Hallo,
das erste Bild direkt am Verstärker gemessen hat für 200kHz Rechtecke wirklich das Prädikat sehr gut verdient, da hast Du vollkommen Recht.
Gehen wir der Reihe nach vor:
wie lang ist das Kabel?
welcher Querschnitt?
welches Oszilloskop ist das?
sieht aus wie ein Tektronix 5xx? mit welchem Einschub und wie groß ist die Bandbreite?
Was für ein Tastkopf ist dran 1:1 oder 10:1 und wurde dieser am Rechteckkalibrator des Oszis auf einwandfreie Rechtwiedergabe ausjustert, bei Betrachtung von Bild 1 sage ich aber mal, ja wurde er.
Das Oszilloskop würde ich für diese Messung über einen Trenntrafo betreiben oder über 12V Bleibatterie+DC/AC Converter (beim großen Oszis schwieriger, da viel Power nötig) oder einen Differenztastkopf verwenden um Verkopplungen über die Netzuleitungen zum Verstärker ganz sicher auszuschließen, das wäre die Luxus Messvariante, muss aber so nicht gemacht werden. Sollte aber auf jeden Fall so gemacht werden, falls doch der Minus Ausgang des Verstärker sich elektrisch auf gleichem Potential wie der Schutzleiter befinden würde (Ohmmeter), man weiß ja nie. Normalerweise ist die Verstärkermasse aber galvanisch getrennt vom Schutzleiter.
Der Frequenzgenerator hat in manchen Fällen eine leitende Verbindung zwischen Schutzleiter und seinem Ausgang, auch hier wäre es sinnvoll wenn eine galvanische Verbindung vorhanden ist, diese über einen Trenntrafo aufzutrennen oder noch besser diesen Generator über Batterie zu betreiben. Wenn möglich so machen, wenn nicht es die Messung meist ein wenig schlechter.
Kabel 10 in Bild 2 scheint eine niedrige Induktivität zu haben. In Bild 5 scheint die Induktivität bereits höher zu sein, oder anders ausgedrückt die Güte des Schwingkreises aus Kabel, Tastkopf und Quelle scheint höher zu sein. Das letzte Bild verglichen zu Bild 2 ist eindeutig besser im Sinne einer Rechteckantwort.
Mach doch mal die gleichen Versuche mit einen ganz einfachen dünnen LS Kabel 0.5²mm oder einfach zwei miteinander verdrillten Klingelleitungen. Dann mal den gleichen Versuch am billigen 0.5²mm wenn die beiden Adern auseinandergerissen sind und ca. 50cm auseinander liegen, das erhöht die Leitungsinduktivität. Und dann nimm zum Vergleich einfach mal ein ganz normales gleich langes Meßkabel z.B. RG58CU und schau was da am Ende herauskommt. Das dünnste Kabel wird gar nicht mal schlecht aussehen, tippe ich jetzt einfach mal so. Und jetzt bau zum Schluß mal einen ca. 1 Ohm Widerstand in den Pluspol der LS Leitungen mit ein und schau mal wie es wird.
Ein ideales 20kHz Rechteck enthält nach Fourier (hier nur als vereinfachte Gleichung) die Grundwelle fg mit 20kHz mit Amplitude 1, + die 3. Oberwelle (3*fg) mit 1/3 Amplitude + die 5.Oberwelle (5*fg) mit 1/5 Amplitude + 7.Oberwelle (7*fg) mit 1/7 Amplitude usw.
Wie man sich eine Reckteckspannung zusammensetzt aus verschiedenen Sinusspannungen findest Du hier:
http://www.uni-tuebingen.de/cog/teaching/ss2006/messverfahren/Kap9.pdfda steht dann auch die korrekte Fouriergleichung drin.
Zu Deiner Frage: der CD Player kann von einem 20 kHz Rechtecksignal nur die 20kHz Sinus Grundwelle darstellen, die Oberwellen 60 k, 90k usw. kann der CD-Player nicht mehr darstellen. Gescheige denn so ein 20kHz Rechteck Signal ist erst gar nicht auf einer CD (44.1kHz Abtastrate) drauf, da die Anti Aliasing Filter während der Aufnahme diese hohen Signalfrequenzen ausfiltern müssen um Spiegelfrequenzen in den Signalbereich zurück zu verhindern.
http://www.muenster.de/~asshoff/physik/cd/cdplayer.htmSchaltungstechnisch wäre es aber möglich durch externe Ansteuerung den DAC auf seiner digitalen Seite mit einer 20kHz Sprungfunktion (+/- Full Scale Step alle 50µs) zu beaufschlagen, aus dem System würde halb Sinus-halb Rechteck heraus kommen, der DAC würde mit maximaler Sprunggeschwindigkeit antworten und innerhalb seiner Settling Time auf den gewünschten Spannungswert einschwingen, die sehr stark abhängig ist vom DAC Model und dem DAC Verfahren. Aber diese Überlegung verbietet sich, da bereits in der Aufnahme durch das Anti Aliasing Filter derart schnelle Sprünge erst gar zugelassen werden, da wie schon gesagt ohne Anti Aliasing Filter, das Nutzsignal sonst durch Spiegelfrequenzen versaut wäre. Die 44.1kHz Abtastrate ist irgendwo an der unteren Grenze der realistisch noch gerade sinnvoll machbaren Sample Rate. Man muss überlegen, der Standard wurde vor vielen Jahren definiert als die Bauteile und die Speicherdichte/Speilzeit auf der CD nicht mehr als die 44.1kHz hergaben (zu günstigen Preisen). Mittlerweile lachen sich die IC Hersteller über 44.1kHz nur sowas von krank das sie selber schon wieder heulen müssen. Die IC-Hersteller könnten heute viel mehr zu günstigsten Preisen, nur was nützt es? Solange dieser mittelalterliche Standard immer noch weitverbreiteten Bestand hat. Was einmal breit eingeführt worden ist frisst sich halt fest. Eine SACD ist elektrotechnisch betrachtet schon was schöneres. Und mal ehrlich, die Tonträgerindustrie orientiert sich verständlicherweidse an ihren Käuferschichten, es sind z.B. Jugendliche mit einer 150 Euro CD Komplettanlage mit Bumm Bumm Gekreische oder viele ältere Leute mit Volks/Schlagermusik gehört am Küchenradio, und da ist es vollkommen wurscht ob 44.1kHz oder echte 192kHz, von den nur 16 Bit Vertikalauflösung mal gar nicht zu sprechen.
Ein schnell laufendes breites Tonband ist immer noch was schönes. Aber was nützt es die Quellen sind halt am Markt orientiert, obwohl der Stand der Digital Technik heute viel mehr hergeben würde.
Nur trotzdem ist die Messung mit 20 kHz Rechtecken nicht falsch. Bei 1kHz Rechtecken oder gar nur niedrigen Sinusfrequenzen wirst Du am Oszilloskop einfach keine Unterschiede mehr feststellen, da sieht alles einfach gleich aus, deswegen ist der Gang zu einer höheren Frequenz durchaus sinnvoll.
Die parasitären Eigenschaften L,C einer Leitung sind über NF Frequenzbereiche bis in die unteren MHz Bereiche hinein betrachtet mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit nahezu gleichbleibend, daher ist die Betrachtung bei hoher Frequenz sinnvoll um Unterschiede zwischen Kabeln überhaupt erst sichtbar zu machen.
Das C kann sich nur über die Frequenzabhängigkeit der dieelektrischen Eigenschaften der Kabelisolierung ändern und die ist beim Kunststoff so schlecht nicht. Man denke an all die Kunststoff kondensatoren. Die Änderung der Induktivät über Frequenz ist noch geringer als die der Kapazität. Wie gesagt lediglich der ohmsche Anteil R steigt mit zunehmender Frequenz durch den Verdrändungseffekt des Stromflußes in die Außenbereiche eines Leiters (Skineffekt)
http://de.wikipedia.org/wiki/SkineffektSchau Dir auch mal das Leitungsersatzschaltbild einer "homogen Leitung" an. Da gibt es auch seitenweise Gleichungen und Bücher darüber, die Herleitung beruht auf einer einfachen Differentialgleichung, daraus wurden die Thomsonschen Telegrafen Gleichungen. Im Prinzip alles uralt, schon unsere Großväter hatten dies einst ausgiebig berechnet und aufgestellt.
Deine ganzen Untersuchungen basieren auf der Kenntnis dieser E-Technik:
homogene Leitung (an jeder Stelle gleich)
Telegraphen Gleichungen
Schwingkreise
RLC Netzwerke
Variation von R vs. f (Skineffekt)
Ein steigendes R ist für eine schönere (zunehmend aperiodische) Sprungantwort sogar noch hilfreich es verschleift die Kanten und mindert die Überschwinger, da ein steigendes R die Schwinkreis Güte mindert.
Allerdings würde ein steigendes R den Dämpfungsfaktor mindern, bei einer passiven Weiche ist das aber eher relativ wurscht.
Was Du hier untersuchst ist das Sprungverhalten eines Schwingkreises. Um ein bisschen auszuholen:
http://www.amplifier.cd/Tutorial/Grundlagen/Parallelschwingkreis.htm(Es liegen aber leider nie genau diese Ersatzschaltbilder vor)
Wie Du auch weiter messen könntest wäre, mache einem Sinussweep von 20 Hz von mir aus bis 100 kHz, da wirst Du am Oszilloskop wahrscheinlich keine Unterschiede mehr erkennen können mit den verschiedenen Kabel.
Gruss Ralf
