Навигация по сайту

Скоро я дополню эту статью!!!

 

Кабель тянется по грязи
А за ним – начальник связи.
Проза жизни
 
Никогда бы не подумал,
Что буду делать аудиокабели.
AudioKiller
 
Многие, купив кабели за 5000 долларов, уже подсознательно настроены на то, что система зазвучит лучше. Так ли это в реальности - большой вопрос. Более того, потратив столько денег, никто даже себе самому не признается, что остался в дураках.
Д. Хоббс, директор по экспорту компании МONITOR AUDIO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дисклэймер

  • Этот материал ни в коем случае не следует рассматривать как руководство по изготовлению кабелей, а тем более – по изготовлению «хорошо звучащих» кабелей. Либо «правильных» кабелей. Либо Hi-End кабелей. Либо каких-то еще. Здесь всего лишь были исследованы некоторые технические свойства некоторых кабелей, и предложены некоторые (не обязательно лучшие, возможно просто наиболее очевидные) инженерно-технические пути их улучшения. И размышления на тему – а стОит ли заморачиваться?
  • По ходу дела я сделал несколько более-менее самодельных кабелей, чтобы проверить некоторые свои мысли. Я их (кабели) делал, не стараясь сделать красиво, лишь бы достаточно качественно – и так на некоторые из них ушла уйма времени. Так что выглядят они гораздо хуже, чем работают (и вообще – не все то золото, что блестит!).
  • Часть кабелей, участвовавших в исследованиях, была приобретена именно для этого. Но очень дорогих среди них нет: покупать очень дорогие кабели мне, во-первых не хотелось, во-вторых – и не особенно было где, в нашем городе Hi-End не процветает, далеко за ними ездить лень, а заказывать по интернету – неохота ждать. Если хотите узнать про какой-то кабель конкретно – приносите, измерю.

 

1. Реальный скин-эффект

В статье Скин-эффект в аудио кабеле я рассчитал влияние скин-эффекта на работу кабеля и показал, что это влияние очень маленькое. Позже мне захотелось проверить, насколько все это совпадает с реальностью, поскольку в реальном кабеле есть вещи, уменьшающие скин-эффект, и вещи его увеличивающие (точнее, это эффект близости). Второе, что мне было интересно – как и насколько отличается скин-эффект в одножильных и многожильных кабелях. А это проще всего проверить на электрических кабелях – они выпускаются одного сечения как одножильные, так и многожильные.

Внимание! Далее под одножильным и многожильным кабелями я понимаю не количество изолированных друг от друга проводов в одном кабеле под общей изоляцией, а саму конструкцию провода, составляющего проводник кабеля. Одножильный кабель – жесткий, он состоит из одного провода заданного сечения. Многожильный – гибкий, его проводник состоит из множества свитых друг с другом проволочек, рис. 1.1. Слева – одножильный, справа – многожильный.

Кабель 1

Рис. 1.1.

 

В статье я предположил, что у многожильного кабеля можно ожидать меньшего влияния скин-эффекта, чем у одножильного. Почему я использовал для этого электрический кабель? Потому, что он делается просто и бесхитростно. От аудиокабеля можно ожидать применения каких-нибудь средств, влияющих на скин-эффект. А в расчетах я ничего такого не учитывал.

Результаты измерений относительного увеличения сопротивления этих кабелей с ростом частоты показаны на рис. 1.2. Черная плавная кривая – это теоретическая. Она построена для множества частот, поэтому и получилась плавной. К сожалению, измерять сопротивление измерителем имитанса я мог только на нескольких частотах, а Excel по полученным четырем точкам плавные графики строит очень криво. Поэтому в диапазоне частот от 10 кГц до 100 кГц экспериментальный график сильно не совпадает с теоретическим. Это как своими руками сделать аудио колонку не ошибка, это невозможность построить для экспериментальных измерений вот такой же плавный график с «пузом». Чтобы сравнивать правильно, надо смотреть на то, как ложатся на теоретическую кривую экспериментальные точки.

Скин-эффект в кабеле

Рис. 1.2.

 

И тут мы видим некоторое несовпадение практики с теорией. Как же так?

На самом деле, теория и практика совпадают точь-в-точь в двух случаях:

  1. Если в теории абсолютно точно учтены абсолютно все факторы, существующие на практике.
  2. Если это мошенничество.

Какие факторы я не учел в теории?

1. Эффект близости. Токи в соседних проводниках влияют друг на друга и этот эффект аналогичен скин-эффекту – сопротивление на ВЧ из-за него растет, т.к. ток во внешней стороне провода меньше, чем во внутренней. Этот эффект выражен слабее, чем «чистый» скин-эффект, но совместное их влияние дает рост сопротивления на 5...10% больше, чем от одного только скин-эффекта. Так что значительная часть разницы теория-практика может быть объяснена им. В пользу этого говорит и тот факт, при сравнении двух одножильных кабелей оказалось, что у кабеля NYM, у которого толщина изоляции, а значит и расстояние между проводами больше, чем у ВВГп, сопротивление растет меньше из-за менее выраженного эффекта близости.

2. Я делал расчеты для кабеля из чистой меди с удельной проводимостью 57•10^6 Сименс/метр. Во всех справочниках указывают не одно-единственное число в качестве удельной проводимости, а диапазон, так что и тут уже заложен разброс.

3. В реальности медь не такая чистая, а у медного сплава с меньшей проводимостью скин-эффект выражен меньше. Этот фактор влияет в обратную сторону.

4. Я делал расчеты для кабеля точного сечения. В реальности сечение не всегда выдерживается: по крайней мере электрические кабели иногда делают «экономно» и кабель с заявленным сечением 2,5 мм2 реально может иметь сечение процентов на 20 меньше (чтобы покупателю прорекламировать «точно такой же, как и у конкурентов, но дешевле»).

5. В теории не учитывались некоторые «тонкие» влияния, про них я расскажу в конце.

6. Да и про погрешность приборов не стоит забывать.

Итак, совпадение практики с теорией можно считать хорошим (а как иначе? за сто лет своего существования теория проверена огромное число раз). И очень приятно, что мои предположения оправдались: в многожильном проводе скин-эффект выражен меньше.

Идем дальше и наконец-то измеряем аудиокабель – он у нас главный подозреваемый во влиянии на звук. Я взял недорогой «обычный» аудиокабель (рис. 1.3) и измерил скин-эффект в нем. Результаты на рис. 1.4.

Рис. 1.3.

 

Скин-эффект в кабелях

Рис. 1.4.

Опачки! А у него-то скин-эффект выражен меньше! Я это объясняю тем, что в отличие от электрического, аудиокабель состоит из гораздо большего числа жил да еще «хитрого плетения», дающих «эффект литцендрата» (см. статью Скин-эффект в аудио кабеле), рис. 1.5.

Рис. 1.5.

Так что есть повод для оптимизма. Но как бы так сделать, чтобы этот противный скин-эффект ослабить еще сильнее?

 

2. Как уменьшить скин-эффект?

Для этого есть несколько способов. Я возьму несколько кабелей, реализующих эти способы, а потом их все хором измерю. Заранее предупреждаю: способы, необъяснимые научно, вроде обматывания кабеля туалетной бумагой, пробовать не буду!

 

2.1. Плоский кабель

Если сделать кабель в сечении не круглым, а плоским (рис. 2.1), то это должно помочь.

Плоский аудиокабель

Рис. 2.1.

Тут срабатывают сразу два механизма:

1. В одном из сечений кабель тонкий, и скин-эффект в этом сечении практически не проявляется.

2. У плоского кабеля больше поверхность, а скин-ток течет именно по поверхности, так что для тока появляется большее сечение меди.

Правда и недостатков столько же:

1. В другом сечении кабель толстый, и тут уж скин-эффекту есть где разгуляться. Хотя в сплошном плоском проводнике скин-эффект реально уменьшается: «тоньшина» уменьшает скин-эффект сильнее, чем его увеличивает толщина.

2. Если кабель одножильный, то он имеет сплошную поверхность по которой и распределяется ток. В многожильном кабеле да еще «рыхлом» (с несильно сжатыми жилами), сопротивление между отдельными жилами может оказаться довольно большим, и ток «не сможет выбраться на поверхность». Тогда помощи от большой поверхности будет немного.

Так что посмотрим, кто победит: достоинства или недостатки. Вот, что написано на моем кабеле, рис. 2.2.

Рис. 2.2.

 

2.2 Алюминиевый кабель

Продавец, когда я назвал кабель алюминиевым, обиделся и гордо меня поправил: «Из омедненного алюминия». Но хрен редьки не слаще. Основной материал кабеля все же алюминий. Но покрытый тонким слоем меди, чтобы его можно было паять. Этот медный слой слишком тонкий, чтобы как-то влиять на сопротивление кабеля и уж тем более на скин-эффект, поскольку толщина меди чуть ли не в 100 раз меньше толщины скин-слоя. На внешний вид кабель не отличается от медного (хотя честные производители честно пишут на нем: Al), но на срезе он белый, тогда как медный – красно-желтый. На рис. 2.3. слева медный кабель, справа алюминиевый (они разного сечения). Если с кабеля снять изоляцию, то он на вид неотличим от медного. На рис. 1.5 показан именно этот омедненный алюминиевый кабель.

Кабель омедненный алюминий

Рис. 2.3.

Идея такого кабеля – он легче и дешевле медного. Недостаток – он имеет большее сопротивление и выдерживает меньше изгибов (жилы ломаются намного легче, чем у меди). Меня в нем привлекло вот что: чем больше удельное сопротивление, тем меньше скин-эффект. С другой стороны, поскольку удельное сопротивление алюминия больше, чем у меди, то в алюминиевом кабеле можно ожидать большее затухание сигнала, что не есть хорошо. Вылечить это можно увеличением сечения, а увеличение сечения ведет к усилению скин-эффекта. Так что посмотрим, кто кого победит и что получится в результате. Пока что прикинем: удельное сопротивление алюминия примерно в 1,6 раз больше, чем у меди, поэтому алюминиевый кабель берем сечением не 2,5 мм2, а 4 мм2 – как раз в 1,6 раз больше.

У алюминиевого кабеля есть еще один большой недостаток: медь растворяется в расплавленном припое, поэтому если кабель долго облуживать, да еще перегретым паяльником (а как вы хотите – нагреть такую большую и теплопроводную железяку непросто), то медное покрытие может раствориться и вам останется алюминиевый провод, который фиг припаяешь. В результате получаем плохой контакт и повышенное сопротивление (которое может еще и обладать какими-нибудь полупроводниковыми свойствами). Так что я считаю, что нужно иметь очень вескую причину, чтобы использовать такой кабель.

 

2.3. Кабель специальной конфигурации

Тут идея такова. Раз ток течет только по наружной поверхности провода, а в центре не течет, то давайте медь из центра провода вынем и прибавим к поверхности. Получится что-то вроде медной проволочной трубы. Схематически конструкция такого кабеля показана на рис. 2.4.

Рис. 2.4.

Центром кабеля является тонкий (диаметром 1мм) полиэтиленовый стержень. Поверх него расположены тонкие медные проводники, сплетенные обычным образом. А снаружи – изоляция. В моем кабеле, он называется «AudioMonster», между медью и наружной изоляцией расположен тонкий слой дополнительной полиэтиленовой изоляции. Вид кабеля в разрезе показан на рис. 2.5. Центральная темная область – это полиэтиленовый стержень. Поскольку он со всех сторон закрыт непрозрачной медью, свет в него не попадает, и он кажется черным. На самом деле он «полиэтиленового» цвета – прозрачный беловатый.

Специальный аудиокабель

Рис. 2.5.

Надпись на кабеле подтверждает, что он монстр (рис. 2.6.), причем центральный пластиковый стержень назван «труба для магнитного потока», а сам кабель «с правильным временем»:

Рис. 2.6.

На первый взгляд уменьшение скин-эффекта должно быть заметным, но не очень большим: центральный стержень в миллиметр – это маловато на звуковых частотах.

 

2.4. Составной кабель

Еще способ уменьшить скин-эффект – объединить несколько тонких проводов, в которых этот эффект почти не наблюдается (рис. 2.7). Я их разместил так, чтобы прямые провода проходили над обратными (прямой провод красного цвета, обратный синего). Для чего это сделано именно так, я скажу позже. Реализация идеи такова: я взял 4 дешевых аудиокабеля сечением 0,75 мм2 и соединил их параллельно (красные вместе, синие вместе), рис. 2.8. Итого получился кабель сечением 3 мм2. Не очень красивый, но при желании его можно облагородить. Зато в каждом из проводов сечением 0,75 мм2 скин-эффекта практически нет. Некоторое взаимное влияние (эффект близости) все же будет увеличивать активное сопротивление кабеля на ВЧ, но я ожидаю, что немного. Т.е. должно получиться весьма неплохо.

Рис. 2.7.

Рис. 2.8.

 

2.5. «Слегка литцендрат» (ПВС 4х1,5 мм2)

Это упрощенный вариант предыдущего кабеля. Внешне он выглядит аккуратнее – 4 жилы в общей изоляции (рис. 2.9). Жилы соединяются попарно, рис. 2.10. Хорошо бы объединить не соседние, а противоположные жилы. Я ожидаю не такого сильного уменьшения скин-эффекта, как в предыдущем случае (т.к. провода большего сечения, значит сильнее этому делу подвержены). Кроме того, электрический кабель в самом первом эксперименте показал себя хуже аудиокабеля, так что от кабеля ПВС можно ожидать того же. Зато не надо возиться, скручивая четыре тонких кабеля.

Рис. 2.9.

Рис. 2.10.

 

2.6. UTP-кабель

Тут тоже все просто, но тоже надо повозиться. Фактически сетевой компьютерный кабель – это тот же литцендрат. Только уж очень маленькое у него сечение. Поэтому я взял 4 патч-корда (их проводники выполнены из гибкого многожильного провода, что облегчает сгибание-разгибание при пользовании кабелем) и соединил их параллельно. Причем из каждой витой пары один проводник включил в прямой провод, а другой – в обратный, рис. 2.11 и 2.12. Т.е. цветные проводники вместе, «полосатые» вместе. Причину этого также открою позже (я изначально задумал еще кое-что!). Получился такой веселенький кабель, правда немного монструазный. Зато от него можно ожидать практически полного отсутствия скин-эффекта: много тоненьких изолированных проводов, скрученных между собой.

Кабель из компьютерного

Рис. 2.11.

Аудиокабель из UTP

Рис. 2.12.

 

2.7. Nordost

Ну, это классика жанра. Я выбрал два кабеля о которых имеется нужная мне информация, это Nordost Tyr 2 (рис. 2.13) и Nordost Valhalla Bi-Wire (рис. 2.14). Я конечно понимаю, что замахнулся на самое святое – кабели по 00…10000 за метр надо не измерять, а обожать. Но я и не измеряю – я их не покупал. Могу использовать только технические данные, опубликованные производителем. Ну и свои выводы из их конструкции. Конструкция – «плоский литцендрат». Много тонких изолированных друг от друга проводников. Скин-эффект по идее должен быть несколько больше, чем у такого же кабеля, но скрученного («правильного» литцендрата), но все равно очень маленький. К сожалению, это все только умозрительно, но в дальнейшем состязании эти кабели участвуют.

Nordost

Рис. 2.13.

Нордост

Рис. 2.14.

 

2.8. Сравнение кабелей по величине скин-эффекта

Ну что, взял кабели, измерил их сопротивления на разных частотах и получил результат, рис. 2.15. Поскольку «исходное» сопротивление всех кабелей немного разное (я про это расскажу в свое время), то на графике показано относительное увеличение сопротивления с ростом частоты.

Скин-эффект в аудиокабелях

Рис. 2.15.

 

Выводы

1. У всех этих кабелей скин-эффект получился меньше, чем у одножильного медного провода (т.е. меньше, чем теоретический). Повторяю, это не потому, что теория не верна, а потому что я использовал формулы для одножильного кабеля. А в этих кабелях стремился снизить скин-эффект. Это удалось.

2. Кабель ПВС показал наихудшие результаты, что довольно предсказуемо – в электрическом кабеле сравнительно толстые жилы плотно прижаты друг к другу и практически эквивалентны одножильному проводу. Так что скин-эффект в кабеле ПВС соответствует одножильному проводу сечением 1,5 мм2. Хотя, по сравнению с «просто проводом», он лучше

3. В кабеле из компьютерных UTP скин-эффект практически отсутствует до частоты 100 кГц. Литцендрат, однако.

4. У алюминиевого провода даже более высокого сечения скин-эффект выражен слабо – помогает более высокое удельное сопротивление и рыхлое плетение. Забегая вперед, скажу, что это не причина для его рекламы.

5. Плоскотность кабеля не очень-то и помогает, а цена выше. Хотя и выглядит он более респектабельно.

6. АудиоМонстр показал результаты лучше, чем я предполагал. Действительно, скин-эффект здорово ослаблен.

7. Сборный кабель из четырех по 0,75 мм2 оказался на втором месте по нечувствительности к скин-эффекту, чуть-чуть обогнав «Монстра». Хотя намного дешевле.

 

3. Затухание сигнала в кабеле

Вот мы и подошли к на самом деле самому главному. На что влияет скин-эффект? На высоких частотах сопротивление кабеля растет, значит, он вносит большее затухание. И высокие частоты ослабляются. И в упомянутой вначале статье я привел график ослабления сигнала на ВЧ из-за скин-эффекта. Давайте проверим теорию практикой.

Для этого я собрал схему, рис. 3.1. Сразу хочу предупредить: это условная схема, показывающая лишь принцип измерения. В реальности существует дисциплина, преподаваемая в ВУЗах, под названием «Электрические измерения». Используя ее, можно создать реальную схему, обеспечивающую заданную высокую точность измерений. Я так и поступил. Здесь схему не привожу за ненадобностью – принцип понятнее из этой, т.к. его не заслоняет множество мелких деталей, призванных повысить точность. Кто умеет измерять, схему придумает сам. Кто измерять не умеет, пусть и не беспокоится.

Измерение затухания

Рис. 3.1.

Итак, я измерил АЧХ затухания в реальном «обычном» аудиокабеле и построил его на одном графике с затуханием, вызванным скин-эффектом (из статьи). Для большей наглядности (чтобы избежать разных значений абсолютного затухания из-за разницы активных сопротивлений разных кабелей) на рис. 3.2 я построил график относительного затухания – увеличение затухания сигнала в кабеле относительно затухания на частоте 100 Гц.

Затухание в кабеле

Рис. 3.2.

Что мы видим? На высоких частотах – затухание намного-намного превышает расчетное. И это в кабеле, в котором скин-эффект снижен! В чем причина?
А во всем виновата

 

4. Индуктивность кабеля

Зациклившись на борьбе со скин-эффектом, мы совсем забыли про его индуктивность. Хотя нет. Я-то про нее никогда не забывал, это аудиофилы сосредоточились только на одном – устроили из скин-эффекта пугало и пугают им народ. Что получается, если в теоретических расчетах затухания сигнала в кабеле учесть его индуктивность? Ответ на рис. 4.1. Серая линия – АЧХ напряжения на нагрузке когда влияет только лишь скин-эффект (если индуктивность кабеля равна нулю), черная линия – расчетная АЧХ напряжения на нагрузке, учитывающая влияние как скин-эффекта, так и индуктивности кабеля (емкость кабеля не учитывается). Красная – реальная АЧХ. Похоже?
Вспомните, что я говорил об абсолютном совпадении теории и практики?

Рис. 4.1.

Давайте измерим, как зависит от частоты импеданс (полное сопротивление) кабеля, объединяющее как активное, так и индуктивное сопротивление (сплошные линии на рис. 4.2). И сравним его с величиной активного сопротивления, вызванного скин-эффектом (пунктирные линии на рис. 4.2).

АЧХ сопротивления кабеля

Рис. 4.2.

Какие выводы можно сделать? Один-единственный: затухание сигнала в кабеле большей частью вызвано именно его индуктивностью, на ее фоне скин-эффект практически не заметен. Собственно, именно про это я и писал в статье про скин-эффект. Итак, наш главный враг оказывается индуктивность. А совсем даже не скин-эффект, про который можно напрочь забыть и никогда больше не вспоминать.

 

5. Как уменьшить индуктивность?

Для начала вспомним, откуда она берется.

Индуктивность – это когда магнитное поле, вызванное протекающим где-то током, взаимодействует с этим же самым током и влияет на его протекание. Если ток изменяется по величине, то и магнитное поле, создаваемое током, также изменяется (оно ведь пропорционально силе тока). Получается, что этот самый проводник, по которому протекает ток, вызвавший магнитное поле, оказывается внутри изменяющегося магнитного поля. А раз магнитное поле изменяется, то действует закон электромагнитной индукции и в проводе наводится напряжение (более правильно ЭДС – электродвижущая сила) – электромагнитной индукции ведь все равно, откуда взялось магнитное поле, ну и что, что его вызвал этот же самый проводник. Появившееся напряжение влияет на ток и изменяет его величину. Получается, что протекающий ток влияет сам на себя через свое же магнитное поле. Индуктивность оценивает степень этого влияния. Чем она больше – тем влияние проводника на самого себя сильнее. Чем сильнее магнитное поле, тем больше его влияние и больше индуктивность, рис. 5.1. Именно поэтому провод наматывается в катушки – так ток многократно (по множеству витков) проходит в одном и том же месте и в одном и том же направлении, и магнитные поля отдельных витков складываются при той же самой величине тока – индуктивность растет. Причем, если увеличить число витков катушки вдвое, то одновременно произойдет две вещи: и поле станет вдвое больше (суммируются поля всех витков), и воздействует оно на вдвое большее количество витков, значит, индуктивность увеличится в 2•2=4 раза. Поэтому в формулах индуктивности катушки число витков всегда в квадрате.

Рис.5.1.

Итак, вернемся к кабелю. В нем по одному проводу ток течет в одном направлении, а по другому – тот же самый ток течет в противоположном. И магнитные поля, создаваемые каждым из проводов, также противоположны по направлению и одинаковы по величине. А поскольку сами проводники находятся недалеко друг от друга, то их магнитные поля большей частью перекрываются (рис. 5.2).

Рис. 5.2.

Для проводов, в которых один и тот же ток течет в противоположных направлениях, получается вот что. Это очень упрощенно.

В зоне 1 магнитные поля складываются, и суммарное поле получается больше. Оно наводит ЭДС в обоих проводниках кабеля и повышает индуктивность. Чем эта зона меньше, тем индуктивность повышается меньше.

В зоне 2 – поля вычитаются, но не совсем, т.к. величина магнитного поля от разных проводников все же разная. Но поскольку проводники расположены близко друг к другу, то в этой зоне поля проводников еще более-менее одинаковы и их разность можно считать равной нулю. Т.е. поле из этой области исчезает и ЭДС и индуктивности «не создает».

В зоне 3 магнитное поле одного из проводов еще есть (хоть и слабое), а поле второго провода практически равно нулю (на самом деле магнитное поле бесконечно, но сильно убывает с увеличением расстояния). В этой зоне практически отсутствует взаимное влияние проводов, и появляется индуктивность каждого провода (правда маленькая, т.к. поле там уже слабое). Когда я говорю «в зоне», я имею ввиду влияние магнитного поля, находящегося в этой зоне, на ток в проводе.
Таким образом, индуктивность создается некомпенсированным магнитным полем. Чем ближе проводники, тем лучше перекрываются и компенсируются их магнитные поля и тем меньше индуктивность. В идеальном идеале, когда бесконечно тонкие провода находятся бесконечно близко друг к другу, то поля их абсолютно вычитаются, и индуктивность равна нулю. Поэтому если реальные проводники скрутить, то поля максимально перекроются и индуктивность сильнее упадет, чем просто в параллельных проводах – вот идея витой пары. Только важно, чтобы через проводники протекал одинаковый ток в противоположных направлениях.

В кабелях «обычной» конструкции – в «обычном» аудиокабеле, алюминиевом, АудиоМонстре никаких мер по уменьшению индуктивности не применено. Поэтому их индуктивность определяется в основном их геометрией. А вот кабели, имеющие некоторые особенности конструкции рассмотреть надо.

 

5.1. Плоский кабель

Известно, что параллельное включение катушек уменьшает их суммарную индуктивность: две одинаковые катушки – вдвое, три – втрое. Не происходит ли такого и с проводами? Происходит. Но на самом деле только тогда, когда нет магнитной связи между катушками или проводами. Если же такая связь есть, то есть магнитное поле одного провода взаимодействует с другим проводом, то общая индуктивность рассчитывается с учетом влияния этой магнитной связи. И получается, что индуктивность двух проводов, идущих рядом друг с другом уменьшается не в 2 раза, а в 1,5. Или в 1,3 раза. Или в 1,05 раз. Все зависит от их взаимной индуктивности, т.е. главным образом от степени близости и взаимного перекрытия магнитных полей. Принцип аналогичен показанному на рис. 5.2, только направление одного из токов и созданного им магнитного поля надо изменить на противоположное. На рис. 5.3 показаны результаты измерения сначала индуктивности одиночного провода в «обычном» аудиокабеле, а потом оба провода кабеля были соединены параллельно и вновь измерена индуктивность уже пары проводов. Что получилось? Вместо снижения индуктивности вдвое, она уменьшилась чуть меньше, чем на 20%. Все из-за того, что провода идут рядом, их магнитные поля перекрываются и влияют друг на друга.

Параллельные кабели

Рис. 5.3.

К чему это я? А к тому, что плоский провод можно условно представить в виде нескольких круглых (т.е. обыкновенных) проводов, идущих друг рядом с другом. Поэтому индуктивность плоского провода получается хотя и меньше, чем обыкновенного круглого, но не намного. Когда токи в проводах текут в одном направлении, то суммарная индуктивность тем меньше, чем больший объем занимает магнитное поле всех проводников. Индуктивность проводов на рис. 5.1 будет заметно меньше, чем проводов на рис. 5.2. Только не забывайте, что я имею ввиду случай, когда токи текут в одном направлении!

Теперь оценим индуктивность всего кабеля в целом. В этом случае токи в проводниках текут в противоположном направлении и рисунки 5.1 и 5.2 работают один к одному. И в этом случае получается все наоборот: чем ближе проводники, тем меньше их общая индуктивность, т.к. в этом случае их магнитные поля вычитаются. Когда токи в проводах текут в разных направлениях, то суммарная индуктивность тем меньше, чем меньший объем занимает магнитное поле всех проводников. А плоский кабель всегда широкий, и его края находятся далеко друг от друга. Так что поля, создаваемые токами, протекающими по краям кабеля будут компенсироваться слабо.
Вывод. От «уплащивания» кабеля индуктивность сильно не уменьшится. А если с его «плоскотой» переборщить, то даже может возрасти.

 

5.2. Составной кабель (4 шт. по 0,75мм2)

Вот тут можно ожидать заметного снижения индуктивности. Потому что:

а) тонкие жилы находятся ближе друг к другу и создаваемые ими магнитные поля лучше компенсируются;

б) я специально их сложил так, чтобы прямой провод лежал сверху обратного (рис. 2.7) – тогда компенсируются поля не только каждого из кабелей, но один кабель влияет на другой и уменьшает его магнитное поле и индуктивность. Это влияние тем сильнее, чем ближе кабели друг к другу и чем точнее они друг на друге лежат.

 

5.3. ПВС

Здесь тоже можно ожидать заметного снижения индуктивности. Потому что этот кабель по конструкции напоминает составной. Только жил меньше. Зато есть еще один плюс – провода в кабеле немного скручены, а это способствует уменьшению магнитного поля.

 

5.4. UTP

По идее этот кабель должен быть супер-пупер по индуктивности: у него очень тонкие жилы, скрученные между собой. Витая пара. Расстояние между ними мизерное и их поля отлично компенсируются. А если учесть, что в кабеле задействованы все четыре пары жил, то те остаточные магнитные поля, которые остаются «недодавленными» в одной паре, успешно компенсируются соседними парами у кабеля в целом. Только один важный момент: надо правильно соединять провода. Прямые (цветные) все вместе дают один провод, а белые – другой, рис. 2.11.

 

5.5. Nordost

Я конечно понимаю, что замахиваюсь на святое... Но тут дело в принципе: если вы считаете, что в волшебных дорогих кабелях все получается само-собой, поскольку они дорогие и волшебные, то измерение индуктивности их звучания не испортит. А если вы уверены, что на прохождение по кабелю электрического тока влияют электрические свойства кабеля, то вам сюда.

А этот дорогущий кабель на самом деле подкачал. Его конструкция такова: много параллельных проводов идут вместе в одну сторону, и также много проводов идут вместе в другую. Т.е. получается два далеких друг от друга плоских кабеля. С одной стороны, поле каждого из «суммарных» проводов «размазывается» в пространстве, уменьшая индуктивность отдельного провода. С другой стороны, поля этих проводов перекрываются слабо, значит, не очень-то и компенсируются. Что получится в итоге и кто из этих влияний победит? Посмотрим. На самом деле гораздо лучше было бы сделать чередование проводов как в шлейфе от компьютерного IDE жесткого диска: первый провод прямой, второй обратный, третий прямой, четвертый обратный. Но такой кабель очень неудобно собирать в два контактных конца, наверное поэтому так и не сделали. Выглядело бы очень некрасиво и громоздко, а кабель покупают в том числе (главным образом?) на вид. Да и вообще, производитель и не заявлял, что борется с индуктивностью кабеля. Он подавлял скин-эффект в угоду сильно боящимся его аудиофилам. Ну и совершенствовал изоляцию... К счастью, индуктивность кабеля указана производителем (мною она взята с сайтов продавцов кабеля).

 

5.6. Сравнение индуктивности кабелей

Измеренная индуктивность кабелей (для НордОстов – по данным из интернета) показана на рис. 5.4. Это погонная индуктивность – в пересчете на один метр кабеля.

Индуктивность кабелей

Рис. 5.4.

Выводы.

1. Мои предположения относительно влияния конструкции кабеля на его индуктивность подтвердились.

2. Алюминиевый кабель имеет несколько меньшую индуктивность ИМХО из-за того, что он больше по сечению – поля более «размазаны» в пространстве и неплохо перекрываются, т.к. проводники расположены довольно близко друг к другу.

3. Дорогие кабели в этом плане ничуть не лучше недорогих. Это и понятно – увлекшись борьбой со скин-эффектом, о снижение в них индуктивности никто не заботился.

Давайте посмотрим, как влияет индуктивность кабеля на затухание в нем сигнала. Поскольку кабели разные, а Нордоста у меня нет вообще, то я, во-первых, вычислю затухание теоретически (вы видели на рис. 4.1, что от реальности это отличается несильно, причем на самом деле я измерял затухание в нескольких кабелях и в них тоже результат хорошо совпал с теоретическим). Во-вторых, я использую при расчете следующие параметры: длина кабеля 10 метров (кабель Нордост пересчитан на длину 10 метров), сопротивление нагрузки 4 ома. Нагрузка чисто активная, а выходное сопротивление усилителя равно нулю. Результат показан на рис. 5.5 и 5.6 (более растянуто). Напоминаю, что в графиках на рис. 5.5 и 5.6. скин-эффект учитывается!

Затухание в кабелях

Рис. 5.5.

Затухание в кабелях

Рис. 5.6.

Что можно сказать?.. Настораживает высокая индуктивность кабеля Nordost Valhalla Bi-Wire. С одной стороны, возможно это ошибка в описании. С другой – очень похоже, что это так и есть. Посмотрите на конструкцию кабеля. Там идет по две пары проводов, поэтому прямой и обратный провода находятся далеко друг от друга и их магнитные поля перекрываются слабо. В этом случае (если поля вообще не перекрываются) общая индуктивность кабеля равна сумме индуктивностей его отдельных проводов. Может отсюда и пошли разговоры о том, что разные кабели звучат по-разному? Сравните затухание в двух НордОстах – два разных кабеля! С другой стороны, длина кабеля небольшая – в первоисточнике 3 метра. Значит и затухание в нем будет заметно меньше.

Так что если вам не повезло и вы стали обладателем кабеля Nordost Valhalla Bi-Wire, то лучше всего его включать, как показано на рис. 5.7. При этом внутренняя пара проводников в наибольшей степени компенсируется в плане индуктивности. Поэтому к ней и подключаем ВЧ динамик. А индуктивность внешней пары проводников получается очень большая, но для НЧ/СЧ динамика это несущественно (надеюсь, вы догадались, что имеется ввиду плоский проводник соответствующего цвета и расположения? просто дополнительно рисовать не хотелось).

Подключение Nordost

Рис. 5.7.

Продолжаем наш разговор. Теперь я перестрою рисунок 5.5, но немного по-другому. Это снова будет АЧХ вносимого кабелем относительного затухания, но в легенде графика указана стоимость 10 метров кабеля (для Нордоста – цена за кабели длинной 1 метр и 3 метра), рис. 5.8.

Рис. 5.8.

Как видно, наибольшее затухание и, следовательно, завал на ВЧ у кабеля стоимостью полмиллиона рублей. А метровый кабель стоимостью 163000 рублей затерялся на фоне плебейских кабелей, стоимостью меньше 1000 рублей за 10 метров кабеля. Выводы делайте сами. Да, у Нордоста наверняка очень маленький скин-эффект, хотя на фоне индуктивного сопротивления он абсолютно незаметен, но ведь он же такой страшный...

А вот еще тот же график, повторенный теперь в очень интересном виде: на него нанесена примерная зона нечувствительности слуха к изменению амплитуды (рис. 5.9).

Звучание кабеля

Рис. 5.9.

Как видите, если исключить кабель за полмиллиона рублей, то все остальные кабели вполне укладываются в зону нечувствительности. Т.е. изменения АЧХ, вызванные этими кабелями, подавляющее большинство людей вообще не слышит. Но если честно, то полумиллионарублевый кабель выбрасывать не стОит – у него длинна всего три метра и затухание сигнала в нем будет меньше, чем я показал на графике, всего 0,4 дБ на частоте 20 кГц – как раз на границе зоны нечувствительности. Вот его-то в принципе кто-то может и расслышать!

На самом деле если даже такое маленькое затухание кто-то и сможет расслышать, то оно легко компенсируется регулятором тембра, поскольку физика процессов позволяет эту компенсацию абсолютно.
Но это еще не все. До этого момента я говорил только об относительном затухании. Потому что абсолютное затухание у разных кабелей разное, и в этом виновато

 

6. Реальное активное сопротивление кабеля

Казалось бы тут все просто: медный провод сечением 2,5 мм2 должен иметь вполне определенное значение сопротивления, которое вычисляется по известной еще со школы формуле. Допускаются некоторые различия из-за вариации удельного сопротивления меди и наличия в ней различных примесей. Однако разброс сопротивления кабеля намного превосходит эти допуски, рис. 6.1. Черной линией на рис. 6.1 показано теоретическое сопротивление 10 метров медного кабеля сечением 2,5 мм2. Напомню, что «составной» кабель и ПВС имеют сечение 3 мм2. И еще, при расчетах учитываем, что в одном метре кабеля используется два метра провода.

Активное сопротивление кабеля

Рис. 6.1.

Выходит, что сопротивление аудиокабелей на целых 35% выше положенного. И это нельзя объяснить естественным разбросом удельной проводимости меди. И вряд ли это из-за того, что используется медь чистотой не 99,999%, а «обычная» – примеси, содержащиеся в электротехнической меди, не так уж и снижают ее проводимость. Скорее речь идет о некоторой экономии меди при изготовлении кабеля. Хотя, если интересно мое личное мнение, то повышенное сопротивление кабеля – ерунда, не такое оно и большое.

Зато у кабеля за полмиллиона рублей сопротивление в 1,5 раза ниже. Правда, сечение Нордоста не заявлено, так что оно может быть и 4 мм2. Кроме того, неясно – это сопротивление одной пары проводов (т.е. каждая из двух пар имеет такое удельное сопротивление), или это сопротивление обоих проводов, включенных параллельно. С другой стороны, при такой цене – не все ли вам равно, какие там цифры?

Неприятно поразил алюминиевый кабель. Я же специально выбрал его сечение больше – оно у него 4 мм2, против 2,5 мм2 у медного. Именно для того, чтобы получилось одинаковое сопротивление. Но у него сопротивление оказалось в 1,5 раза выше, чем нужно. Почему – не знаю. Может мне не удалось хорошо спаять все его жилы? Или он изготовлен ну очень уж экономно? Или используемый алюминиевый сплав имеет более высокое удельное сопротивление? Я не стал разбираться, поскольку алюминиевый кабель упорно показывает наихудшие результаты в сравнении с медным. И я еще раз могу повторить: чтобы использовать такой кабель, нужно иметь очень веские причины. А лучше не использовать совсем.

У кабеля, изготовленного из четырех компьютерных сетевых кабелей UTP, сопротивление оказалось очень высоким. Это понятно – сечение меди в кабеле очень маленькое. Можно пустить в дело сразу семь кабелей UTP (7 штук кабелей хорошо складываются в одно целое), сопротивление уменьшится почти вдвое, и станет уже допустимым. Но как это все будет выглядеть?.. Вот уж наверняка это будет монстр.

Давайте теперь посмотрим на абсолютное значение затухания кабелей. Я измерил его не для всех кабелей, но принцип и так понятен – для оценки АЧХ вполне достаточно знать величину активного сопротивления и индуктивности кабеля. Измерения проводились по схеме рис. 3.1 и результаты показаны на рис. 6.2.

Реальное затухание в кабелях

Рис. 6.2.

Как видите, если не считать кабель UTP, у которого слишком маленькое сечение, затухание не очень большое. Хотя, по моему мнению, для нагрузки 4 Ома и такой длины кабеля сечение 2,5 мм2 – это уже предел. Можно уже подумывать и о кабеле большего сечения. А вот алюминиевый кабель даже сечением 4 мм2 имеет затухание 0,6...0,7 дБ и это ИМХО уже великовато. Но на нагрузке 8 Ом его затухание будет 0,3 дБ вполне допустимо, а уж о меди и беспокоиться не стОит – такого сечения вполне хватит.

И что еще хотелось бы отметить. На самом деле затухание в кабеле не только уменьшает мощность в нагрузке, но и ухудшает коэффициент демпфирования. В таблице приведена зависимость потерь мощности в кабеле и коэффициента демпфирования от величины затухания.

 

Затухание, дБ Потери мощности, % Кдемпфирования Sкабеля требуемое, мм2

Rн = 4 Ом

Rн = 8 Ом

Длина кабеля, м

Длина кабеля, м

3

5

10

3

5

10

0,05

1

173

6,2

10,3

20,6

3,1

5,1

10,3

0,1

2

86

3,1

5,1

10,3

1,5

2,6

5,1

0,2

5

43

1,5

2,5

5,1

0,8

1,3

2,5

0,3

7

28

1,0

1,7

3,4

0,5

0,8

1,7

0,4

9

21

0,8

1,3

2,5

0,4

0,6

1,3

0,5

11

17

0,6

1,0

2,0

0,3

0,5

1,0

0,7

15

12

0,4

0,7

1,4

0,2

0,4

0,7

1,0

21

8

0,3

0,5

1,0

0,1

0,2

0,5

1,5

29

5

0,2

0,3

0,6

0,1

0,2

0,3

 

Числа в таблице повторяются потому, что они округленные. Например, при сопротивлении нагрузки 8 ом и длине кабеля 5 метров при затухании 1 дБ требуется сечение 0,243 мм2, а при затухании 1,5 дБ требуется сечение 0,157 мм2. И там, и там округленные значения 0,2 мм2.

Коэффициент демпфирования – это максимально возможное значение при идеальном усилителе (с нулевым выходным сопротивлением). Т.е. это максимум, больше которого быть не может (если не используется усилитель с отрицательным выходным сопротивлением). Также в таблице приведено сечение кабеля, которое требуется для получения такого затухания в нагрузках 4 и 8 ом для длин кабеля 3, 5 и 10 метров. Числа даны с учетом измеренного мной повышенного сопротивления аудиокабелей (рис. 6.1).

Если честно, то пугаться уменьшения коэффициента демпфирования не надо. В ламповых усилителях он очень низкий, тем не менее, все кому не лень расхваливают ламповые усилители за хороший звук. Примерной границей можно назвать число 10 – если значение коэффициента демпфирования ниже десяти, то уже есть шанс услышать его влияние на слух, как изменение АЧХ колонки. Кстати, любимый некоторыми ИТУН имеет Кд порядка 0,02...0,2. И ничуть не страшно!

Только вот за разговорами о скин-эффекте, сопротивлении и индуктивности, мы забыли про

 

7. Емкость кабеля

На самом деле емкость кабеля обычно обратно пропорциональна индуктивности. Это получается потому, что для снижения индуктивности прямой и обратный провода сближают, а это увеличивает их взаимную емкость. Посмотрите, самая большая емкость получилась у практически безиндуктивного кабеля из компьютерных кабелей UTP, рис. 7.1.

Емкость кабеля

Рис. 7.1.

Кабель ПВС и кабель, составленный из четырех тонких по 0,75мм2 также имеют повышенную емкость – здесь налицо параллельное подключение проводников, а при параллельном включении емкости суммируются (а у кабеля из UTP таких параллельных проводников получается 4х4=16 пар!).

Но прежде чем пугаться, давайте подумаем, чего можно ждать плохого от такой емкости? Упрощенно кабель можно представить схемой, показанной на рис. 7.2. Такая электрическая модель дает результаты не лучше, чем получаются в реальности (т.е. реальность не приукрашивает). В ней вся индуктивность, емкость и активное сопротивление кабеля сосредоточены в соответствующих элементах.

Схема замещения кабеля

Рис. 7.2.

 

Давайте оценим влияние емкости на сигнал. В схеме на рис. 7.2 коэффициент передачи вычисляется так:

Затухание в кабеле формула

Если рассматривать упрощенно, то конденсатор будет влиять на работу цепи, если реактивное сопротивление конденсатора будет соизмеримо:

  • с сопротивлением нагрузки;
  • с реактивным сопротивлением катушки;
  • с активным сопротивлением кабеля плюс выходное сопротивление усилителя.

Для моего кабеля с самой большой емкостью (UTP) длиной 10 метров емкостное сопротивление на частоте 20 кГц составляет примерно 1,2 килоом. Это более чем на два порядка больше, чем сопротивление нагрузки – самое большое из присутствующих сопротивлений. Можно рассчитать эту цепь, можно промоделировать, но результат будет один: даже если емкость кабеля увеличить в 10 раз от самой большой ее величины из тех, что я измерил, то все равно эта емкость не будет заметно влиять на затухание сигнала в кабеле.

Правда, это все так прекрасно только для акустических кабелей. У сигнальных все может быть намного хуже: и емкость может быть выше, и, самое главное, выходное сопротивление усилителя тоже может быть высоким. Так что использовав 10 метров кабеля UTP (имеется ввиду мои четыре кабеля, включенные параллельно) в качестве межблочника, можете получить затухание на частоте 20 кГц более чем в два раза!

У кабеля высокой емкости есть еще одна беда: он нагружает емкостной нагрузкой выход усилителя. И если усилитель такую нагрузку не переваривает (а емкость кабеля суммируется с емкостью фильтров акустической системы), то может возбуждаться. Особенно к этому склонны «экзотические» схемы и даже усилители без ООС – у них выходное сопротивление имеет индуктивный характер. Хотя на самом деле емкость все же мала, и вероятность того, что усилитель ее не перенесет невелика. Исключение составляет ИТУН – у него выходное сопротивление очень большое, и влияние емкости кабеля надо обязательно учитывать: емкостное сопротивление кабеля на частоте 20 кГц должно быть более чем в 5 раз выше выходного сопротивления ИТУНа.

Так что результаты оказались не очень нужными, вывод простой: емкость кабеля обычно весьма мала, и ни на что реально не влияет.

 

8. Можно ли применять электрокабели для подключения колонок?

Ни в коем случае!!!

От этого Великий Аудиофильский Дух ужасно обидится, и хорошего звука вам не получить никогда!

Лично я вырос в семье потомственного шамана, и мне Великий Аудиофильский Дух никак повредить не может. Поэтому я успешно использую электропровода для подключения колонок. А именно: кабель ПВС, но не потому, что в нем меньше индуктивность (у меня длина кабеля 5 метров и затухание в нем меньше, да еще и более высокоомная нагрузка), а потому, что в нем идет четыре провода, а у меня на самых главных фронтальных колонках биампинг. Я встречал обалденный четырехпроводной импортный аудиокабель, подходящего сечения и с очень тонкими жилами, составляющими его проводники. Такой кабель был очень мягким и гибким. Но одна беда – он был очень дорогим для меня на тот момент, 15$ метр, а мне надо 2 куска по 5 метров. Так что я поставил более жесткий ПВС и вполне доволен. А после того, как я нарисовал на нем золотым маркером стрелочки правильного направления включения, он зазвучал особенно проникновенно (рис. 8.1)!

Подключение колонки кабелем

Рис. 8.1.

На самом деле и тыловые колонки у меня подключены с использованием электрического кабеля сечением 4 мм2, проходящим под полом от одной стены к другой. А в стенах установлены аудиорозетки. Я к этим розеткам подключаю аудиокабелем к одной стене усилитель, а к другой колонки и в результате через квартиру никакие провода не тянутся.

Хорошо известно, что если взять перфокарту, написать на ней закон Ома и положить ее под колонку, то Великий Аудиофильский Дух не сможет вам испортить звук, и для подключения колонок вполне можно будет использовать электрические кабели. Только надо проверить насколько их электрические параметры соответствуют этому делу. На первый взгляд все должно быть абсолютно аналогично аудиокабелям, за исключением того, что у электрических кабелей более выражен скин-эффект. Но поскольку этот эффект влияет во много раз меньше, чем индуктивность кабеля, то на него можно спокойно плюнуть.

Прежде чем рассматривать электрические свойства электрокабелей, надо сказать про их механические свойства. Которое одно, но важное: эти кабели гораздо более жесткие. Одножильные – оно понятно. Но и многожильные по сравнению с аудиокабелями содержат в проводнике небольшое количество относительно толстых жил. Так выходит дешевле, а для тех условий, в которых эксплуатируются эти кабели, их свойств вполне хватает. Хотя, однажды в самом начале 2000-х годов я заказал по интернету крутой аудиофильский кабель. Он действительно был оформлен по аудиофильски. Полиэтиленовая изоляция, все дела... Только вот он был очень-преочень жесткий (он содержал всего 7 толстых жил), так что когда он был подключен к колонке, показанной на рис. 8.1, то чуть не вырвал из нее разъем – никак не мог согнуться. Пришлось кабель подарить, а вместо него появился ПВС.

Остальные, еще пока «неизвестные» нам кабели показаны на рис. 8.2.

Электрокабели

Рис. 8.2.

Электрические параметры электрокабелей сечением 2,5 мм2 показаны на рис. 8.3 (в кабелях ПВС проводники соединены попарно параллельно). Для сравнения вместе с ними показаны параметры аудиокабеля AudioMonster. Как видно, параметры кабелей стоимостью 30 рублей за метр лишь ненамного хуже параметров кабеля по 200 рублей за метр. Причем вся эта разница намного ниже порога слышимости.

Параметры кабелей

Рис. 8.3.

Только емкость у электрокабелей оказалась вдвое выше, чем у аудио. Ну это понятно – там важна высокая электрическая прочность, поэтому другая изоляция. И сами проводники в электрическом кабеле находятся гораздо ближе друг к другу, а это повышает емкость. И еще один важный момент: электрические кабели иногда изготовляют «экономно», из-за этого они имеют несколько повышенное сопротивление. Причем все сильно зависит от производителя.

Вывод. Если вы не верите в проклятия, которые на вас может наслать Великий Аудиофильский Дух, то вполне можно использовать и электрические кабели. На слух совершенно никакой разницы – проверял двойным слепым тестом (в зрячем тесте все хорошо слышат разницу, когда видят, что играет).

 

9. Некоторые нюансы кабелей

Сначала я даже сомневался – нужно ли писать этот раздел? Не получится ли так, что я своими руками создам новые аудиофильские мифы и страшилки? Надеюсь, что нет.

Все, что здесь написано, на самом деле влияет очень-очень слабо, во втором-третьем-четвертом знаке после запятой. И никак не влияет на работу кабеля при реальном звуковоспроизведении. И на слух вообще неслышно (конечно все что угодно можно довести до абсурда). Но все же эти эффекты есть, и сказать о них надо, чтобы никто не сделал из этого очередное пугало. Во-первых, для того, чтобы быть добросовестным, во-вторых – захотелось проверить некоторые рекомендации по улучшению кабеля, которые встречаются в интернете. И в третьих, чтобы об этом знали и не пугались.

 

9.1. Нагрев кабеля

Медь имеет довольно высокий температурный коэффициент сопротивления (ТКС) – примерно 0,4% на градус. Так что точное сопротивление, измеренное цифровым омметром при температурах 20 и 30 градусов получится разное. Например 0,14 Ом и 0,146 Ом. Для звука это вообще разница ноль, но пугать чайников можно. Интересное явление я наблюдал при измерениях. Для измерения сопротивления кабеля на постоянном токе я пропускал через кабель ток 3 ампера и измерял падение напряжения. Цифровой вольтметр имел точность 4,5 разряда, и на нем было видно, как спустя пару секунд после включения падение напряжения на кабеле начинало расти. Чуть-чуть, в последнем знаке. Например при включении было 0,5629 вольт, а потом выросло до 0,5632 вольт. Причина проста: кабель нагревался проходящим током и его сопротивление росло. На самом деле это же происходит и при звуковоспроизведении. Только надо помнить, что нагрев кабеля пропорционален действующему значению тока, а не максимальному. Поэтому в реальном звуке мощность в 100 Вт, проходящая по кабелю сечением 2,5 мм2 нагреет его настолько, что его сопротивление вырастет на 1%. То есть было 0,1 ом, а станет 0,101 ом. И затухание (на нагрузке 4 ома) тоже вырастет просто жутко: с 0,214 дБ до 0,216 дБ! На нагрузке большего сопротивления изменение будет меньше. Вот такой эффект существует, но его можно просто забыть.

 

9.2. Бухта кабеля

Кабель, сложенный бухтой, имеет немного другую индуктивность. Иногда больше, иногда – меньше. На самом деле это все довольно случайно, но в моих измерениях индуктивность всегда увеличивалась. Причина проста. Точнее, их две. Первая: магнитное поле проводников кабеля взаимно компенсируется лишь отчасти. Для некомпенсированной части поля кабель не что иное, как провод с током. И сматывая его в бухту, мы тем самым сворачиваем наш провод в катушку. Индуктивность растет. Причина номер два: множество проводников различных витков кабеля оказываются рядом и их магнитные поля перекрываются. И там как повезет – какие-то сложатся, а какие-то и вычтутся. Если говорить честно, то даже неровное положение кабеля – все эти его петли и изгибы – индуктивность увеличивает. Поэтому я при измерениях кабель растягивал по всей квартире. Но изгибы были, и индуктивность в разных измерениях немного не совпадала. Индуктивность – главный враг кабеля, поэтому к ее изменениям надо отнестись внимательнее. Результаты измерений показаны на рис. 9.1. Там я кабель растягивал по квартире по возможности прямолинейно и сматывал в бухту и измерял индуктивность. Изменения на самом деле мизерные, да еще если вспомнить, что и сама индуктивность влияет не очень сильно, то реально заметных изменений в АЧХ сигнала на нагрузке при сматывании кабеля вы не заметите: это будут доли децибела и мне лень их считать – и так все понятно.

Бухта кабеля

Рис. 9.1.

Влияние сложенности кабеля бухтой можно увидеть в моих измерениях. Сравните величины затухания теоретически вычисленный на рис. 5.6 и измеренный экспериментально на рис. 6.2. Реальное затухание чуть больше. Свою роль в это сыграл тот факт, что индуктивность и другие параметры кабеля я измерял в растянутом кабеле, а затухание – в бухте кабеля (так мне было удобнее). В бухте больше индуктивность и больше затухание на ВЧ.

Интересно, что «рыхлая» бухта имела заметно бОльшую индуктивность, а после стягивания ее изолентой, индуктивность уменьшалась до значений, показанных на рисунке 9.1. Скорее всего это происходило потому, что при «уплотнении» бухты, проводники ложились ближе друг к другу и их магнитные поля сильнее перекрывались и вычитались. И еще одно наблюдение: если я клал бухту кабеля на стол, на котором лежали плоскогубцы и большие бокорезы (прямо на инструменты), то индуктивность бухты увеличивалась, причем это увеличение индуктивности было сильнее, чем от сматывания кабеля в бухту. Действительно, у меня ведь получалась катушка с ферромагнитным сердечником!

 

9.3. Сложенный кабель

Если кабель не просто смотать в бухту, а сложить в плотную «упаковку» (рис. 9.2), то у него изменится не только индуктивность (интересно, что индуктивность меняется примерно так же, как и при сворачивании в бухту), но и возрастет скин-эффект. Т.е. рост активного сопротивления на высоких частотах будет сильнее, чем у прямого кабеля, рис. 9.3. Причина в общем-то понятна: на изгибах кабеля маленького радиуса проявляются те же эффекты «выдавливания» линий электрического тока на поверхность. В этом случае – на внешнюю поверхность изгиба. Это одна из причин, почему на очень высоких частотах никогда не сгибают провод резко (другая причина – банальный рост индуктивности, который влияет сильнее, чем скин-эффект).

Рис. 9.2.

Рис. 9.3.

Все бы это могло что-нибудь значить, если бы скин-эффект на что-нибудь заметно влиял. Но на звуковых частотах на это все можно спокойно наплевать и относиться к этому как к забавному курьезу – в аудиокабелях скин-эффект понижен, так что его повышение от складывания кабеля попросту вернет его к «теоретическому» значению.

 

9.4. Обматывание кабеля магнитной лентой

Часто можно слышать такой способ борьбы со скин-эффектом. На самом деле на скин-эффект это не влияет (уж на звуковых частотах точно). А вот на индуктивность кабеля по идее ферромагнитная обмотка сказаться должна – индуктивность должна упасть, т.к. все магнитное поле, создаваемое обоими проводниками, остается под обмоткой и лучше компенсируется. Ну что же. Обмотал «обычный» аудиокабель магнитной лентой из видеокассеты. Получился такой красивый кабель, рис. 9.4.

Обмотка кабеля

Рис. 9.4

Размагнитил кабель с обмоткой и измерил. Так и есть – скин-эффект не изменился, а индуктивность уменьшилась, рис. 9.5.

Обмотанный кабель

Рис. 9.5.

Уменьшилась, прямо со страшной силой – на один процент! Почему так мало? Трудно сказать. Возможно магнитный слой очень тонкий и сразу насыщается, хотя сигнал от измерительного прибора слабый. Либо у него недостаточно низкое магнитное сопротивление (из-за малой толщины) – он должен устраивать магнитному полю «короткое замыкание», а не получается. Вот если бы засунуть кабель в стальную трубу... Но к обматыванию это отношения не имеет.

Так что обматывание ничего не дало в плане электрических параметров, а я на него ухлопал полдня. Зато кабель теперь выглядит очень красиво – весь антрацитово-черный и блестящий!

 

9.5. Обматывание кабеля туалетной бумагой

Не пробовал, и не собираюсь!

 

10. Оргвыводы

Существует два принципиально разных подхода к работе аудиоаппаратуры. Вот они:

Подход №1. Исполнение музыки создает акустические колебания – звуковые волны. Они попадают в микрофон и превращаются в напряжение, формой совпадающее с формой исходной звуковой волны. Потом это напряжение усиливается, записывается на носители, считывается плеером, превращаясь снова в напряжение. Это напряжение хорошенько усиливается и подается на динамик. Движение диффузора динамика создает звуковую волну. Если на всех этих этапах не появится никаких искажений формы сигнала, то результирующая звуковая волна будет точь-в-точь такая же, как исходная, и вы услышите то же самое, что и в концертном зале. Так вот, роль акустического кабеля здесь – передать ток от усилителя в колонку. И среди огромного множества сложных взаимных преобразований сигнала, влияние кабеля просто теряется. Тем более что он самый линейный среди всех устройств и условия его работы (для него) весьма просты. Тем не менее, если плохой кабель плохо передаст сигнал к колонкам... Здесь «плохо» или «хорошо» однозначно определяется электрическими свойствами кабеля: сопротивлением, индуктивностью и т.п.

Подход №2. При исполнении музыки кроме звуковых колебаний возникает еще нечто. Неуловимое и не регистрируемое никакими приборами «волшебство музыки». Судя по высказываниям аудиофилов, это «нечто» именно такими свойствами и обладает – если оно есть, то аппаратура «звучит». Или «не звучит», если этого «нечта» нет. Несмотря на то, что это «волшебство музыки» настолько «тонкое», что никакие приборы, даже самые чувствительные, его не регистрируют (т.е. на них оно никак не воздействует), это «волшебство» почему-то легко проникает в микрофон, проходит в усилитель, потом перебирается в магнитофон, проходит по усилителям, кабелям, и излучается колонками вместе со звуком. При этом аудиофилы говорят, что звучание аппаратуры определяется не формой излучаемой звуковой волны (в смысле: совпадает ли звук, излучаемый колонкой со звуком, создаваемым инструментами, или нет – это для аудиофилов неважно), а исключительно «волшебством музыки», истекающем из колонок. И вот тут какие-то непонятные свойства кабеля могут влиять на звук больше, чем все остальные преобразования сигнала вместе взятые.

Если «волшебство музыки» такое неистребимое, что никак не взаимодействует ни с какими приборами (поэтому и не измеряется ими), то как простой кабель вдруг может на него влиять? И как это неуловимое «волшебство», которое не взаимодействует с приборами, не только проходит через аппаратуру, но и «налипает» (записывается?) на кривую дорожку грампластинки или в углубления CD? А что происходит при тиражировании: как именно оно перебирается с матрицы на изготовляемые диски? «Волшебство» поровну распределяется на весь тираж из миллиона дисков, или дублируется на каждый из них при копировании?

В общем, с этим «волшебством» сплошные вопросы и непонятки, тогда как технические объяснения звучания аппаратуры складываются в строгую и непротиворечивую теорию. И вообще, откуда аудиофилы узнали, что это самое «волшебство» существует, если его присутствие ничем невозможно засечь? (Засечь невозможно, а вот выдумать – запросто!) Вот поэтому я придерживаюсь первой точки зрения, тем более что во всех остальных случаях применения кабелей (в том числе и для передачи звука), такой вот технический подход являлся абсолютно верным.

Апологеты «волшебства» довольно часто ссылаются на то, что существуют некие неизвестные нам явления природы, которые как раз и проявляются в нашем случае. Так оно и есть – когда в 1858 году проложили первый трансатлантический телеграфный кабель, то связь по нему шла очень медленно: одно слово передавалось чуть ли не по 10 минут! Проблема была в том, что на таких расстояниях, когда длина кабеля соизмерима с длинной волны сигнала в нем, кабель надо рассматривать как цепь с распределенными параметрами («длинную линию»). Из-за несогласованности волновых сопротивлений, в кабеле возникали отражения, что сильно замедляло связь: приходилось долго ждать, пока отражения затухнут. Тогда про это никто не знал, и это было как раз то самое, неизвестное науке явление. Но недолго оно оставалось неизвестным: это новое явление исследовал Хевисайд, выведя в 1880 году соответствующие уравнения, названные телеграфными. В общем, за более чем 150 лет эксплуатации кабелей все, что было «неизвестно современной науке», давным-давно разъяснилось и кабели используются в тысячах разных применений, в том числе и звуковых. И безо всякого «волшебства».

Одним из проявлений веры в «волшебство» музыки является вера аудиофилов во множество разных аудиомифов. Это и понятно – мифы возникают там, где отсутствует научный подход, и они очень хорошо помогают продать кусок проволоки за полмиллиона рублей. Один миф – про скин-эффект – можно считать развенчанным. Но есть и другие.

 

10.1. Направленность кабеля

Сначала пытались говорить, что ток в кабеле в разных направлениях протекает по-разному. По-ихнему выходило, что кабель работает как плохой диод – в одну сторону ток пропускает лучше, чем в другую. Это было настолько нелепо, что аудиофилы быстро исправились и стали говорить, что ток течет хорошо, а вот сигнал в кабеле в разных направлениях распространяется по-разному. О-о-о! Сигнал... Да... Это ведь что-то такое... Эдакое... В общем, чайников впечатляет. Потому, что «простые» люди вовсе не обязаны знать, что тот самый пресловутый сигнал – это и есть напряжение и ток. Ведь чтобы ток стал сигналом, ему всего лишь должен быть приписан какой-то смысл. Например, есть ток – это логическая 1, нет тока – логический 0. Или какой-то другой. Есть смысл (информация) – значит это сигнал, нет смысла – значит это просто напряжение и ток. Чтобы выглядело наукообразнее, кое-кто пытается говорить, что поскольку электромагнитное поле в кабеле передается только в одном направлении – от источника к нагрузке – то вот оно-то и передается в одну сторону лучше, чем в другую. Это звучит особенно убедительно, тем более что к этому добавляют рассказы о «кристаллах меди, имеющих разные свойства в разном направлении» (это называется анизотропия). Но только для тех, кто не знаком с электротехникой достаточно глубоко.

Если же посмотреть в корень, то абсолютно все «макроскопические» параметры кабеля (да и не только кабеля, а абсолютно любого электрического объекта), такие как напряжение, ток, сопротивление, индуктивность, емкость – все это следствие их свойств, влияющих на распространение электромагнитного поля в них. Иногда преподавание электротехники (например в Америке) начинается с того, что записывают уравнения электромагнитного поля Максвелла, а потом их упрощают и получают законы Ома, Кирхгофа и все остальное. Так вот, если электромагнитное поле распространяется в кабеле в разных направлениях по-разному, то и макроскопические параметры кабеля в разных направлениях тоже будут различаться. «Обычные» параметры – следствия распространения поля, а распространение сигнала в кабеле это то же самое. Так что если поле распространяется по-разному, то и сопротивление кабеля в разных направлениях будет разным.

Что касается кристаллической структуры меди, то ее кристаллы довольно изотропны (т.е. одинаковы в разных направлениях). Кроме того, кристаллы расположенные хаотично, «выравнивают» их свойства. По идее, чем провод тоньше, тем больше в нем должна сказываться кристаллическая структура. В проводе диаметром 0,01 мм ее влияния не замечено. А если учесть, что всякие медные напыления микронной толщины используются довольно часто, то если бы кристаллическая структура меди влияла на направленность провода, то это бы обязательно заметили. Измерьте сопротивление провода омметром, а потом поменяйте местами щупы: от перемены полярности сопротивление меняется? Если кристаллическая структура влияет, то да.

Кстати, есть еще одна интересная штука. Если кабель на ВЧ не нагружен на волновое сопротивление, то в нагрузке возникают отражения, волна отражается назад к источнику. От источника волна снова может отразиться и пойти к нагрузке. И так много раз. И все одинаково, как в одну сторону, так и в другую. И никакой разницы в направлении...

 

10.2. Граница медь-диэлектрик

Есть мнение, что на границе между медью и диэлектриком «сигнал зацепляется за диэлектрик и тормозится, тогда как та часть сигнала, которая целиком распространяется по меди, проходит свободно». В результате сигнал «размазывается» во времени и искажается. На самом деле нечто подобное и вправду происходит, что-то вроде диэлектрической адсорбции в конденсаторе. Но все это в тончайшем слое, его толщина – всего сотня атомов. А во всем остальном проводе все ОК. А теперь давайте подумаем, как изменится сигнал, если его часть, проходящая по этой сотне атомов на границе с диэлектриком и равная 0,00000000001% от всего сигнала «затормозится» даже на целых 10%? Причем на самом деле это «торможение» выражается в сдвиге фаз, как и от влияния индуктивности.

 

10.3. Скорость распространения сигнала в кабеле

На самом деле скорость света – это скорость, с которой электромагнитная волна распространяется в вакууме. Если же волна распространяется в веществе, то ее скорость ниже, чем скорость света. Эта скорость, называемая фазовой, вычисляется так:

Скорость сигнала в кабеле

Здесь Lo – погонная индуктивность (одного метра), а Co – погонная емкость. В зависимости от значений этих параметров получается та или иная скорость распространения электромагнитной волны, а значит и сигнала в кабеле. Посмотрим, что у нас получается с нашими кабелями, рис. 10.1.

Скорость сигнала в аудиокабелях

Рис. 10.1.

Самая низкая скорость получилась у кабеля Нордост. Хотя в рекламе указано 96% от скорости света. Тут одно из двух: либо технические параметры кабеля (индуктивность и емкость) указаны неверно, либо рекламная скорость сигнала вычисляется с какой-то «хитростью», позволяющей получить лучшие рекламные цифры. Я считаю, что вероятнее второй вариант – у кабеля большая индуктивность. Давайте используем по отношению к кабелю Нордост «презумпцию невиновности» и будем считать, то у такого дорогого кабеля производитель и вправду смог получить такую большую скорость. Посмотрите на рис. 5.4. У кабеля Nordost Valhalla Bi-Wire индуктивность намного больше, чем у остальных кабелей. Может быть, что в величину индуктивности вкралась ошибка (хотя судя по конструкции кабеля, взаимной компенсации магнитных полей прямого и обратного провода в нем не происходит, значит, индуктивность должна быть большая). Если все же уменьшить индуктивность в десять раз, то получится значение, близкое к другим кабелям, а скорость распространения сигнала будет примерно 95%. Давайте поверим рекламе и будем считать, что так оно и есть. И на рис. 10.1 я показал это значение последним «призрачным» столбиком.

На что влияет скорость распространения сигнала? Как на что? На время, за которое сигнал дойдет от начала кабеля до его конца. Например, если у вас фронтальные колонки подключены более коротким кабелем, а тыловые – более длинным, то до тыловых колонок сигнал будет идти дольше, и их звучание будет запаздывать по отношению к фронтальным. Насколько я помню, человеческое ухо различает временнЫе интервалы, начиная с 1 миллисекунды. Так что если взять два кабеля, один со скоростью распространения сигнала 96% от скорости света, а второй – со скоростью распространения 44% от скорости света (лучший и худший кабели на рис. 10.1), то при длине кабеля примерно 600 километров разница в приходе сигнала будет как раз в 1 мс и начнет быть заметной ухом!

Так что будьте бдительны! Если у вас длина кабеля от усилителя до колонки превышает 50...100 км, то обращайте серьезное внимание на скоростные характеристики вашего кабеля!!!

Да, на самом деле есть еще фазовый сдвиг, это если измерять разницу в скорости распространения в долях периода сигнала: в более «медленном» кабеле сигнал отстает по фазе от «быстрого» кабеля. Для двух моих самых разных кабелей (96% и 44%) на длине 10 метров и самой высокой частоте (чем выше частота, тем больше сдвиг фаз) 20 кГц разность фаз будет 0,047 градуса. Это раз в 20...200 меньше, чем из-за неидентичности ФЧХ каналов или динамиков в колонках.

Так что и эту тему можно закрыть.

Всем известно, что фотоаппараты продают на мегапиксели. Любой «чайник» скажет, что фотоаппарат с разрешением 20 МПикс лучше, чем с разрешением 10 Мпикс. Но это именно что «чайник». Мы-то знаем, что файл фотографии потом сжимается в формат jpeg и при этом изображение искажается: пропадают как раз оттенки цвета и мельчайшие детали. Как раз те, которые по идее может «вытащить» большее разрешение. И степень сжатия зачастую зависит от размера файла: чем больше его разрешение, тем сильнее сжатие и сильнее теряются нюанся. Еще более крутой специалист вам скажет, что свет – это волна. И он может быть сфокусирован в точку не меньше чем длина его волны. Изображение проецируется на матрицу, которая в дешевых фотоаппаратах имеет диагональ 1/2,7 дюйма. Простой расчет показывает, что размер одного элемента матрицы (не забывайте, что их там по три штуки разных цветов на пиксель) получается раза в полтора меньше, чем длина волны видимого света. Т.е. даже идеальнейшая фокусировка (а ведь в фотоаппаратах-мыльницах она именно такая, не так ли?) даст изображение менее четкое, чем имеет матрица. Выходит, что разницы в качестве изображения (по передаче мелких деталей) между этими мегапикселями и нет! Я сам видел, насколько больше на качество снимка влияет качество объектива и самой матрицы: «профессиональная» матрица большого размера с «жалкими» восемью мегапикселями давала обалденное качество!!! А «нарезание» матрацы на много-много микроскопических пикселей кроме того, что не прибавляет качества, еще и ухудшает соотношение сигнал/шум (оно пропорционально квадратному корню из размера пикселя). На «двадцатке» шумов в изображении заметно не больше, чем на «десятке» – это работает цифровой фильтр, который при этом искажает изображение (хоть и малозаметно для глаза). Почему же все так зациклились на мегапикселях? А они понятны населению и удобны как рекламное число. И можно легко «улучшать» фотоаппараты, просто изменяя цифирки в его параметрах. А можно посчитать пикселы каждого цвета отдельно, и их сразу станет в три раза больше!

Примерно так же обстоит дело и с кабелями. Производители придумывают параметры, которые преподносят потребителям как архиважные. Потом эти параметры улучшают и берут за это хорошие деньги. А то, что на самом деле на звуковых частотах разницы между кабелями никому заметно не будет – это уже не важно, главное кабели подороже продать.

 

10.4. «Низкочастотный скин-эффект»

Время от времени на интернет-форумах появляется упоминание о том, что на низких частотах существует какой-то свой особенный низкочастотный скин-эффект. Во всем виновата публикация в одном из солидных российских журналов по электронике. Почему ее опубликовали – тайна покрытая мраком. Известно только, что не вся редколлегия была за эту публикацию. Я не хочу давать ссылку – статья откровенно глупая и абсолютно неверная. Поэтому незачем ссылаться на глупости. Но я статью прокомментирую.

Начинается с того, что автор изготовил два межблочных кабеля. И при прослушивании через один из них басы практически отсутствовали. Тут автора и осенило – да это же низкочастотный скин-эффект!!! Хотя я бы на месте автора проверил пайку – дешевые разъемы зачастую делают из ужасного металла, который покрывается оксидной пленкой или чем-то таким же, не поддающемся пайке. Припой образует на нем каплю и прижимает провод к металлу разъема, но хорошего электрического контакта нет. А есть емкость между проводом (плюс блямба припоя) и металлом разъема. А окисный слой – диэлектрик этого конденсатора. Емкость мала, но и входное сопротивление подключенного блока велико. Вот и получается, что эта вот входная проходная емкость обрезает низкие. У меня такое бывало, и я зарекся использовать дешевые разъемы. Но автор не сомневался ни секунды, ведь во всем, что бывает плохого, всегда виноват скин-эффект, надо только его правильно найти.

Для нахождения скин-эффекта автор приводит формулу зависимости сопротивления провода от частоты. Выглядит она солидно, только вот беда – если в эту формулу подставить частоту, равную нулю (постоянный ток), то и сопротивление получится ноль. Т.е. у автора все очень просто: «берем сверхпроводник...». Но пардон, у нас же не сверхпроводящий, а обычный кабель! И индуктивность кабеля автор почему-то не учитывает... Т.е. у него в исходных данных волшебный кабель без сопротивления и индуктивности. Да и зависимость сопротивления от частоты, которую автор написал, тоже неправильная – там кроме квадратного корня еще должны присутствовать функции Бесселя.

Но для автора это неважно. Используя свой волшебный сверхпроводник, он вывел формулу для группового времени задержки (ГВЗ). Конечно, задержка – это очень неприятное женское явление, но как она влияет на количество баса? Этого автор объяснить не смог, поэтому и не объяснял, а принял как аксиому. И вывел формулу для ГВЗ. Если честно, я не проверял, получается ли из первой формулы вторая. Но вот интересный факт: в его формуле для ГВЗ вида «Т=», размерность результата не является временем. Т.е. вычисляя по формуле, получаем литры, а автор говорит, что это секунды. И еще интересный момент: частота стоИт в знаменателе. Т.е. на постоянном токе задержка сигнала в кабеле, по мнению автора, станет бесконечной. Тогда понятно, почему у него басов не было – согласно его формуле они идут по кабелю два часа и на момент прослушивания еще не дошли от плеера до усилителя. И опять же, в реальности на ГВЗ сильно влияет индуктивность кабеля, ведь ГВЗ это в принципе фазовая характеристика. А у автора индуктивности так и нету! Будет ли это правильным?

Цитата: «Логично предположить, что именно обусловленное поверхностным эффектом увеличение ГВЗ и вызывает ощущение потери низких частот в звуковом руками сигнале». Вам это очевидно? Хорошо бы показать механизм этого явления, его физический смысл и сослаться на психокакустические исследования феномена. Но ничего этого нет. Зато автор скрупулезно подсчитывает, что в его случае на частоте 20 Гц из-за «низкочастотного скин-эффекта» ГВЗ = 740 наносекунд. Вот так басы и теряются... А это ничего, что в колонках ГВЗ на низких частотах в ЗЯ может достигать 10 миллисекунд, а для фазоинвертора и 40 миллисекунд? Это в 50000 раз больше. И что, выходит колонка уменьшает басы еще в пятьдесят тысяч раз? Причем колонка с фазоинвертором уменьшает басы сильнее, чем закрытый ящик?

После всего этого как-то и не замечаешь очередной ляп: «Почему исчезновение баса так хорошо заметно на посеребренном проводе? Серебрение способствует поверхностному эффекту, токи вытесняются из центра проводника на серебряную поверхность, имеющую меньшее удельное сопротивление». На частоте 20 Гц толщина скин-слоя около 15 миллиметров, это не только больше слоя серебрения, это больше диаметра проводника! Я уже и не спрашиваю, где граница, отделяющая «низкочастотный» скин-эффект от «высокочастотного». Если бы в статье было хоть что-нибудь научного, то этот вопрос должен был возникнуть в первую очередь.

Короче говоря – это очередной бред малограмотного «чудотворца», непонятно как попавший в уважаемое издание. Осталось только наплевать и забыть.

Если говорить серьезно и научно, то на самом деле скин-эффект есть на всех частотах (кроме постоянного тока). Но на высоких частотах он проявляется сильнее. Это связано с тем, что любое влияние магнитного поля на ток происходит так: переменное магнитное поле наводит в проводнике ЭДС (напряжение), которая складывается-вычитается с напряжением источника сигнала (если провод влияет сам на себя, то всегда вычитается). В результате ток и меняется. А наводимое в проводе напряжение описывается законом электромагнитной индукции (закон Фарадея) – чем выше частота (скорость изменения магнитного поля), тем больше ЭДС, а значит и больше ее влияние на ток. На частоте 20 Гц из-за скин-эффекта сопротивление медного провода сечением 2,5 мм2 возрастает на 0,00000007%. Нужно это учитывать? А на частоте 200 кГц – в 3,3 раза. А это учитывать нужно?

 

11. Звучание кабелей

Если почитать материалы в интернете и в аудиожурналах, то можно найти множество публикаций про то, как какие кабели звучат. Серебряные звонко, медные глухо, алюминиевые мутно... Правда один известный человек, обещавший миллион долларов (на полном серьезе, обещание зарегистрировано официально) тому, кто расслышит разницу в звучании кабелей, так никому и не заплатил. В Москве один парень (его можно найти на интернет-форумах) объявил такое пари: если человек услышит разницу между своим хорошо известным кабелем, и его, то он этому человеку платит 0. А иначе «слушатель-неудачник» платит 0. Этому пари уже лет пять, за это время парень заработал 300 долларов. Всего три человека пришло попытать счастья. И среди них не было ни одного «Великого Слухача» с интернет-форумов, которые так хорошо слышат разницу в кабелях даже с заткнутыми ушами... Может, им деньги не нужны? Только одно маленькое уточнение: и в том, и в другом случае речь шла о грамотно проведенных слепых тестах. Когда слушатель не знает, какой кабель играет в данный момент и ориентируется только на свой слух. И оказалось, что «с закрытыми глазами» слух у людей моментально отшибает. Это и понятно, как сказал на одном из популярных интернет-форумов один из тамошних гуру: «Я хорошо слышу звучание кабеля, когда вижу, какой из них играет». Все точно так же, как и в разговорах про звучание конденсаторов – в слепом тесте оказываются лучшими дешевые «плебейские» конденсаторы. Да и то на грани восприятия.

Ничего удивительного, работа кабеля определяется его электрическими характеристиками. И тут существует два подхода:

1. Инженерный, при котором параметры кабеля должны быть такими, чтобы его влияние на сигнал было минимальным и намного меньшим порога восприятия. Тогда кабель на звук никак не влияет.

2. Маркетинговый, при котором кабель обязательно должен влиять на сигнал. В этом случае разные кабели с разными параметрами оказывают на сигнал разное влияние, которое по-разному воспринимается на слух. И покупатель вынужден делать выбор между «мягким» звучанием за 00 или «звонким» за 00. Естественно этот подход даже и не подразумевает существование «никак не звучащих кабелей» за.

Это идеология производителей и продавцов. Точка зрения покупателя может быть другой. Лично я кабели не продаю, поэтому и не буду вам рекомендовать дорогие кабели – и дешевые вполне могут быть хорошими. А выбор за вами.

Иногда на интернет-форумах можно встретить восторженные рассказы о том, что кто-то там использовал для подключения колонок проволочные вешалки для одежды. И колонки играли! А как же им не играть, если проволока – хороший проводник, а колонкам-то и надо всего-то получить откуда-нибудь ток. Так что никакого удивления быть и не должно. Откуда же оно берется? А оттуда, что реклама дорогих кабелей уже приучила людей к тому, что «хорошо играть может только дорогой кабель». Так что мы этого уже подсознательно ждем и как только такой дорогой кабель увидим, так тут же «хорошо слышим, как он замечательно играет». На самом деле это не игра кабеля, а игра воображения.

Важный момент. Речь идет о довольно коротких кабелях длиной не более 10 метров. В некоторых случаях, например в студиях звукозаписи, длины кабелей исчисляются многими десятками метров, и тогда общая индуктивность-емкость-сопротивление кабеля становится заметным. И влияет на звук. Это естественно, и в таких случаях подход к выбору кабеля должен быть гораздо более жестким.

И еще. Не забывайте, что на входе кабеля подключен усилитель, а на выходе колонка. У которых внутренние сопротивления могут иметь очень разные значения. Ламповый усилитель с высокоомным выходом (или транзисторный ИТУН) могут быть чувствительны к емкости кабеля. А дроссель на выходе транзисторного усилителя добавляет свою индуктивность к индуктивности кабеля. А сопротивление колонки на какой-то частоте может быть заметно меньше заявленного. Все это повлияет на работу кабеля и может привести к заметным на слух последствиям, особенно если влияние параметров кабеля находится на границе нечувствительности слуха. Которая, кстати, у всех разная (психоакустика приводит усредненные значения). То есть здесь должен быть применен системный подход к системе звуковоспроизведения в целом, а не только отдельно к кабелю.

 

12. Выводы

Если взять два одинаковых автомобиля, один черного цвета, а другой белого, то их скорость будет неодинакова: черный автомобиль быстрее. Потому что есть такое явление, как световое давление. Черный автомобиль просто поглощает свет, а белый отражает его обратно, поэтому на него световой давление будет действовать сильнее и сильнее прижимать к земле. От этого скорость будет ниже. Наверное, прочтя эти строки, вы скажете: «Что за фигня! Автор мается ерундой!» Не маюсь, я это специально. Утверждение о разной скорости автомобиля в зависимости от его цвета действительно полная фигня. Давление света настолько мизерное, что разница в одной капле бензина даст больший вес и бОльшую силу, прижимающую машину к земле, чем световое давление под самым ярким солнцем. Так что, несмотря на то, что явление существует, его влияние вообще никак не заметно.

Но беда в том, что это очевидно в примере с автомобилями. А когда подобные заявления делаются в отношении разных звуковых или электронных вещей, то многие их воспринимают всерьез. Как сказали бы аудиофилы: «Световое давление существует? Существует. Вот и думайте». Если бы подобное заявление сделали про автомобили, то 99,99% населения послали бы их далеко и надолго. А когда начинают говорить про скин-эффект, или про «залипание сигнала» на границе меди с изолятором, то этому верят. Хотя влияние границы медь-изолятор на звук не намного больше, чем влияние светового давления на скорость автомобиля. Да, все эти эффекты существуют. И не только эти, есть еще. Но вот величина их влияния... Зато можно сделать кабель с пониженным влиянием светового давления, и продавать его по 0 за метр. А можно и по 00 за метр. И ведь никто никого не обманывает – световое давление на него действительно влияет меньше. А мы за это больше платим...

Вывод №1. Как я и писал, влияние скин-эффекта на акустические кабели сильно преувеличено. На самом деле он теряется на фоне влияния индуктивности кабеля. А вот индуктивность кабеля может доставить некоторые проблемы, но в целом они незначительны. Более того, чаще всего на самых высоких частотах (выше 10 кГц) реальная колонка имеет как раз индуктивное сопротивление (это сопротивление ВЧ динамика). И индуктивность кабеля на такую нагрузку влияет меньше, чем на активную как у меня. Для колонки сопротивлением 8 ом влияние кабеля тоже меньше, чем на моих графиках (это одна из причин, почему я больше люблю колонки по 8 ом, чем по 4 ома).

Вывод №2. О том, что кабели должны быть каким-то особенными, направленными и кошерными. Когда по кабелю передаются сигналы электрокардиографа и электроэнцефалографа, так все ОК. Несмотря на то, что эти сигналы аналогичны звуковым, никакой направленности кабеля не обнаруживается, и влияния материала изолятора не наблюдается. Но как только мы говорим кабелю, что «теперь мы через тебя пропускаем звук», так сразу все начинает влиять. Поэтому, чтобы кабель хорошо звучал, не говорите ему, что он передает звук. Он и не начнет выделываться!

Вывод №3. Экзотические кабели обычно лучше по каким-то параметрам. А вследствие этих же особенностей конструкции по другим параметрам могут быть хуже. Или же борются с ветряными мельницами – эффектами, практически ни на что не влияющими. В кабеле «АудиоМонстр» хорошо победили скин-эффект, взяв за это 200 рублей за метр кабеля. «Обычный» стиральный порошок аудиокабель по 80 рублей за метр на самом деле ничуть не хуже. Поскольку производители и продавцы выпячивают не те параметры, которые важны, а те, с которыми им удобнее бороться.

Вывод №4. Дороже – не всегда лучше. У «АудиоМонстра» активное сопротивление в звуковом диапазоне чуть выше, чем у «нонейма». Самую-самую капельку. На слух будет не заметно, но все равно обидно, что заплатив дороже, теряем больше сигнала.

Вывод №5. Электропровода вполне подходят для подключения колонок, так как их основные электрические параметры практически не отличаются от параметров аудиокабелей. Конечно, если не знать, что аудиокабели специально заколдованы для лучшей передачи звука. Хотя по некоторым параметрам они все же уступают аудио, тем не менее, результат очень даже воодушевляющий – если не брать откровенное дерьмо, то для подключения колонок можно пользоваться практически любым электрокабелем. Что заметно экономит деньги. Если хотите, можете раскрасить кабель золотой краской и нарисовать на нем стрелочки направления передачи сигнала.

Вывод №6. Все «улучшайзеры» на самом деле изменяют что-нибудь настолько мало, что не стоят потраченного на них времени. А восторженные отзывы в интернете, когда после обматывания кабеля туалетной бумагой он «обалденно зазвучал» – или самовнушение, или пересказ чужих слов, или просто обман. Хотя, может быть после обматывания, кабель наконец-то прикрутили к колонкам как следует, поэтому он зазвучал?

Вывод №7. На межблочнике скин-эффект я не проверял – там он такой мизерный, что фиг его вообще заметишь!

 

И напоследок. Как к кабелям относятся на самом деле

На любой Hi-End выставке можно полюбоваться кабелем, как произведением искусства. Сетевые 220 вольт кабели там толщиной с руку, а акустические – толщиной с ногу (рис.12.1)!

Суперкабель

Рис. 12.1.

Но истинное отношение самих производителей к кабелям можно увидеть, если «зайти с черного хода». На одной из Hi-End выставок я сфотографировал дорогущую колонку, оснащенную крутым кабелем, со «спины», рис. 12.2. Стрелкой на фото обозначен кусок «обычного» беспородного аудиокабеля сечением 1,5 мм2. А с фасадной стороны колонки толпились восторженные слушатели, обалдевающие от качества звучания: они-то не видели этого плебейского кабеля! Хотя, если честно, то ничего зазорного в этом куске кабеля я не вижу, поскольку он великолепно справляется со своей задачей – передать куда надо электрический сигнал. А для «знатоков правильного кабельного звучания» к колонке напоказ идет очень солидный кабель со всеми необходимыми кабельными наворотами. «Знатоки» про «обычный» кабель не знают, и звук он им не портит (и я им тоже тогда ничего не сказал), поскольку тут действует принцип: «глаза не видят, желудок не страдает».

Рис. 12.2.

Обратите внимание на рисунке 12.1 и на толщину сетевого 220 вольт кабеля. Он, конечно, потоньше акустического, но весьма внушителен, и наверняка очищает сетевое напряжение от мирового зла, стремящегося проникнуть в звук и испортить его. Но подключен этот кабель в обычный дешевый и дрянной китайский удлинитель, рис. 12.3. Пять метров удлинителя и паршивая розетка – компенсируется ли мировой зло, которое они воплощают коротким, всего 1,5 метра куском хорошего кабеля? Наверное да, поскольку все инсталляции на выставках только так и подключены. И всем звук нравится.

Рис. 12.3.

 

Или вот еще дорогущие колонки Т+А ценой порядка 000. Я слушал их на выставке - мне их звучание очень понравилось, просто обалденное. На мой взгляд, лучшие из всех других колонок, присутствующих на выставке. Рис. 12.4.

Рис. 12.4.

 

Но вот что интересно, внутри этих супер-пупер колонок идут совсем обычные провода, рис. 12.5. И опять же, эти самые обычнейшие провода великолепно справляются со своим делом - передают ток куда надо без потерь и искажений. Поэтому и нет необходимости городить дорогие провода там, где их никто не видит и не надо напускать понтов.

Рис. 12.5.

 

Так что все заморочки вокруг кабелей в большей степени выдумки, предназначенные для того, чтобы поразить покупателя и заставить его заплатить большие деньги за кусок провода. Никогда не встречали «указание», что стоимость кабелей должна быть не менее 10% от стоимости всей системы? Почему сложная электронная система или акустика дорого стОит, это понятно. Но почему должен быть дорогим кабель? Ну как же почему, ведь он такой особенный! Со скин-эффектом борется, например. И еще на него совсем не влияет световое давление!

Количества поставленных задач на самом деле хватит на диссертацию, а не то, что на статью. Но диссертация у меня уже есть, поэтому я исследовал все довольно поверхностно. Кроме того, я не хочу доискиваться до всех причин, приводящих к тем или иным явлениям, достаточно показать лишь некоторые из них. Повторяю, я большей частью удовлетворял свое любопытство. Более глубокие исследования могу провести на договорной основе.

 

Чем и как измерялось

На сегодняшний день, когда все всё измеряют (в том числе и те, кто не умеет пользоваться даже вольтметром), вопрос не праздный. Сначала я хотел рассказать об этом подробнее, но потом решил этого не делать: я измерять умею, и этого достаточно. Измерения проводились в течение нескольких месяцев, и временами дублировались – судя по повторяющимся результатам, ошибок не было. Все кабели имели длину 10 метров и сечение 2,5 мм2 (если не указано особо). Так что я имел дело, во-первых не с микроскопическими, а довольно большими значениями параметров, которые возможно измерять с достаточной точностью; во-вторых – реальные кабели обычно оказываются короче, т.е. не хуже этих. Так что если при реальных тестах этот длинный кабель работает хорошо, то более короткий будет еще лучше.

 

27.04.2014

Счетчик 

Яндекс.Метрика


Закрыть ... [X]

СОБРАЛ МАНОК (голоса для манка в этой теме) День рождения поздравление юбиляру мужчине 60 лет

Как своими руками сделать аудио колонку Как своими руками сделать аудио колонку Как своими руками сделать аудио колонку Как своими руками сделать аудио колонку Как своими руками сделать аудио колонку Как своими руками сделать аудио колонку Как своими руками сделать аудио колонку Как своими руками сделать аудио колонку Как своими руками сделать аудио колонку