Anpassung einer Uebertragungskette für Audiosignale

Die vorliegende Erf indung betrifft die Anpassung einer Uebertragungskette mit der Bedingung , dass die Treiber- Impedanz ( Z ) , die Abschluss-Impedanz ( Z ) und die Impedanz ( Z ) eines Zwischengliedes so angepasεt ist , dass gilt Z _m = Z = Z_ . ' T A

Die Uebertragungskette soll hier im weitesten Sinne auf- gefasst werden, bestehend aus einem Treiberglied (beziehungsweise Senderglied), einem Zwischenglied und einem Abschlussglied (beziehungsweise Empfängerglied) Hierbei kann das Zwischenglied beispielsweise ein Kabel, Filter qder Regler sein.

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Es ist aus der Fachliteratur bekannt, dass der Einfluss kurzer Kabel (kurz bezüglich der Wellenlänge des Signals) bezüglich Däpfung und Phaεendrehung bei Audiofrequenze f < 20'000 Hz sehr gering ist.

So liegt beispielsweise die Dämpfung üblicher Kabel bei

-4 einer Frequenz von 1*000 Hz um 10 dB/m, während die

Phasendrehung kleiner als 0,04°/m ist.

Es iεt daher nicht verwunderlich, dass in der Audio¬ technik der genauen Impedanz-Anpassung der einzelnen Glieder einer Uebertragungskette wenig bis keine Be¬ deutung zugemessen wurde.

In der HF-Technik werden Kabel ohm'sch abgeschlossen, entsprechend dem Wellenwiderstand des Kabels. Bekanntlich ist der Wellenwiderstand eines Kabels von der Frequenz abhängig.

Aus diesen Formeln folgt die in der Figur 1 dargestellte (typische) Kurve.

Aus der Kurve ist ersichtlich, dass für hohe Frequenzen mit guter Annäherung ein einfacher oh *scher Widerstand zur Anpassung genügt.

Diesen Erkenntnissen zum Trotz hat der Anmelder grosse Serien von Versuchen durchgeführt, bei denen er die Impe¬ danz der einzelnen Glieder der Uebertragungskette abge¬ glichen hat und auf diese Weiεe, die sich gestellte Auf¬ gabe, die Verbesserung der Tonqualität von Audioanlagen gelöst.

In erster Annäherung wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ausgangsimpedanz des Sendegliedes und die Ab¬ schlussimpedanz beim Empfängerglied dem konstanten Teil der Gesamtimpedanz des Zwischengliedes angepasst worden ist.

Eine weitere Verbesserung der Tonqualität einer Audio¬ anlage kann dadurch erreicht werden, dass die Ausgangs¬ impedanz des Treibergliedes und die Abschlussimpedanz beim Empfängerglied mit der mindestens angenäherten Charakteristik des Wellenwiderstandes frequenzabhängig abgeglichen ist.

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Ist das Zwischenglied ein Kabel, so ist es wünschenswert, wenn dieses frequenzunabhängig wäre. Nun gilt jedoch ge¬ mäss der Grundgleichung der gedämpften Leitung

wobei der G der Querleitwert ist, für den gilt

(Ru, = Isolationswiderεtand)

aus (1) folgt somit:

Aus (2) erkennt man, dass unter der Bedingung, daεε I*

G εich verhält wie L der Wellenwiderstand annähernd

C frequenzunabhängig wird. Es gilt somit

R_ = L_ (3)

G C

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung in Figur 1 eine Grafik dargestellt, die den (typischen) Wellenwiderstand eines Leiters in Abhängig¬ keit der Frequenz zeigt.

Figur 2 ist ein Ersatzschaltbild einer kurzen Leitung, und

Figur 3 ein Schaltbild einer erfindungεgemäsε angepassten Uebertragungskette.

Wie bereits eingangs erwähnt, weist der Wellenwiderstand eines Leiters eine Charakteristik, die in Abhängigkeit seiner phyεikaliεchen Daten spezifisch ist.

In der Grafik ist eine typische Charakteristik dargestellt. Es ist deutlich ersichtlich, dasε der

Wellenwiderεtand ab einer gewiεεen Frequenz εich konstant verhält.

Aus Versuchen folgt, dass bei geeigneter Wahl des Leiters in erster Näherung eine Audio-Uebertragungskette ohm'εch abgeεchloεεen werden kann, wobei Z ^* = Z ^* = Z gilt.

Prinzipiell läεεt εich eine kurze Leitung durch daε Erεatzschaltbild nach Figur 2 darstellen. Aus dem Erεatzschaltbild iεt ersichtlich, daεε der Widerstand mit dem abgeschloεεen wird, einen weεentlichen Einfluεs hat. Wird beispielεweiεe mit einem groεεen Widerstand abgeschlossen, sind R und L vernachläsεigbar und das Kabel verhält sich rein kapazitär. Wird jedoch mit einem kleinen Widerstand abgeschloεsen, so verhält sich das Kabel induktiv.

Entgegen den bisher üblichen Audio-Konstruktionen, bei denen hat der Erfinder den von der Fachwelt alε unnötig bezeichneten Weg beεchritten und genau (Z_ = Z = Z ) impedanzmäεεig angepasst.

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Die rein e piriεch durchgeführten Versuche brachten eine hörbar besεere Uebertragung. Dieε εteht in abεolutem Widerεpruch zu der Auεεage der meiεten Fachbücher. Wird doch immer wieder die Behauptung aufgeεtellt: Eine optimale Leiεtungεanpaεεung εei bei Audiosignalen unnötig, da keine störenden Reflexionen entstehen, die Dämpfung vernachläεεigbar und die Laufzeiten kurz εeien.

Wie in Figur 3 εchematiεch dargestellt, wird daε Treiber¬ glied I (Treiberimpedanz Z ) mit der Impedanz Z abge¬ εchloεεen, die genau der Impedanz Z des Zwischengliedes II entspricht, Z = Z = Z .

Die besten Resultate wurden erzielt, wenn die Impedanzen Z , Z, Z auch in den Charakteristiken sich entsprechen. Als Zwischenglieder können Kabel, Filter oder Regler gelten.

Unter Einhaltung der Formel Z = Z = Z ist es für die An¬ passung sinnvoll immer vom gegebenen, festen Wert einer der drei Impedanzen auszugehen und die beiden anderen Impe¬ danzen diesem vorgegebenen Wert anzupassen.

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Insbesondere bei Ueber.tragungεketten für Audioεignale sind oftmals Kabel als Zwiεchenglieder vorhanden. Will man dieεe Kabel entεprechend der Bedingung des An- εprucheε 2 herεtellen, so kann dies einfach durch ent¬ sprechende Schal ungεmaεεnahmen im Stecker erfolgen. Solche Schaltungsmasεnahmen sind jedem Fachmann bekannt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man ein vorgewähltes Kabel nimmt und in dessen Anfang- und Endstecker die angepasεten Treiber bzw. Abschluεεimpedanz unterbringt. Aber auch diverεe Zwiεchenglieder laεsen sich in Stecker des Kabels unterbringen, wie Regler der Filter.

Wie eingangs nachgewiesen wurde, läεst sich das Kabel auch so wählen, dass die Frequenzabhängigkeit annähernd verschwindet. Eine Löεung wurde darin gefunden, dass man das Isolatiosmaterial deε Kabels entεprechend verändert, im konkreten Fall, schlechter isolierend herstellt. Gute Meεεreεultate ergaben Kabel mit einem Wert vom 60 kOhm/m. Für kurze Leiter, wie sie in Uebertragungεketten für Audioεignale, beiεpielεweiεe zwiεchen Abεpielgeräten, wie Plattenεpieler und Cassettenrecorder und Verstärker

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oder Zwischenverεtärker vorkommen, εpielt der dabei in Kauf zu nehmende Leiεtungεabfall von ca. 1,5 dB pro 100m Kabel keine Rolle..

Obwohl die Aenderung der Widerεtandwerte deε Kabels durch

Einfügung von Widerständen in regelmäεεigen Abεtänden möglich iεt, εcheint eε εinnvoller, den Querleitwert be- ziehungεweiεe den Iεolationεwiderεtand εo zu ändern, dass die Bedingung R = L erfüllt werden kann. Dies kann durch

ÜT C die Wahl des Iεolationεmaterialε erreicht werden.

Aber auch durch die Mischung bekannter Isolationεmaterial mit leitender Thermoplaεte und/oder der Beimengung von leitenden Materialien in daε Isolationεmaterial εind ge¬ eignet den Querleitwert entsprechend zu ändern.