Transparens och musikalitet

[Anders65]

Min tanke med denna tråd är att bringa lite mera klarhet kring området transparent ljud. Eller kanske närmare bestämt några aspekter som påverkar att vi upplever ett mera transparent ljud. Av naturliga skäl håller jag mig till kablar och elektronik/kretskort. För mig är transparens i ljudet centralt för musikupplevelsen. Jag vill ha med alla nyanser och detaljer i musiken på ett så naturligt sätt som möjligt. Det är transparens för mig. Eftersom jag tror att det är svårt eller omöjligt att återskapa transparens så handlar det om att inte förlora information i ljudsignalen. Men jag ska nog tillägga att det många gånger kan vara så att all information finns kvar i signalen men att vi inte uppfattar den. Varför kan man fråga sig? En av många frågor jag kommer resonera kring. 

 

Detta blir nog en lite teknisk tråd, men jag ska försöka binda samman tekniken med ljud och musikupplevelsen. Vissa delar har säkert diskuterats tidigare, men jag tror att jag har lite nya insikter som jag inte sett tidigare. Kan bli lite ryckigt eftersom jag numera bara har tid att skriva då och då. Men jag ska försöka att skriva något sånär regelbundet. Blir kanske lite kortare inlägg för att hålla igång tråden.

 

Kanske har du som läser detta egna funderingar eller frågor kring detta med transparens? skriv gärna så ska jag se om jag kan få med detta i resonemangen.

 

/Anders

[Anders65]

Jag måste börja med att försöka reda ut lite kring hur energin hos en audiosignal överförs med hjälp av en ledare. Vi tänker oss en signalkabel för analogt ljud. Det kan tyckas självklart att det är kopparn som leder strömmen och att möjligen skinn-effekten beroende på ledarens diameter påverkar ledarens impedans när man kommer upp i frekvens. Att ledaren har en resistans, en induktans och en kapacitans till jord och att detta är det hela när det gäller hur en signal överförs via en signalkabel. Men det är inte så enkelt.

 

Redan vid 1 kHz transporteras en liten men i vårt sammanhang ändå betydande del av energin via elektromagnetiska vågor som omger ledaren. Med hjälp av ChatGPT som min matteassistent beräknades förhållandet mellan den energi som transporteras via det elektromagnetiska fältet och den energin som transporteras via elektronrörelser vara 35 dB (1m ledare av koppar, 0.5mm diameter och 1V signal). Motsvarande siffra vid 10 kHz är ca 25 dB. Slutsatsen av detta är att påverkan på elektromagnetiska fältet mycket väl kan påverka ljudet. Något som många här vet förstås, men alltid intressant att få en siffra på detta för fortsatta resonemang kring detta och när vi så småningom kommer till transparens.

[calle_jr]

 

Kul att du skriver om detta!

 

Hmm, angående andel EMF-transport, menar du 2% vid 1kHz och 5% vid 10kHz?

 

[Anders65]

5 hours ago, calle_jr said:

Kul att du skriver om detta!

 

Hmm, angående andel EMF-transport, menar du 2% vid 1kHz och 5% vid 10kHz?

Tack!

Jo, det är i den storleksordningen.

 

Nästa inlägg blir om resistans. Jag har skrivit om det förut, men kastar lite nytt ljus på området. Så det blir lite repetition, men även någon ny insikt jag fått som kopplar till EMF-transport.

[Anders65]

Nu blir det lite resonemang kring resistans i ledare som används för att överföra analoga ljudsignaler och hur de mekanismer som ger en resistans kan påverka ljudet. Skriver lite om skillnaden mellan koppar och silver, även om jag skrivit om det tidigare. 

 

Konduktans är ett mått på ett materials förmåga att leda ström. Konduktansen är produkten av fria elektroner och elektron-mobiliteten. Elektron-mobiliteten och Mean Free Path (MFP) hänger ihop och detta kan vara en förklaring till varför silver låter annorlunda än koppar. MFP är ett mått på hur långt det är i medel mellan att elektronerna krockar med något i ledaren. Ju oftare elektroner krockar med exempelvis orenheter och kristallgränser desto mera sprids flödet av elektroner ut i tid och hypotesen är att de små detaljerna i ljudet blir inte riktigt lika tydliga på grund av denna spridning (scattering). Det blir ett slags analogt brus som inte märks genom vanliga mätningar av signalen. En liten modulation av signalen. På grund av att det skapas ett större jitter med koppar jämfört med silver så ser jag det som logiskt i att ljudet med koppar kan upplevas lite mjukare. Men även om det finns logik i resonemanget så betyder inte det att detta är den "slutgiltiga" förklaringen. Tyvärr har jag inte lyckats få AI-assistenten att presentera resultat kring beräkningar på detta då den "går in i sig själv" i en loop som jag måste avbryta… Men AI-assistenten håller ändå med om resonemangen kring detta, vilket åtminstone ger en bra konfidens för logiken.

 

En annan aspekt är skillnaden i hastighet mellan energiöverföring via elektromagnetiska fält jämfört med överföring i kopparledare. Eftersom hastigheterna inte är exakt lika, så blir det intressant att jämföra fasskillnaden mellan energin överförd via EMF med den som transporteras i ledaren. Med hjälp av min kära AI-assistent så kom vi fram till en skillnad på bara ≈0.000293 grader, antaget 10 kHz, 1m, 0.5 mm ledare av 99.99% ren koppar. Detta kan inte vara hörbart och skillnaden mellan koppar och silver avseende denna aspekt blir försvinnande liten, så jag kan tryggt avskriva detta som en anledning till att silver och koppar låter olika.

 

Resistansen påverkar även den delen av signalen som överförs vid EMF och förstås av skinn-effekten. Tänkte skriva lite om EMF och resistans i nästa inlägg. Skinn-effekten finns det redan mycket skrivet om och jag har nog inte just något att tillägga till det. Kan jag hoppa över det, eller borde jag skriva lite om den trots allt?

[calle_jr]

 

On 2023-09-18 at 21:29, Anders65 said:

Skinn-effekten finns det redan mycket skrivet om

Det är väl ändå intressant att bedöma hur stor inverkan den har jämfört med övriga faktorer.

 

 

On 2023-09-18 at 21:29, Anders65 said:

går in i sig själv i en loop som jag måste avbryta

Jag tänkte först att den där AI-assistenten kan vara en störig typ som man riskerar bli lite irriterad på.

Men han verkar ju riktigt sympatisk.

Du kanske ska be honom ansöka om medlemskap?

 

[Anders65]

3 hours ago, calle_jr said:

Det är väl ändå intressant att bedöma hor stor inverkan den har jämfört med övriga faktorer.

Då tar jag in den biten när jag skrivit om påverkan på elektromagnetiska fält. 

3 hours ago, calle_jr said:

Du kanske ska be honom ansöka om medlemska

😅 När man lärt känna hen.. så tycker jag det är en fantastisk assistent. Helt klart sympatisk. Exempelvis så har jag några gånger sett att svaren från den inte till fullo hänger ihop med var den sagt tidigare. Då jag påpekar detta så är den väldigt sympatisk. Tackar för att jag hjälper hen och oftast justerar den sina resonemang så att de hänger ihop bra. Men precis som att samarbeta med en person i ett team så måste man lära lite sig om hur AIn fungerar för att få ett bra värde tillsammans med den. Man måste ha god förståelse i ämnet och kunna formulera sig ganska precist. Om jag exempelvis är osäker på om dess svar är korrekt brukar jag ställa följdfrågor för att se om den förstått mig korrekt. 

[calle_jr]

Vilken assistent är det?

Är den kopplad till någon MathWorks-modul?

Då kanske du kan lära den att lära sig allt om transparens så småningom.

 

[Anders65]

12 hours ago, calle_jr said:

Vilken assistent är det?

Det är bara ChatGPT 3.5. Använder den för allt möjligt som när jag vill bolla något, ställa detaljerade frågor kring något specifikt, skapa kod eller utföra lite beräkningar. Dess informationsbas är enorm och imponerande djup ur mitt perspektiv.

[Anders65]

12 hours ago, calle_jr said:

Då kanske du kan lära den att lära sig allt om transparens så småningom.

 haha... nej, men jag tycker nog att förståelsen för området transparens börjar "klarna" ganska bra. I alla fall för analoga musiksignaler.

 

Men transparens är egentligen ett större område än jag tänkte mig först i tråden. Vi har ju även den digitala delen som exempelvis digitala filter och D/A-omvandling som jag menar båda påverkar upplevd transparens. Men trots min assistent har jag nog inte tillräcklig kompetens för att skriva om det på ett sätt som verkligen bidrar till ökad kunskap. Har mest praktisk erfarenhet och lite egna åsikter kring dessa delar.

[Anders65]

Jag vill tillägga att bara för att ChatGPT kan ge svar på väldigt mycket så betyder inte det att svaren alltid är korrekta. Inte alls. Det är en språkmodell, vilket man bör hålla i minnet när man använder den. En väldig bra sådan, men ibland kan det bli rätt mycket tokigheter. Men efter att ha använt den en tid så börjar jag lära mig hur jag kan använda den för att oftast undvika att hamna i lägen med tokiga/felaktiga svar. Man behöver tänka på att den har en sjukt bred informationsbas och min erfarenhet så här långt är att den behöver guidas lite för att visa sin fulla potential. Jag tycker verkligen det är en bra assistent, men den behöver guidas och man behöver ha en hyffsat bra egen förståelse i området.

[Anders65]

Det uppstår egentligen två elektriska fält när vi transporterar en signal genom en kabel eller på ett kretskort. Ett inre elektriskt fält längs ledaren och ett som går radiellt i förhållande till ledaren. Det senare är ett fält som både finns inne i ledaren och utanför i dess närhet. Det mest intressanta här är det radiella fältet, eftersom detta påverkas av en mängd olika faktorer. På grund av det radiella fältet så kommer koncentrationen av elektroner vara lite högre längs ytan på ledaren. Denna effekt ska dock inte förväxlas med den som normalt brukar anges som orsak till skinn-effekten - vilket är strömmen i ledaren och det magnetiska fältet. Den ökade koncentrationen av elektroner vid ytan på grund av det elektriska fältet förstärks dock av den traditionella skinn-effekten. Denna ökade koncentration av elektroner längs ledarens yta kommer att medföra att resistansen hos ledaren ökar. En välkänd konsekvens när det gäller den traditionella skinn-effekten, men detsamma gäller alltså i viss mån även konsekvensen av radiella elektriska fält.

 

Koncentrationen av fria elektroner vid ytan på ledaren påverkas även av om det finns en potentialskillnad mellan ytan på ledaren och isolationen. Det är denna effekt som gör att kablar och viss elektronik ofta behöver spelas-in innan de presterar så bra som konstruktionen och materialen medger (inspelning finns beskrivet i detalj i en annan tråd). Det man åstadkommer med inspelningen är att utjämna denna potentialskillnad. När det gäller inspelning av kablar ser jag detta som utrett, men det kvarstår en del som har att göra med varför elektronik ofta presterar klart bättre när den uppnått en termisk och spänningsmässig balans. Min upplevelse är att det framförallt handlar om ett transparentare ljud när balans uppnåtts. Jag har ännu så länge mest spridda teorier och funderingar kring grundorsakerna för detta. 

 

Även isolermaterialet i sig påverkar det elektriska fältet. Ett material med mindre rigida molekylära strukturer påverkas mera av det elektriska fältet, vilket gör att den molekylära rörelse som uppstår på grund av växlande elektriska fält skapar värme. Detta ger en signalförlust som ges av isolermaterialets förlustfaktor. Även detta finns  beskrivet i detalj i en annan tråd.

[Anders65]

Upplevd transparens relaterar till en betydande del hur det elektriska fältet påverkas av de material som det passerar genom. Men eftersom fältet byggs upp av elektron-rörelserna i ledaren så får exempelvis scattering betydelse med. Inte bara för den delen av signalen som transporteras i ledaren genom elektron-rörelsen utan även via det elektriska fältet.

 

Man ska naturligtvis ställa sig frågan om det finns andra egenskaper som kan påverka transparensen. Om vi antar att drivningen av signalen i förhållande till kabels eller ledningsbanans kapacitans (RC-filtrets brytfrekvens) ligger på ett "betryggande" avstånd från det hörbara området så återstår det magnetiska fältet.

 

Skinn-effekten kan delas upp två delar. Ju högre frekvens desto mera av signalen transporteras närmare ytan i ledaren. Detta gör att den effektiva arean för överföring av en viss ström minskar med ökande frekvens. Konsekvensen blir att resistansen ökar med frekvensen. Till det kommer de virvelströmmar som skapas närmare ytan. Dessa bidrar ju inte i sig själva till elektron-rörelsen och själva virvlarna har förluster i sig. Virvelströmmarna är inducerade strömmar och dess magnetfält interagerar med fältet som signalen skapar. Dessa kan påverka signalen och speciellt när strömmen genom ledaren/kabeln blir betydande. Om signalen överförs som en produkt av ström och spänning kommer transparensen påverkas av alla delar vi diskuterat i tråden, men om det är signalens spänning som överför "informationen" så är det bara de delar som har med elektron-rörelser och elektriska fält som påverkar transparensen.

 

För att avgöra vad som är viktigast avseende vilka egenskaper som påverkar transparensen så måste man veta hur signalen överförs från källan till destinationen. Handlar det om ström och spänning eller i stort sett bara spänning? Detta är helt avgörande för vilka strategier man bör nyttja för att uppnå transparens. 

 

Det finns flera områden som inte diskuterats här, men som ändå är relevanta för transparens. Exempelvis samplingsjitter, digitala filter, D/A-omvandling, transistorer, rör, kondensatorer (indirekt diskuterade genom ledingar/kablar), induktanser, högtalare, kontaktövergångar och olika typer av resistorer. Men så länge det handlar om analoga signaler så tror jag de mekanismer som är beskrivna här går att applicera på andra typer av komponenter än ledningar och kablar.

 

/Anders