Kabels revisited; over impedanties

Al weer een half jaar werk ik inmiddels voor een bedrijf wat professionele audiovisuele diensten en producten levert aan het bedrijfsleven. Met name op videogebied bestaat een grote expertise binnen dit bedrijf en één specifiek fenomeen, wat voor videotechniek een standaard gegeven is, maar in de audiotechniek totaal niet toegepast wordt, wil ik hier eens onder de loep nemen.

Kabelimpedantie

Iedereen heeft wel eens een videorecorder of televisie aangesloten met van die witte coax kabel. Voor de (centrale) antenne aansluiting zitten er van die speciale coax pluggen aan. Deze kabel heet ook wel 75 Ohm kabel en dat heeft te maken met het feit dat het antennesignaal dermate complex en breedbandig is dat dit op een andere manier door een kabel gestuurd moet worden dan een audiosignaal. Afgesproken is dat de signaalbron (de antenne, of de antenneversterkers bij de kabelmaatschappij) een uitgangsimpedantie hebben en dat de ingangsimpedantie van een tv of videorecorder precies 75 ohm is. De coax kabel die ertussen hangt is bij deze impedantieverhouding precies neutraal dat wil zeggen, noch capacitief, noch inductief. Waar je in de audio door een hoge capaciteit van de kabel hoge tonen verlies of in ieder geval invloed, kunt merken, heeft deze 75 Ohm configuratie totaal géén invloed meer. Er is wel een afname van de amplitude van het signaal te merken, maar die is lineair over het hele HF bereik waar de antenne informatie zit. De kabel speelt dus vrijwel geen rol meer! De vraag die zich dus nu opdringt is: kunnen we deze truc niet ook in de audio toepassen, dan zijn we van alle gezeur over de invloed van kabels in één klap verlost.

Kabels revisited; over impedanties

Wat gebeurt er nou precies?

In de audio heeft het signaalgevende apparaat een zeer lage uitgangsimpedantie en het signaalontvangende apparaat een zeer hoge impedantie; in verhouding tot elkaar meestal tenminste een factor honderd of zo. We spreken in dit verband van spaningsoverdracht; de uitgangsspanning van het signaalgevende apparaat zakt verwaarloosbaar onder invloed van de belasting van het signaalontvangende apparaat. Bij een videoverbinding spreken we van vermogensoverdracht; het signaal dat uit het signaalgevende apparaat komt zakt met exact de helft in waarde als er de juiste belasting aan komt te hangen, immers de uitgangsimpedantie van het signaalgevende apparaat is 75 Ohm en de ingangsimpedantie van het signaalontvangende apparaat is ook 75 Ohm. Bij deze impedantie verhouding gedraagt de coax kabel zich volstrekt neutraal, dat wil zeggen dat de kabel geen invloed meer uitoefent op het frequentie- en fase verloop van het getransporteerde signaal.

Hoera, zou je denken, geef een versterker een uitgangsimpedantie van 8 Ohm (bij 8 Ohm luidsprekers) en de invloed van de kabel is tot nul gereduceerd. Helaas, dat is alleen maar de theorie; luidsprekers zijn wat dit betreft feitelijk ondingen. Je hebt namelijk te maken met de massatraagheid van met name de conus van de lagetonenluidspreker(s) die moeten zorgen voor een accurate omzetting van elektrische- naar akoestische energie, terwijl in de videotechniek uitsluitend sprake is van de overdracht van een elektrisch signaal, wat in het ontvangende apparaat ook een praktisch zuiver Ohmse belasting ziet, terwijl het impedantieverloop van een luidspreker ook zwenkingen naar capacitief en inductief vertoond. Klankmatig betekent dat, dat je de dempingsfactor tot 1 reduceert, wat niet bevorderlijk is voor een strakke laagweergave.

Voor luidsprekers is dit dus niet mogelijk, maar voor signaallinks tussen cd-spelers, voorversterkers, eindversterkers en wat dies meer zij, zou het natuurlijk wel kunnen. In de aloude DIN45.500 van decennia geleden zijn daar ook afspraken over gemaakt. Er is toen afgesproken dat de uitgangsimpedantie van een signaalgevend apparaat 1 KOhm zou moeten bedragen en de ingangsimpedantie van een signaalontvangend apparaat 10 Kohm. Nog steeds geen zuivere vermogensoverdracht. De reden dat er niet gekozen is voor een verhouding van 1:1 is dat het in die tijd erg moeilijk zou zijn geweest om een kabel te maken die bij deze impedantieverhouding een zuiver Ohms gedrag zou vertonen binnen de audiobandbreedte. Nog steeds is er geen enkele audiokabel waar je dat mee zou kunnen; ze worden domweg bedacht en ontworpen voor spanningsoverdracht. Het vervelende is dan alleen dat de capaciteit, die we met vermogensoverdracht zo mooi geneutraliseerd hadden, ineens een grote rol gaat spelen. We merken een invloed van deze capaciteit op de signaaloverdracht omdat de capaciteit het hoogfrequentgedrag van het signaalgevende apparaat gaat beïnvloeden. Als vuistregel geldt: hoe lager de uitgangsimpedantie van het signaalgevende apparaat, hoe groter de invloed van de capaciteit van de aangesloten kabel. Bij een apparaat met een zeer lage uitgangsimpedantie zul je dus grotere verschillen tussen verschillende merken en typen kabels horen dan bij een apparaat met een wat hogere uitgangsimpedantie. Die laatste situatie is dus typerend voor een buizenversterker. Vaak merk je dat het experimenteren met verschillende kabels bij een buizenversterker lang zo veel invloed niet heeft als bij een solid state versterker.

Bij deze zou ik dus iedereen die worstelt met de vraag welke kabel het beste klinkt, en wiens gezinsleven ernstig dreigt te gaan lijden onder het telkens aanschaffen van andere kabels, het dringende advies willen geven om een buizenversterker te kopen; het maakt ineens een stuk minder uit welke kabel je gebruikt…

Frank Speet (voor reakties en vragen: frank.speet@hifi.nl.