Lautsprecherlitze

Lautsprecherkabel sind Kabel, die als Verbindung die Wechselspannung und den Wechselstrom vom Verstärker zum Schallwandler, also dem Lautsprecher, übertragen.

Lautsprecherkabel sind typisch zweiadrig, die Querschnittsfläche der Adern reicht normalerweise von 0,75 mm² bis 6,0 mm². In der Regel werden stärkere (dickere) Kabel verwendet, wenn hohe Leistungen über größere Leitungslängen übertragen werden sollen.

Klangveränderung durch Kabelparameter

Der Widerstand des Kabels bewirkt eine Leistungsverringerung und eine geringere Dämpfung des Lautsprechers durch die (möglichst geringe) Ausgangsimpedanz des Verstärkers. Letzteres bewirkt eine verminderte Impulstreue des Lautsprechers, da dieser dann ungedämpfter Eigenschwingungen ausführen kann, die nicht Inhalt des Signales sind.

Lautsprecherkabeln wird darüber hinaus eine Beeinflussung bzw. Verbesserung des Gesamtklangs eine Stereoanlage zugeschrieben. Es gibt Meinungen, nach denen der Induktivitätsbelag des Kabels wichtig für den Klang sei. Eine niedrige Induktivität kann durch möglichst geringen Abstand von Hin- und Rückleiter erreicht werden. Dies hat seine Grenzen bei den Abmessungen der Leiter selbst. Dieses kann man weiter führen, indem man die Leiter in dünnere Einzelleiter aufteilt, die man geometrisch sehr eng zusammenkoppelt. Aus diesem Grund gibt es auch koaxiale Lautsprecherkabel.
Es gibt auch Meinungen, nach denen der Kabelwiderstand extrem niedrig sein sollte. Es werden Kabel hohen Querschnittes oder aus sogenanntem sauerstofffreiem Kupfer (OFHC für Oxygen free high conductivity) angeboten.

Gleichstromwiderstand

Der Gleichstromwiderstand beträgt für eine kreisrunde Kupferader von

• 1 mm Durchmesser (0,79 mm²): 0,02174 Ohm / Meter
• 2 mm Durchmesser (3,14 mm²): 0,00542 Ohm / Meter
• 3 mm Durchmesser (7 mm²): 0,00241 Ohm / Meter

Nimmt man den Gleichstromwiderstand üblicher Lautsprecherchassis mit 3 bis 6  Ohm Widerstand an, entfällt bei 0,1 Ohm Kabelwiderstand (2,2 m Kabel mit Querschnitt 0,75mm²) auf das Kabel 1,7…3,3 % der verfügbaren Ausgangsleistung. Es ist eine Schallpegelabsenkung von nur maximal 0,15 dB durch den Kabelwiderstand zu erwarten.
Dennoch ist es erstrebenswert, den Kabelwiderstand möglichst gering zu halten, um die Dämpfung des Lautsprechers durch die geringe Ausgangsimpedanz des Verstärkers (sie liegt ebenfalls in dieser Größenordnung) zu erhalten.

Es wird auch deutlich, dass für höhere übertragene Leistungen bei gleichen prozentualen Verlusten kein dickeres Kabel erforderlich ist. Bei 8 Ohm Boxenimpedanz und 1 Kilowatt Ausgangsleistung fließt im Kabel ein Strom von 11,2 Ampere, sodass selbst thermisch bei Dauerbelastung ein Querschnitt von 1 mm² ausreicht.

Die Antriebe von Lautsprecherchassis sind nichtlinear, und zwar um so mehr, je mehr Auslenkung erfolgt. Gerade leistungsstarke Bass-Chassis nehmen große Ströme auf, die bei sinusförmiger Spannung einige Harmonische enthalten. Bei hinreichend dimensionierten Verstärkern bleibt die Ausgangsspannung davon unberührt. Der Widerstand des Kabels jedoch mindert messbar den Einfluss des Verstärkers, so dass u. U. auch die Spannung am Lautsprecher Klirrkomponenten enthält, die bei Mehrwegelautsprechern mit passiver Frequenzweiche vom Mittel- und Hochtöner wiedergegeben werden. Es ist gleichwohl fraglich, ob diese Artefakte hörbar sind, da der Bass gleichzeitig sehr hohe Schallpegel abstrahlen wird. Bei sehr großen Verstärkerleistungen ist es dann ohnehin besser, den Bass mit einem eigenen Verstärker zu versehen, so dass solche Kopplungseffekte völlig vermieden werden.

Skineffekt

Mit zunehmender Frequenz wird immer weniger vom Leiterinneren vom Strom ausgenutzt (Skineffekt). Die Widerstandszunahme ist allerdings bei handelsüblichen Kabelquerschnitten im Niederfrequenzbereich zu vernachlässigen.

Kapazität und Induktivität

Die Verringerung des Induktivitätsbelages eines Kabels geht zwingend mit der Erhöhung des Kapazitätsbelages einher. Spannungsverstärker mit Gegenkopplung können durch zu große kapazitive Last bei hohen Frequenzen weitab vom Audiobereich instabil werden, es droht im Extremfall die Zerstörung des Verstärkers und der Lautsprecherchassis. Sehr induktivitätsarme Kabel können bei 0,5 μH pro Meter liegen, bei 500 pF pro Meter. Der Verstärker „sieht“ dann mehr von der Kapazität, als bei einem konventionellen Kabel, weil der Längsinduktivitätsbelag gering ist.

Verstärker besitzen häufig zur Erhaltung der Stabilität vor dem Ausgang Induktivitäten in der Größenordnung einiger µH. Sie dienen der Kompensation kapazitiver Lasten, wie sie das Kabel oder auch Lautsprecherweichen darstellen können.

Isolationsmaterialien können eine nichtlineare und frequenzabhängige Kapazität aufweisen (Permittivität). Allerdings ist der Strom durch den Verbraucher Lautsprecher sehr viel größer als der kapazitive Ableitstrom im Kabel. Ebenso ist die Nichtlinearität des Verbraucherstromes erheblich größer.

Bei normaler Zweidrahtleitung ist der Kapazitätsbelag gering. Bei höheren Frequenzen wird die zu erwartende Phasendrehung am Verstärkerausgang durch den Induktivitätsbelag der Leitung teilweise ausgeglichen. Die Stabilität des Verstärkers wird also normalerweise auch bei langen Kabeln nicht erheblich verschlechtert.

Kabellänge

Das Kabel ist für alle praktischen Fälle aus elektrischer Sicht als sehr kurz zu betrachten, es gibt praktisch keine Ortsabhängigkeit von Spannung und Strom auf dem Kabel. Damit entfallen praktisch auch Erscheinungen der Dispersion, wie man sie von Übertragungen mit elektrisch langen Leitungen her kennt. Es gibt Längsverluste, aber keine Querverluste.

Um bei langen Kabeln den Widerstand gering zu halten, müssen sie einen höheren Querschnitt besitzen; der Widerstand bleibt gleich, wenn der Querschnitt proportional zur Länge steigt. Höhere Leistung erfordert jedoch keinen erhöhten Querschnitt per se - es sei denn, die thermische Belastung erreicht ihre Grenzen.

Kabelmaterialien

Lautsprecherkabel sind oft mechanisch hoch beansprucht. Sie werden daher meistens aus feindrähtiger oder feinstdrähtiger Litze gefertigt, um Brüche zu vermeiden. Das erfordert besondere Sorgfalt beim Anschluss (Klemmen, Stecker), um erhöhte Übergangswiderstände und Kontaktunsicherheiten zu vermeiden. Koaxiale Lautsprecherkabel sind sinnvoll, wenn die Gefahr besteht, dass eine magnetische Kopplung zu parallel liegenden Mikrofonkabeln auftritt. Dem gleichen Ziel können miteinander verdrillte Adern des Kabels dienen.

Kupferdraht besteht aus unregelmäßigen Kristallen. Verunreinigungen des mindestens 99,5 % reinen Elektrolytkupfers lagern sich teilweise an den Korngrenzen an. Es ist jedoch unzutreffend, daraus herzuleiten, dass dadurch nichtlineare Kontaktphänomene auftreten, wie man sie z. B. von Halbleitern her kennt. Metalle haben im Gegensatz zu den Halbleitern extrem viel mehr freie Elektronen. Die Interaktion dieser Elektronen mit den Kristallstrukturen bewirkt das ohmsche Gesetz und dieses ist bei den Metallen eine im höchsten Maß lineare Beziehung. Fehlstellen und Verunreinigungen werden durch eine riesige Zahl von sauberen Kristallkontakten kurzgeschlossen.
Andere Verunreinigungen (insbesondere Sauerstoff) lösen sich in den Kristallen und erhöhen den spezifischen elektrischen Widerstand. Dieser Effekt ist bei Kupfer besonders groß, jedoch beim üblichen Elektrolytkupfer durch seine Reinheit bereits soweit minimiert, dass eine höhere Reinheit den Widerstand kaum weiter senkt.

Dagegen können Nichtlinearitäten und Übergangswiderstände an ganz anderen Stellen auftreten: der Strom, den ein Verstärker auf den Lautsprecher bringen soll, erfährt nichtlineare Verzerrungen in den Endstufentransistoren. Er gelangt über deren dünne Bonddrähte und ihre Schweißstellen auf die Gehäusepins und über viele Lötstellen auf der Platine oder der freien Verdrahtung zum Lautsprecherterminal. Schlechte Lötstellen und insbesondere die Kontaktstellen an den Kabelverbindungen, Steckern oder Klemmen sind oft Ursache von Nichtlinearitäten bzw. Verzerrungen.

Die üblichen Materialien (Kupfer, PVC, usw.) sind nicht ferromagnetisch. Die Permeabilitätszahl liegt bei 1, d. h. es gibt praktisch keine nichtlinearen magnetische Effekte.

Anschluss / Polarität

Obwohl es sich bei den Signalen zum Lautsprecher um Wechselspannung handelt, muss bei Stereofonie die Polarität beachtet werden: beide Lautsprecher müssen sich bei einem Monosignal synchron bewegen, ansonsten kommt es zu einer Auslöschung tiefer Frequenzen und zu einem verfälschten Raumeindruck. Verstärkerausgänge, Kabeladern, Stecker und Lautsprecherterminals sind daher gekennzeichnet bzw. mechanisch verpolgeschützt. Die rote Kennzeichnung an einer Box oder an einem Lautsprecher bedeutet, dass die Membran sich herausbewegt, wenn dort eine positive Spannung anliegt. Welche der gekennzeichneten Adern des Lautsprecherkabels für diesen Pol verwendet wird, ist jedoch egal - vorausgesetzt beide Lautsprecher sind in gleicher Polung an die ebenfalls gekennzeichneten Terminals am Verstärker angeschlossen.

Lautsprecherboxen verschiedener Kanäle müssen immer getrennt verkabelt werden (separate zweiadrige Kabel), eine gemeinsame Rückleitung ist ungeeignet:

• bei gemeinsamer Rückleitung tritt aufgrund des Kabelwiderstandes ein Übersprechen auf
• Verstärkerkanäle mit Gegentakt-Ausgang (bridge teminated load, kurz BTL) dürfen nicht zusammengeschaltet werden - auch wenn es sich um ein Monosignal handelt.

Manche Verstärker verfügen über eine Umschaltung zwischen Stereo einerseits und Monobetrieb mit umgekehrter Polarität beider Kanäle andererseits. Die Zusammenschaltung ist dann in der Anwenderdokumentation beschrieben.

Zusammenfassung

Die möglichen Übertragungsfehler durch Kabel sind gegenüber denjenigen der Lautsprechern selbst meistens zu vernachlässigen:

• die Ankopplung des Lautsprechers an den Hörraum kann Pegelschwankungen um +10 bis -40 dB gegenüber einem echoarmen Raum verursachen, das Kabel dagegen nur kleiner 1dB
• Reflexionen im Hörraum bringen eine Verschmierung der Impulsantwort oft über mehrere Millisekunden mit sich, dennoch ist ein Kabelwiderstand von kleiner als 1/10 der Laustprecherimpedanz sinnvoll
• der Klirrfaktor von guten Lautsprechern liegt bei noch nicht einmal sehr hohen Schallpegeln (90 bis 100 dB SPL) bereits zwischen 1 und 10 %, gefolgt von demjenigen des Verstärkers (oft <0,1%), das Kabel selbst hat darauf keinen Einfluss, oft verursachen jedoch schlechte Kontaktstellen Verzerrungen

Der Querschnitt bestimmt sich nach der Kabellänge und der Laustprecherimpedanz. Je größer die Entfernung und je kleiner die Impedanz ist, desto dicker muss das Kabel sein. Die zu übertragende Leistung hat nur untergeordnete Bedeutung für den Kabelquerschnitt.

Die Gefahr magnetischer Kopplung zu Signalkabeln lässt sich mit koaxialen oder verdrillten Kabeln vermeiden.