Jump to content

Från kablar till musikalitet


Anders65

Recommended Posts

4 hours ago, MatsT said:

Teorin du kommer med nu är intressant och en följdfråga dyker upp i mitt huvud - är skillnaden mellan silver och koppar borta i lyssningstest med enkel ledning utan omgivande dielektrikum? Då räknar jag inte luft som ett sådant.

Detta är en pusselbit i förklaringen till skillnaden vi hör mellan silver och koppar, så jag tror inte skillnaden är helt borta med luft/vakuum som dielektrikum.

 

Det finns flera andra områden jag kommer gräva mera i. Finns betydande skillnader i området "scattering" (inkluderar både medelavståndet till elektronkrockar, kristallgränser och skillnader i spridningsvinklar vid dessa krockar). En annat område är att det skiljer något i skinndjupet mellan silver och koppar (ca 3% vilket är förhållandevis lite). 

Link to comment
Share on other sites

3 hours ago, calle_jr said:

De första meningarna förstår jag men skulle vilja se matematik eller illustration.

Ska rita några illustrationer. Kan dröja lite då jag har tid att tänka/rita stötvis. Men bra kommentar!

 

Jag skulle behöva en matematiker vid min sida som kan sätta upp formlerna för mina idéer...

3 hours ago, calle_jr said:

De andra meningarna förstår jag som den statiska laddning som uppstår när vi ansluter spänning (audiosignal) till en ledare?

Vet inte om jag tolkar din fråga rätt. Men statisk laddning är olika energinivåer. När vi för samman exempelvis koppar med en isolator som teflon eller vilket material som helst uppstår en potentialutjämning i gränsen mellan metallen och isolatorn. Även efter potentialutjämningen får man viss påverkan på elektronerna nära ytan på ledaren.

 

Not: Det är inte bara energinivåer som påverkar utan även förluster som uppstår genom polarisation i isolatorn (har skrivit rätt mycket om detta tidigare). Ett exempel är att teflon som visserligen är elektronagativt men att det uppstår väldig små förluster i det elektriska fält som relaterar till audiosignalen.

 

När vi ansluter en audiosignal till en ledare uppstår en förhållandevis liten potentialskillnad i ledaren men det är den som driver de fria elektronerna som ger en ström. 

3 hours ago, calle_jr said:

Med ”längre in i ledaren” menar du närmare tvärsnittets centrum antar jag.

 Precis det jag menade.

 

3 hours ago, calle_jr said:

Och material ger inte heller hela skillnaden. Geometri spelar lika stor roll antar jag.

Det finns flera andra faktorer med. Men hur mycket olika faktorer som ex geometrin påverkar i förhållande till andra törst jag inte uttala mig om än.

Link to comment
Share on other sites

11 minutes ago, Muffin said:

@Anders65 Tänker att du behöver fler kvalificerade bollplank.

T ex att du kontaktar LiTH (Linköpings Tekniska Högskola) där du befinner dig och kollar om du kan bedriva ett forsknings- och utvecklingsarbete inom ramen för deras uppdrag. :thumbsup:

Precis. Det skulle vara så intressant och lärande att samarbeta med universitetet här i stan. Tack för tipset! Jag ska absolut ta kontakt med dem för att se om det finns möjligt att bedriva mer fokuserad forskning/utveckling i området inom ramen för deras verksamhet. Skulle kanske även lösa behovet av matematiker... En annan fördel skulle bli att flera kan del av resultaten.

Link to comment
Share on other sites

On 2022-10-23 at 12:33, Anders65 said:

Vet inte om jag tolkar din fråga rätt.

Jag ville bara försöka förstå på en basal nivå :grin:

Du skrev att "om vi har statisk elektricitet får vi en bias i fältet" och menade väl då den laddning som uppstår av audiosignalen?

 

Den basala nivån kring vad som sker i en ledare kan väl då sammanfattas såhär:


När man kopplar en spänning (audiosignal) till en ledare så skapas en statisk laddning i ledaren.

 

Laddningen gör att elektroner binds med en elektromagnetisk kraft till ledarmaterialets atomkärnor.
Elektroner kan endast anta fasta avstånd från atomkärnan som de kretsar kring. Dessa omloppsbanor kallas för skal och utgör energinivåer, dvs elektronerna har en viss potentiell energi beroende på vilket skal de befinner sig i.

 

image.png

 

Audiosignalen ger en potentialskillnad vilket får elektronerna i huvudsak i de yttre skalen att förflyttar sig från en atom till en annan, i riktning från högre till lägre mängd elektroner.

När elektronerna gör dessa förflyttningar induceras en ström i ledaren.

 

Men hur elektronerna hoppar beror inte bara på laddningens variation utan även på ledarens och dielektrikums material och geometri.

Exvis har koppar 29 elektroner, 29 protoner och 34 neutroner, medan silver har 47 elektroner, 47 protoner och 61 neutroner. Och olika typer av dielektrikum påverkar polarisation och förluster, vilket gör att elektroner i de yttre skalen tappar energi.

 

Det gör att olika material och geometri för ledare och dielektrikum ger olika utseende på strömmen, dvs hur strömmen moduleras av kabeln när den flödar från den ena änden av kabeln till den andra.

 

 

 

 

Edited by calle_jr
Text justerad
Link to comment
Share on other sites

16 hours ago, calle_jr said:

Du skrev att "om vi har statisk elektricitet får vi en bias i fältet" och menade väl då den laddning som uppstår av audiosignalen?

Nja, jag menade den bias som uppstår i gränsen mellan metall o dielektrikum innan den potentialskillnaden jämnats ut av inspelning. Men exempelvis ptfe som dielektrikum så finns behov  av inspelning. Men med en isolation vars ferminivå ligger närmare koppar vs silver behöver inte lika mycket inspelning.

 

Men, och detta är ett viktigt MEN Så när utjämning uppnåtts genom inspelning så handlar dielektikumets påverkan endast om polarisation o tillhörande förluster. Dessa förluster gör direkt att de yttre elektronerna tappar energi och vi får en påverkan på ljudet. Så i en vanlig kabelkonstruktion är ptfe ett av de bästa isolationsmaterialet, men på grund av dess elektronegativitet måste dessa o många andra spelas in.

För bästa effekt av inspelning bör det ska med musik eller M-noise efter som att utjämningen kan liknas vid att sikta mjöl. När det så småningom är fullt i bunken som är placerad direkt under sikten så har vi balans mellan över och  under sikten. 

Edited by Anders65
stavfel
Link to comment
Share on other sites

8 hours ago, calle_jr said:

När man kopplar en spänning (audiosignal) till en ledare så skapas en statisk laddning i ledaren.

 

Laddningen gör att elektroner binds med en elektromagnetisk kraft till ledarmaterialets atomkärnor.

Den tillförda signalen skapar olika energinivåer i ledaren. Detta gör att de fria valenselektronerna vars energinivå som i ledande metal delas med ledningsbandet som de kommer förflytta sig. i Förflyttningen sker i potentialens riktning i ledaren.

Link to comment
Share on other sites

8 hours ago, calle_jr said:

När audiosignalen varierar (dvs när vi spelar musik) så varierar laddningen vilket får elektronerna att hoppa mellan olika skal.
När elektronerna gör dessa hopp induceras en ström i ledaren.

 

Nja... det är huvussakligen de fria elektronerna i havet av sådana som svänger med i musiken.

Link to comment
Share on other sites

5 hours ago, Anders65 said:

Förflyttningen sker i potentialens riktning i ledaren.

 

5 hours ago, Anders65 said:

det är huvussakligen de fria elektronerna i havet av sådana som svänger med i musiken.

Sorry. Det är alltså i huvudsak elektroner i yttre skal som förflyttar sig från en atom till en annan, i riktning från högre till lägre mängd elektroner.


 

5 hours ago, Anders65 said:

handlar dielektrumets påverkan endast om polarisation o tillhörande förluster. Dessa förluster gör direkt att de yttre elektronerna tappar energi

Förstod inte att du syftade på inverkan av dielektrikum.

Men nu förstår jag!

Link to comment
Share on other sites

2 hours ago, calle_jr said:

Sorry. Det är alltså i huvudsak elektroner i yttre skal som förflyttar sig från en atom till en annan, i riktning från högre till lägre mängd elektroner.

Ingen fara! Ju fler frågor desto bättre.

Man kan se förflyttningen av fria elektroner som ett jämntjockt moln  som  förflyttar sig längs hela ledningen genom att tillföra en potentialskillnad.

Link to comment
Share on other sites


Jag har editerat mitt inlägg ovan efter dina förtydliganden @Anders65.

 

En kanske inte helt vild hypotes är om man skulle kunna betrakta förlusterna i dielektrikum som hysteresdämpning.
Det innebär att man har samma frekvensgång, men att den är fasförskjuten, dvs förluster i dielektrikum gör att strömmen släpar efter insignalen.

Då blir det bekvämt att hantera relationen mellan spänning och ström på komplex form.
Ohms lag: u=Zi där man sätter Z=Z'+jZ"
Här kan man då betrakta Z' som realdelen av kabelns impedans (systemets reella motstånd), medan Z" representerar systemets förluster.

 

Man kan då testa hypotesen med att tan Φ=Z"/Z', där Φ är fasvinkeln jämfört med insignalen.

 

Link to comment
Share on other sites

1 hour ago, calle_jr said:

Det innebär att man har samma frekvensgång, men att den är fasförskjuten, dvs förluster i dielektrikum gör att strömmen släpar efter insignalen.

Förlusterna i dielektrikum blir till värme då det handlar om en slags friktion/moment genom den polarisation som orsakas av det växlande elektriska fältet. Det innebär att elektronerna närmast ytan förlorar energi (elektronens energi relaterar direkt till det elektriska fältet). Jag tror att det kommer att minska amplituden på strömmen som ges av audiosignalen just nära ytterlagret i ledaren. Magkänslan säger att det ligger i linje med det jag hör med isolationsmaterial med högre förluster.  

Link to comment
Share on other sites

Tanken var att jag skulle fokusera på skillnaden mellan koppar och silver nu här, men det finns nog lite kvar kring dielektrikum, inspelning av kablar mm. Jag ska med mycket enkla skisser som stöd försöka reda ut några saker kring detta. Vi börjar med frågan varför ljudet ofta upplevs ändra sig efter inspelning? Vi har berört detta tidigare, men förhoppningsvis har jag lärt mig lite mera sedan sist som jag tänkte skriva om. 

 

Jag har tidigare nämnt att olika metaller som koppar och silver har olika fermienerginivåer. Fermienerginivån är den energinivå som de fria elektronerna i det yttre valensbandet har. I metaller angränsar detta direkt till ledningsbandets energinivå. Detta betyder att metallen leder ström så fort man lägger en spänning över ledaren.

I fysiken lagar strävar system till jämnvikt. Det mesta inom fysikens värld bygger på jämnvikt på ett eller annat sätt. Teflon (PTFE) är ett exempel på en elektronegativ polymer. Detta innebär att den fermienerginivå ligger ganska långt ifrån ex. koppar. Men när man lägger samman dessa sker en utjämning i gränsen mellan metallen och PTFE i detta fall. Det spelar egentligen ingen roll vilka material som förs samman - energinivån kommer att vilja utjämna sig.

 

Skissen nedan visa hur elektrontätheten nära isolatorn ökar tills en utjämning mellan materialens fermienerginivåer i kontaktytan skett. På grund av isolatorns höga resistivitet tar denna utjämning lång tid. Men det vi gör med inspelning är att snabba upp utjämningsprocessen. 

Elektronernas rörelse fram och tillbaka med en ljudsignal underlättar att fylla elektronhålen i isolatorn så att balans uppstår. Det är som att sikta mjöl längs ledaren mot isolatorn. När det är fullt under sikten är det balans över och under sikten. Utan att skaka sikten faller nästa inget mjöl ner. Ljudsignalen är vår sikt.

 

image.thumb.png.e5cb1d908d340059604df6955afc1a98.png

 

Det vi ser i bilden är att den förhöjda koncentrationen av elektroner mot ledarens yttre kant minskar ju mer elektronhålen i isolatorn fylls på. Detta pågår tills det uppstår jämnvikt i gränsytan mellan materialen. Denna process finns väl beskriven i forskning som gjordes kring 1960-1970. Det som inte finns beskrivet är att detta kommer att påverka strömflödet och i vårt fall ljudet. Det jag ska tillägga är att när jämnvikt uppnåtts kan jag inte se någon fortsatt påverkan på den analoga ljudsignalen på grund av detta. Den påverkan  av isolationsmaterialet som kvarstår blir då två saker. Dels att den dielektriska konstanten påverkar kapacitansen längs ledaren och dels att de dielektriska förlusterna genom polarisation ger signalförluster eftersom elektronernas energinivå påverkas av detta. Men detta får vänta till nästa gång jag skriver mera.

 

Link to comment
Share on other sites

54 minutes ago, Anders65 said:

Förlusterna i dielektrikum blir till värme då det handlar om en slags friktion/moment genom den polarisation som orsakas av det växlande elektriska fältet. Det innebär att elektronerna närmast ytan förlorar energi (elektronens energi relaterar direkt till det elektriska fältet). Jag tror att det kommer att minska amplituden på strömmen som ges av audiosignalen just nära ytterlagret i ledaren. Magkänslan säger att det ligger i linje med det jag hör med isolationsmaterial med högre förluster.  

Ja, det är troligt.

Men det kan vara idé att ha fasgången också i åtanke eftersom den kan vara lättare att detektera.

Det är väl lite konstigt att vi aldrig har sett några frekvensgångsmätningar på kablar trots att olika kablar vad vi hör verkar påverka amplituderna.

 

Link to comment
Share on other sites

30 minutes ago, calle_jr said:

Ja, det är troligt.

Men det kan vara idé att ha fasgången också i åtanke eftersom den kan vara lättare att detektera.

Det är väl lite konstigt att vi aldrig har sett några frekvensgångsmätningar på kablar trots att olika kablar vad vi hör verkar påverka amplituderna.

Effekten av att elektronerna nära ytan förlorar energi tål att fundera mera på tror jag. Detta är en fråga jag skulle vilja ställa till en fysiker... Jag ser inte än helt säkert vad effekterna faktiskt kan bli mer än att det borde vara högst sannolikt att det är just detta som vi hör skillnad på. Att elektronerna förlorar energi kanske kan påverka både fas och amplitud. Jag blir osäker i hur man borde tänka här.

 

Men sen hänger ju dielektricitetskonstanten ofta ihop med dielektriska förluster. PTFE har låg D-konstant och låga förluster. Dielektricitetskonstanten påverkar ju kapacitansen och därmed fasen upp i frekvens.

 

Jo det kan vara konstigt att inte frekvensgångsmäta kablar. Men jag misstänker att det beror på att ingen kommer att se någon skillnad med en "vanlig" frekvensgångsmätning inom 20-20kHz. Men det krävs mycket för att hitta dessa skillnader. Jag brukar ibland påminna mig själv om att vår hörsels dynamiska omfång kanske är 90dB. Den verkliga siffran spelar inte så stor roll, men saken är att jag måste påminna mig själv om detta ibland för att förstå vad som kan vara viktigt i olika sammanhang.

Link to comment
Share on other sites

3 hours ago, calle_jr said:

 

Man kan då testa hypotesen med att tan Φ=Z"/Z', där Φ är fasvinkeln jämfört med insignalen.

Detta är intressant. Ska kolla på hur jag kan mäta avseende fasvinkel. Har ju rätt bra instrument. Jag lär återkomma kring detta :-) Kanske hinner med lite tester i helgen.

Link to comment
Share on other sites

10 hours ago, Anders65 said:

Att elektronerna förlorar energi kanske kan påverka både fas och amplitud.

När magnitud och fas påverkas i registret så följs de åt.

Det gör de också om energiförlusten är stationär/frekvensoberoende, men det kanske är svårt att detektera magnitud om man inte riktigt vet vad det är man mäter.

Jag vill inte klydda till det i onödan, men det finns som sagt en anledning att vi inte sett dessa skillnader tidigare.

Dämpning är lurigt eftersom det är svårt att frikoppla från systemet, men det är också troligt att det är det som är nyckeln om man vill kunna kvantifiera vad som sker.

 

Hakar på @MatsT om att man skulle vilja jämföra koppar och silver med och utan dielektrikum. Då kunde naken tråd vara referens.

 

 

Link to comment
Share on other sites

11 hours ago, Anders65 said:

Effekten av att elektronerna nära ytan förlorar energi tål att fundera mera på tror jag.

Känns som att det skulle kunna vara en "omvänd skin-effekt" ungefär. Det är uppenbarligen intressant att se vad som händer i gränslandet mellan ledare och omgivning.

 

Link to comment
Share on other sites

Inte för att det tillför kunskap eller relevans, men jag mötte en man för ett antal årsedan som körde "utan kablage", han använde en lackad grov enkardelig koppartråd för att koppla ihop CD-spelare med förstärkeri och svor att det var det bästa han hört. Alltså, inte ens en dedikerad signaljord, utan apparaterna jordades via skyddsjord utgår jag ifrån. Eftersom den var stel så var det ju en enkel sak att få fin dragning en bit från övrigt kablage.

Link to comment
Share on other sites

18 minutes ago, AlfaGTV said:

han använde en lackad grov enkardelig koppartråd för att koppla ihop CD-spelare med förstärkeri och svor att det var det bästa han hört.

Jag har också hört någon beskriva det så men kommer inte ihåg vem då det är många år sedan. Kan ha varit någon på KTH när en av mina söner gick där? Fick då också höra att silver var ”bäst” som signal- och högtalarkablar, vad nu ”bäst” innebär och hur vetenskaplig denna utsaga nu är? Inblandning av olika metaller i procent framkom aldrig, jag blev skeptisk och sa att sonen skulle läsa mellan raderna:winking: 

Själv har jag ingen aning mer än det jag hört i anläggningar genom åren, tror mest på att tycke och smak får avgöra vad man gillar.

27 minutes ago, AlfaGTV said:

Inte för att det tillför kunskap eller relevans

Samma här, men kul att följa tråden även om jag inte förstår allt som skrivs.

 

/byZan

Link to comment
Share on other sites

Känns väl lite som vi amatörer är inne och roddar i en vetenskaplig tråd.:think: Men om man talar om "naken" tråd så dyker frågan är hur stor skillnad det skulle vara mellan dielektrikum i form av luft jämfört med lackad tråd eller bomullsstrumpa? Uppträder elektronerna annorlunda i sådant fall? Som tidigare redogjorts för så får det effekt om man använder olika plaster. Men t.ex. mina Bibacord skiljer kardelerna med balsaträ omlindat med bomullsremsa. Men Fredrik B. är ju forskare på FOI, så han har säkert underbyggt sitt val?

Sorry för eventuell OT. Kör på @Anders65!

 

Calm

Link to comment
Share on other sites

43 minutes ago, AlfaGTV said:

Inte för att det tillför kunskap eller relevans, men jag mötte en man för ett antal årsedan som körde "utan kablage", han använde en lackad grov enkardelig koppartråd för att koppla ihop CD-spelare med förstärkeri och svor att det var det bästa han hört. Alltså, inte ens en dedikerad signaljord, utan apparaterna jordades via skyddsjord utgår jag ifrån. Eftersom den var stel så var det ju en enkel sak att få fin dragning en bit från övrigt kablage.

Det finns flera fördelar att köra utan isolering. Man slipper förluster och den kapacitans som isoleringen tillför samt att man enligt resonemangen här bör slippa behov av inspelning. En kommentar är att det emaljering är ett dielektrikum och att det finns olika kvalitéer med olika förlustfaktorer, men att inverkan av emaljering är mindre än vanlig isolering. Man kan även dra en parallell från detta till filter i högtalare som ex Wilson kopplar med blanktråd istället för att dra signalerna i mönsterkortet. Detta är precis av samma orsaker som jag diskuterar här.

 

Link to comment
Share on other sites

1 hour ago, MatsT said:

Känns som att det skulle kunna vara en "omvänd skin-effekt" ungefär. Det är uppenbarligen intressant att se vad som händer i gränslandet mellan ledare och omgivning.

Den tanken slog mig med :smile:

 

I gränslandet har vi dels en typ av påverkan innan kableln spelats in, en annan av de energiförluster som uppstår i samband med polarisation och en tredje som ger en kapacitans som är beroende av dielektricitetskonstanten. 

Link to comment
Share on other sites

12 minutes ago, calm said:

Känns väl lite som vi amatörer är inne och roddar i en vetenskaplig tråd.:think: Men om man talar om "naken" tråd så dyker frågan är hur stor skillnad det skulle vara mellan dielektrikum i form av luft jämfört med lackad trå eller bomullsstrumpa? Uppträder elektronerna annorlunda i sådant fall? Som tidigare redogjorts för så får det effekt om man använder olika plaster. Men t.ex. mina Bibacord skiljer kardelerna med balsaträ omlindat med bomullsremsa. Men Fredrik B. är ju forskare på FOI, så han har säkert underbyggt sitt val?

Sorry för eventuell OT. Kör på @Anders65!

Alla kommentarer och synpunkter är bra!

 

Det är bra frågor hur stor skillnad det är mellan olika typer av isoleringmaterial. Det som gör det lite lurigt är att vi har att göra med olika parametrar och olika typer av påverkan. Men naken tråd är i vilket fall bäst då påverkan saknas ur alla dielektriska aspekter och att luft näst vakumm är idealt. Lackad tråd är bra, men inte fullt lika bra som naken tråd (nu har jag inte med ev påverkan på grund av oxidation). Bomull är lite mer komplicerat. Fördelen är att det finns luft i materialet - precis som exempelvis skummade material. Nackdelen är att bomull i sig har relativt höga förluster.  Balsa har jag inga uppgifter på.

Link to comment
Share on other sites

8 hours ago, calle_jr said:

Hakar på @MatsT om att man skulle vilja jämföra koppar och silver med och utan dielektrikum. Då kunde naken tråd vara referens.

Jag skulle kunna göra några mätningar. Förslag på vilka mätningar skulle vara mest intressant avseende koppartråd med resp. utan dielektrikum? 

 

Noggrann absolut- alt. differens-mätning av fas kräver hög samplingshastighet och lågt jitter. Min testutrustning har sina begränsningar där.

Link to comment
Share on other sites

1 hour ago, Anders65 said:

Förslag

:thumbsup:

Spontant vore det bästa att spela in spotfrekvenser (1/3-oktavband) med en kanal till input, en till 2m naken silver och en till 2m naken koppar.

Därefter samma sak med en kanal till input, en till 2m isolerad silver och en till 2m isolerad koppar.

 

Link to comment
Share on other sites

1 hour ago, calle_jr said:

Spontant vore det bästa att spela in spotfrekvenser (1/3-oktavband) med en kanal till input, en till 2m naken silver och en till 2m naken koppar.

Därefter samma sak med en kanal till input, en till 2m isolerad silver och en till 2m isolerad koppar.

Ska se om jag kan mäta lite på detta i helgen. Beställde några SMA-don & adaptrar så att jag får ihop en bra uppkoppling :smile:

Link to comment
Share on other sites

9 minutes ago, calle_jr said:

Har du utrustning så att du kan spela in?

Har du spotfrekvenser?

Jag tänkte använda intrumenten jag har för audioanalys. Kan både spela upp och spela in med 24 bitars upplösning. Har inte kollat än på spotfrekvenser, men jag har rätt stor flexibilitet i signalgeneratorn.

Link to comment
Share on other sites

Jag gjorde ett frekvenssvep 1-96kHz med en 1m lång XLR-kabel för att se vilken storleksordning som kabeln påverkar fas och amplitud. Det är en kalibrerad gain/phase-mätning med 192kHz sampling och 24 bitars upplösning. Kör 0,001dB/div och 0,045 grader/div vilket är så långt jag kommer med mitt instrument. 

image.thumb.png.0cd32cb8c70ddacb4b2e4c92fb1aacf7.png

Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

×
×
  • Create New...