft und auf dem Kabel ein extremer Unterschied besteht.
Die Auswirkungen auf die Phase beim Lautsprecher:
Was hat das nun in der Praxis zu bedeuten?
Bei Lautsprechern wird ja immer gesagt, die Entfernung der Speaker zum Hörer soll für alle Speaker gleich sein. Das hat zur Folge, daß alle gleichzeitig erzeugten Schallereignisse auch zeitgleich beim Hörer ankommen.
Da das Gehör die räumliche Ortung durch Laufzeitunterschiede eines Schallereignisses zu den beiden Ohren bestimmt, ist das ein wichtiger Faktor.
Stimmt also die Laufzeit von einem Lautsprecher nicht mehr, geht die Räumlichkeit im Schallbild verloren.
Ein anderer Punkt sind phasenverschobene Überlagerungen von Schallwellen.
Eine Schallwelle ist sinusförmig und hat eine gewisse Periodendauer, die von der Frequenz abhängt. Dabei gilt:
Periodendauer (T) ) = 1 / Frequenz (f)
T = 1 / f
Legt man zwei Sinusschwingungen gleicher Frequenz übereinander bildet sich eine Addition.
Sind die Schwingungen synchron, also phasengleich, bildet sich eine Schwingung mit doppelter Amplitude (Intensität).
Sind die Schwingungen um eine halte Periode zueinander verschoben, also phasenverschoben um 180°, entsteht durch die Überlagerung eine Auslöschung auf Null.
Zwischen 0 und 180° Phasenverschiebung sind somit alle Zwischenstufen möglich.
Betrachten wir nun die Laufzeit für unsere Schallwelle bei 1 Meter von 2,9 ms, so entspricht das analog einer Frequenz mit einer Periode T = 2,9 ms, also 345 Hz. Das liegt also voll im hörbaren Bereich. Jeder kann sich nun die Frequenzen für verschiedene Entfernungen selbst ausrechnen.
Es ist also wichtig, mit welchem Laufzeitunterschied die Schallereignisse beim Hörer ankommen. Es spielt aber keine Rolle, wie weit die Lautsprecher absolut entfernt sind. Nur die Differenz.
Das alles ist bekannte Akustik-Theorie.
Was aber hat das nun mit Lautsprecherkabeln zu tun?
Die Antwort ist ganz einfach: Überhaupt rein gar nichts.
Nehmen wir mal an, wir hätten zwei Lautsprecherkabel, eines 1 Meter lang, das zweite 300 Meter lang. Den Innenwiderstand lassen wir für die Laufzeitbetrachtung mal außer Acht.
Somit wäre die Längendifferenz also 300 - 1 = 299 Meter.
Mit 299 x 4,5 ns ergibt das eine Laufzeitdifferenz von 1.346 ns also 1,3 µs. Das entspricht einer Frequenz von 770 kHz. Das ist akustisch nun wirklich völlig irrelevant. Bei 1 Meter Längendifferenz liegt die relavente Frequenz schon bei 222 MHz.
Fazit:
Bei NF-Signalen ist die Signallaufzeit im Kabel völlig unbedeutend.
Also selbst eine Längendifferenz von 300 Metern wäre beim Lautsprecherkabel in Bezug auf die Laufzeit des Signals völlig egal.
Wie gesagt, der Innenwiderstand ist eine andere Sache.
Das alles gilt natürlich nicht nur für Lautsprecherkabel, sondern auch für NF-Kabel zwischen den Geräten.
Laufzeitunterschiede aufgrund von Abstandsdiffernezen der Speaker hingegen sind sehr problematisch.
Wie ist es mit Videosignalen?
Bei Videosignalen spielt die Laufzeit schon eine Rolle, weil die Signale ja viel höherfrequenter sind und somit auch geringere Periodendauern haben.
Die Laufzeit von 1 Meter mit 4,5 ns entspricht einer Frequenz von 222 MHz.
Es wird daher einleuchtend, daß z.B. 3 Stück 75 Ω Kabel für RGB alle gleich lang sein müssen, weil sonst die Farbdeckung nicht mehr stimmt.
Aber ein anderer Aspekt ist bei den Videoleitungen in Bezug auf die Laufzeit sehr wichtig: Reflektionen.
Ist eine Videoleitung am Sender oder Empfänger nicht richtig abgeschlossen (terminiert), bilden sich Signalreflektionen in der Leitung, die über die Leitungsstrecke zurücklaufen und sich mit dem Nutzsignal überlagern.
Ein Beispiel aus der Praxis:
Nehmen wir ein hochauflösendes Signal (XGA) mit 1024 x 768 x 50Hz, so liegt dessen Pixelclock bei etwa 48 MHz. Die Periodendauer für ein sichtbares Pixel ist dann (berechnet aus einer ON/OFF-Periode mit halbem Clock) 42 ns.
Hat man nun ein 10 Meter Kabel, hat das Kabel eine Laufzeit von etwa 45 ns.
Das liegt also in ähnlicher Größenordnung. Somit wird es verständlich, daß solche Reflektionen immer knapp neben einem Pixel liegen und zu diesen unschönen Doppelkonturen führen.
Bei größerer Auflösung oder Bildfrequenz steigt der Pixelclock, die Pixel selbst werden schmäler, bzw. kürzer. Die Kabellaufzeit bleibt aber konstant. Somit entfernt sich der Reflektionsschatten mit zunehmender Auflösung immer weiter vom eigentlichen Bildereignis. Die Schatten werden also stärker.
Fazit:
Bei Videosignalen ist die Signallaufzeit im Kabel sehr wichtig.
Ich hoffe, daß nun nicht wieder irgend jemand mit einer Argumentation von Laufzeitunterschieden bei Audiosignalen durch unterschiedlich lange Kabel daherkommt.
Das ist im Klartext gesagt nicht mal mehr Voodoo, sondern nur noch kompletter Blödsinn.
Freundliche Grüße,
Cybergent © ....(ohne "a")
.
Cybergent © ....(ohne "a")
.