ЧАСТЬ 1.
ОСТОРОЖНО! КАБЕЛЬ!
Тип кабеля определяется, прежде всего местом его приложения или если угодно – «проложения». В автомультимедия это особенно важно, а почему — попытаемся немного прояснить ситуацию. Межблочный кабель служит для коммутации электронных блоков между собой, тип кабеля определяется местом его использования в аудио или видеосистеме. Сразу оговоримся, чем короче провода – тем лучше, иначе он будет больше подвержен всевозможным наводкам и искажениям сигнала. Как этого избежать, стоит задуматься, как ток бежит по проводам, ибо только от этого зависит и картинка, и звучание. Что же представляют собой эти загадочные передатчики качества, и как выбрать достойный вариант для своей техники?
Акустический кабель передает обработанный и усиленный сигнал от ресивера или усилителя к громкоговорителю. По возможности стоит использовать кабели с наибольшим сечением проводника. Чем он толще, тем лучше целостность передачи сигнала (особенно важно при передаче сигнала на большие расстояния).
При подключении акустической системы к усилителю желательно внимательно подойти к выбору проводов. Нехитрая, казалось бы, вещь — акустический кабель, однако каждый его тип тоже имеет свое звучание, и способен заметно повлиять на характер звучания всей системы в целом.
Для начала, при выборе акустического кабеля следует руководствоваться следующим простым соображением: при электрической мощности системы 50—75 Вт вполне подойдут кабели с поперечным сечением проводников 0,75—2,5 кв. мм. Если акустика выдает 150—200 Вт, лучше поставить более солидный кабель с сечением проводников от 4 кв. мм. Большое значение при выборе сечения проводников кабеля имеет расстояние от аппаратуры до акустики: повторимся, что чем больше расстояние, тем больше должно быть сечение проводников кабеля.
В основном акустические кабели подключаются пружинными зажимами, это обычно в системах с небольшой выходной мощностью, винтовыми зажимами, или же с использованием штекеров типа «банан».
В некоторых моделях акустических систем можно увидеть не одну пару винтовых зажимов, а целых две, соединенные попарно плоскими металлическими перемычками. Таким образом, данная система допускает ее двухпроводное подключение к усилителю методом CROSSED CIRCUIT. Встречаются системы и с тремя парами зажимов, но довольно редко/ Что это такое и зачем нужен этот самый CROSSED CIRCUIT?
При протекании по акустическому проводу звуковых сигналов низкой частоты большого уровня, в виде тока, вокруг проводников кабеля образуется сильное магнитное поле. Оно оказывает воздействие на протекающие по этим проводникам токи звукового сигнала средних и высоких частот, в результате чего звучание акустической системы становится менее чистым и прозрачным. Чтобы избежать этого, надо всего лишь обеспечить протекание тока низкочастотных составляющих сигнала и тока его высокочастотной части по физически разделенным проводникам.
Для реализации этого в акустической системе устанавливается еще одна дополнительная пара гнезд, как правило винтовых зажимов, к которой подключают вход фильтра ВЧ-громкоговорителя (в двухполосных АС) или фильтров СЧ- и ВЧ-громкоговорителей (в трехполосных АС). При этом вход фильтра НЧ-громкоговорителя подключают к другой паре входных зажимов. Если необходимо подключить свою акустическую систему к усилителю методом CROSSED CIRCUIT, надо снять перемычки с разъемов, которые нужны только при однопроводном подключении. Приготовить по два акустических кабеля для каждой АС, или купить специальный двойной с 4 раздельными проводниками.
Входные концы обоих кабелей подключаются к выходным зажимам соответствующего канала усилителя низкой частоты, а выходные концы кабеля — к разным парам винтовых зажимов акустической системы. Благодаря такому нехитрому приёму практически полностью исключается влияние «коварного» низкочастотного громкоговорителя на качество воспроизведения высоких частот. Изменение звучания у различных акустических систем при подключении их по одно- и двухпроводной схеме может быть едва заметной, или разительно улучшиться. Поэтому если АС допускают возможность их подключения по двухпроводной схеме, возможно, у них есть скрытые резервы для существенного повышения качества их звучания. По крайней мере, настоятельно рекомендуем подключить их по схеме CROSSED CIRCUIT.
Кстати, подсоединяя АС к усилителю, обязательно стоит проследить за правильным соблюдением полярности их подключения: «красный» разъем АС должен непременно соответствовать такому же выходному зажиму усилителя, а «черный» — «черному». Некоторые усилители низкой частоты инвертируют фазу звукового сигнала, «неправильное» подключение акустических систем, наоборот, восстановит и может существенно улучшить качество звучания аудиокомплекса.
Проверить же синфазность подключения акустических систем весьма просто: с помощью воспроизведения на CD-проигрывателе диска с монозаписью. В случае сфазированности акустических систем звук будет находиться точно посередине между ними. Если полярность подключения АС перепутана, звучание стереосистемы сразу станет заметно более размытым и тусклым. Стереообразы виртуальных музыкальных инструментов будут непредсказуемо перемещаться по звуковой сцене. Для того чтобы обезопасить себя от этих бед, надо всего лишь быть внимательным при подключении, тем более что большинство современных акустических кабелей обычно имеет цветовую маркировку проводников, благодаря которой очень легко идентифицировать проводники на входе кабеля, так и на его выходе.
Современные высококачественные кабели, как правило, изготавливают из очищенной бескислородной меди, обеспечивающей лучшее качество звучания. Это происходит благодаря тому, что структура сверхчистой меди, в отличие от обычной мелкокристаллической структуры, состоит из длинных кристаллов чистой меди. Они обладают отличной электропроводностью. В «обычном» же проводе окисям на поверхности кристаллов меди образуют многочисленные «переходы», при прохождении через которые звуковые сигналы сильно искажаются. И еще одно замечание: технология прокатки медных проводников приводит к анизотропии их свойств в зависимости от направления протекания токов звуковой частоты по акустическому кабелю. Поэтому многие высококачественные провода обладают направленностью, т.е. имеют предпочтительное направление распространения по ним звукового сигнала. Если на поверхности кабеля отсутствует маркировка о направлении его подключения, с помощью обычной стрелки, которая обозначает рекомендуемое направление распространения сигнала в проводе (при этом стрелка направлена в сторону акустической системы), единственным выходом остается определение наилучшего варианта его подключения на слух. Оценив при этом качество звучания АС, для обоих вариантов включения.
Хорошие кабели должны пройти этап “обкатки” под сигналом, как и акустические системы тоже. Проработав примерно 100—200 часов, они «прогорят», в них произойдет упорядочение структуры кристаллов меди и стабилизация свойств диэлектриков и выйдут на “расчетный режим” работы. В дальнейшем они уже практически не будут влиять на качество звучания акустической системы.
ЧАСТЬ 2
ПРОГРЕВ КАБЕЛЯ: НЕ ПОДОГРЕЕШЬ — НЕ ПОСЛУШАЕШЬ!
Существует много причин, почему необходимо прогревать кабели и еще больше причин, почему эффект от этого может быть разным. Если измерить напряжение нового кабеля вольтметром, то можно вычислить статическое напряжение, потому что хороший диэлектрик является плохим проводником. Необходимо время, чтобы заряд равномерно распространился по кабелю. Кабели держат заряд как натертая шерсть кошки при низкой влажности. Часто, чем лучше кабель, тем больше времени потребуется, чтобы его прогреть. Лучшие технологии «воздушной изоляции», например, тефлоновые трубки, имеют большую непроводящую зону, благодаря чему заряд в них сохраняется.
В кабелях, на прогрев которых нет возможности, чтобы обойти эту проблему, применяются проводящие диэлектрики, например, резина или карбонизированый хлопок. Это значительно уменьшает «микрофонный» эффект и время приработки, но остальные диэлектрические характеристики этих изоляторов оставляют желать лучшего и не соответствуют требованиям, предъявляемым к кабелям класса HI-END. Разработка технологий снижения и выравнивания напряжения, которые при этом не ухудшали бы качество звука, является сложнейшей задачей, стоящей перед индустрией HI-END кабелей. Большое сопротивление на входе, необходимое в HI-FI системах, создает неравномерный диэлектрический заряд, что серьезным образом влияет на качество звука.
Одна из причин, почему столько времени требуется на приработку, заключается в том, что на заряд влияют отношения механического растяжения/сжатия. Не только заряд меняется, проходя по кабелю, но и физика кабеля, в свою очередь, под воздействием заряда претерпевает изменения. Понять это помогает аналогия с кошкой. Если погладить кошку против шерсти, то под влиянием электричества шерсть встанет дыбом. Кабель и его изоляция тоже чуть-чуть расширяются при получении заряда, но им, в отличие от кошки, нужно гораздо больше времени, чтобы сбросить заряд и достичь физического равновесия.
Чем лучше диэлектрическая изоляция, тем дольше для этого требуется времени. Заряд может образоваться просто от того, что кабель двигают (пьезоэлектрический эффект и простое трение), от высоковольтного тестирования на производстве и других причин. У кабелей, имеющих электростатический заряд, значительно больше микрофонный эффект, а неравномерное распределение заряда вызывает эффект, подобный потерям при отражении сигнала в системе возрастающего импеданса.
Суть приработки оборудования — в механическом воздействии, и оно является одной из важнейших составляющих прогрева кабеля. Как правило, студии занимающиеся установкой HI-END, настраивают аппаратуру для прослушивания, оставляя время для прогрева аппаратуры и кабелей. В первый день звук обычно плохой, что очень раздражает, а в последний — все звучит великолепно. Механическое напряжение в кабелях АС, корпусах, даже в салоне автомобиля, должно быть ослаблено, чтобы система зазвучала должным для нее образом.
То же самое у музыкальных инструментов. Они звучат намного лучше, после того как их на них в течение какого-то время поиграют. Все наверное знают, что на концертах именитых рок-звезд приглашаются малоизвестные команды для разогрева. Многие считают, что для разогрева публики, а на самом деле именно для разогрева аппаратуры. Многие музыканты оставляют свои инструменты перед работающей стереосистемой, чтобы дать им разогреться. Это очень действенно, особенно для новых гитар. А вот фортепиано в этом отношении — ужас и кошмар. Любое изменение, даже в температуре и влажности, будет ухудшать его звук. С точно настроенной аудиосистемой в автомобиле все обстоит абсолютно так же. Практически никогда не удается устранить все помехи сразу, и можно только приблизиться к совершенству. Но всегда остается какой-то «вредоносный» заряд. В хорошо прогретом кабеле он обычно возникает в диапазоне средних волн. Трибоэлектрический шум в кабеле появляется в результате механического напряжения и остаточного заряда, который хороший кабель со временем и в процессе работы сбросит. Сколько на это потребуется времени, зависит от конструкции кабеля, используемых материалов, заводской обработки проводов…
Но как всегда, есть множество маленьких хитростей и способов решения этой проблемы. Например, использование тефлоновых трубок для воздушной изоляции, которая добавляет проводимости поверхности этого диэлектрика. обработанных должным образом, чтобы заряд, который образовывался на их поверхности, гасится. У таких кабелей увеличился измеряемый фактор рассеяния и существенно улучшился звук. Еще в середине восьмидесятых было замечено, что качество работы кабелей можно улучшить, протирая их антистатической тканью. Сейчас производители кабелей производят и продают специальные антистатические жидкости для разного типа кабелей и антистатические добавки к материалу внешней оплетки.
Такое внимание к заряду уменьшило время прогрева и, в общем, позволило акустике с этим кабелем звучать существенно лучше. Это было достигнуто благодаря уменьшению общего заряда кабеля и выравниванию распределенного заряда по поверхности оплетки проводника. В любом случае полезно поддерживать в кабеле сигнал очень низкого уровня. Прогреву помогает использование размагничивающих дисков.
Если разобрать кабель, то становится видно, как на его качество влияет огромное количество мельчайших деталей. И все они взаимосвязаны. Вкратце, если поверхность изолятора кабеля имеет высокий или неравномерный заряд, рассеивающийся со временем и в процессе работы, то трибоэлектрический и другой шум в кабеле также будет постепенно уменьшаться.
Поэтому самую важную меру предосторожности при прогреве кабеля можно сформулировать так: как можно более нежно и осторожно двигать кабель. Ведь перемещение кабеля его реально травмирует. Степень воздействия зависит от используемого материала и конструкции кабеля.
Небольшое количество энергии сохраняется при механическом напряжении кабеля. Эта энергия слегка расширяет кабель. По мере того как кабель приобретает свою первоначальную форму, определенное количество заряда будет вытесняться, как в электроскопе. Это и есть электромеханическая связь.
Многие факторы, относящиеся к прогреву кабеля, связаны с его звуковыми характеристиками. Если внимательнее посмотреть на диэлектрики, то можно увидеть схожую картину. Физика диэлектрика также слегка меняется при получении заряда, а от его жесткости зависит фактор рассеяния. Эти изменения отражаются в статическом электричестве кабеля. В новом, только что распакованном кабеле, будет статическое электричество. Оно может достигать нескольких сотен тысяч вольт. Если кабель оставить лежать на какое-то время, то уровень статического электричества упадет до сотен или до 10-20 вольт, но он никогда не будет равен нулю. Этот фактор приобретает особую важность, когда речь идет о недорогих кабелях, связывающих источник и предусилитель с высоким входным импедансом.
Взаимодействие механической и электрической переменной растяжения/сжатия и уровень резонанса необходимо учитывать при прогреве кабеля. Многие переменные, описывающие этот процесс, объединены в одной — уровне трибоэлектрического шума. Если кабель сгибают, перемещают, пропускают через него ток или как-либо на него воздействуют, то ему требуется время на то, чтобы вернуться в исходное состояние. Здесь большую роль играет симметричность конструкции кабеля. Огромную роль в создании качественного кабеля играет внимание к деталям в конструкции кабеля и тщательное соблюдение всех норм производителем. Даже самые простые кабели могут быть значительно улучшены с помощью умного подбора материалов и использования симметричной конструкции. И сегодня важнейшие правила взаимодействия механической и электрической переменных растяжения/сжатия остаются в силе при любом масштабе и в любой среде. Постоянное внимание к физическим условиям и состоянию среды, частое использование системы и ее размагничивание позволяют достичь равновесного состояния и оставаться в нем.
ЧАСТЬ 3.
КАБЕЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ: ПУСТЬ НЕРУШИМЫМ БУДЕТ НАШ СОЮЗ!
Большинство стандартных кабелей могут работать на протяжении многих лет без существенной потери качества. Такие кабели начинают ломаться приблизительно через такой же период времени, как, например, электроника в автомобиле. Топовые кабели, конструкции которых было уделено много внимания, могут работать десятилетиями без всякого вмешательства. Правда, гораздо раньше качество звука может ухудшиться в связи с проблемами с присоединением кабелей. Эти проблемы связаны с качеством металлов используемых на проводниках и разъемах.
Чаще всего проблемы, которые возникают с электроникой (при условии, что ей правильно пользуются), связаны с разъемами и припоем. Большая часть того, что нам известно о подобных проблемах, одинаково относится и к кабелям и к монтажным платам. Основная проблема — коррозия. Поверхность разъемов, проводников, плат больше всего подвергнута коррозии. Как и платы более высокого качества, разъемы обрабатываются лаком, что является неплохой защитой от коррозии. Но еще больше подвержены коррозии сплавы.
Сравнивая обжимное соединение и спайку, можно признать, что большинство обжимных разъемов лучше, чем паяные. Однако, технической точки зрения, припой намного превосходит обжимное соединение. Проблема состоит в том, что, только один тип припоя является на самом деле некой однородной субстанцией, а большинство припоев остаются соединениями двух разных по структуре веществ. Большинство припоев представляют собой неоднородный сплав олова и свинца, в том числе и популярный 60\40. Данный сплав при нагреве имеет две разные формы, так как один металл плавится лучше другого. Заметно, что один является жидким, а другой напоминает по консистенции жидкий цемент, и когда он остывает, между поверхностями возникает множество мелких контактов. Что, в свою очередь, является очень ненадежной и недолговечной конструкцией, и припой часто приходится переплавлять. В конце 60-х годов компания WESTERN-ELECTRIC нашла путь к решению данной проблемы, проблема была решена с изобретением действительно надежного эвтектического припоя 63/37. Он называется оловянно-свинцовый эвтектический припой. Этот припой представляет собой уникальный сплав, плавящийся и затвердевающий при более низкой температуре, чем каждый из его компонентов. При этом олово и свинец образуют единое целое. Сегодня на всех микросхемах применяется эвтектический припой 63/37. Надежность соединения становится еще больше, если поверхность, к которой припаивают разъем, покрыта одним из металлов, входящих в состав сплава. А именно так и обстоит дело с микросхемами, где проводники выполнены из олова.
Но с кабелями дело обстоит сложнее, потому что они делаются из меди и серебра. В 80-х годах появился эвтектический припой, составляющими которого стали олово, свинец, серебро и медь. Сегодня он широко применяется в кабелях и аппаратуре высшего класса, с конца семидесятых — начале восьмидесятых большая часть электронного оборудования уже изготавливалась с использованием этого припоя. При использовании данного припоя в микросхемах их надежность увеличилась в десятки раз, намного возросло и качество звучания аудиосистем.
Качество таких разъемов видно невооруженным глазом. Большинство сплавов блестят при плавлении, а когда затвердевают, то тускнеют. Но эвтектические сплавы блестят в ходе всей процедуры припайки, в том случае, если металл, к которому припаивают разъем, принадлежит к той же группе, что и один из металлов, входящих в состав сплава. Многие из используемых разъемов покрыты серебром с примесью родия. Однако в HI-END индустрии используются только серебряные и медные провода. Именно для таких проводов был разработан сплав олова, серебра, меди и свинца или 4-х компонентный сплав. При правильном использовании подобный припой обеспечивает самое точное воспроизведение звука с наименьшим уровнем шума и контактным сопротивлением. 4-х компонентный эвтектический припой продается в разной комплектации, с активной канифолевой поверхностью или же с плавнем на основе воды. Канифолевая основа идеально подходит для работы с большинством компонентов, которые после спайки не промывают водой. Канифоль так же является защитной оболочкой. А материал на водной основе необходимо смыть после завершения работы. В большинстве случаев я рекомендую использовать припои на канифолевой основе.
К сожалению, иногда нет возможности припаять все что угодно, но разъемы обязательно должны подвергаться этой процедуре. Главной проблемой в разъемах является напряжение, проходящее через них и вызывающее эрозию. В разъемах чаще всего используется золото, так как оно в наименьшей степени подвержено ржавлению, но оно далеко не панацея от эрозии. Золото мягкое и его поверхность не гладкая на молекулярном уровне, поэтому-то у него и есть цвет. Колебания напряжения вызывают эрозию (черные пятна на поверхности старых золотых разъемов — это подвергшаяся эрозии золотая пыль) и поверхность, на которую нанесено золотое покрытие, периодически нуждается в зачистке.
Чем выше напряжение и больше его колебания, тем быстрей ухудшается качество разъемов. Проблемы с контактами в микроволновом и радарном оборудовании очень давно заставили военных задуматься над разработкой более совершенных покрытий. Лучше всего для этой цели подходит родий. Он очень жесткий и гладкий, не подвержен ржавчине и эрозии, но очень дорог. Таким образом, решение, найденное военными, оказалось непригодно для техники, используемой в мирных целях. Сегодня родиевое покрытие применяется исключительно в самых дорогих кабелях, но неплохой результат достигается и с применением специального жесткого золота. Существует так же палладивый сплав, который почти настолько же хорош, как и родий. К сожалению, на дешевых разъемах в качестве покрытия применяется никель или же никель с добавлением мягкого золота для окраски. Никель намагничивается и намного уступает жесткому золотом, палладию и родию.
Чистота металлов так же влияет на долговечность кабеля. Металлы с примесями быстро изнашиваются. Срок работы длинных кабелей, таких как сетевые провода, составляет приблизительно 30 лет, а коротких — гораздо меньше. Особенно быстро изнашиваются области разъемов, где металл подвергался механическому воздействию и перепаду температур в результате сварки или зачистки.
И последнее, при нанесении чистого серебра и меди, использовании эвтектического припоя при низкой температуре, прокаливании и изоляции — долговечность кабелей обеспечена. Тщательное выполнение этих процедур гарантирует, что кабели будут работать десятки лет.
ЧАСТЬ 4
КАБЕЛЬ – ЭТО ПРОВОД ИЛИ ПРОВОДНИК?
Проводником в кабеле, как правило, являются различные металлы. И хотя фирма VAN DEN HUL одной из первых, предложила в межблочном соединении межблочном угольное волокно, это скорее исключение из правил. В абсолютном большинстве кабелей в качестве проводника используют всего два металла — медь и серебро. Сами собой угасли споры о важности чистоты этих металлов. В 1984 году HITACHI выпустила на рынок бытовой звукотехники межблочный SAX-102, который проявил больше детальности и прозрачности в звучании систем, чем существовавшие в то время обычные конструкции. Как было объявлено звуковому миру, проводники были изготовлены из бескислородной меди OFC – OXYGEN FREE COPPER. Дело в том, что присутствие кислорода в меди приводит к образованию включений, имеющих вентильный эффект, подобно включению диода на пути переменного тока. Электрические сигналы низкого уровня испытывают сильнейшие искажения в таком загрязнённом окислами проводнике.
Появление LC-OFC — LINEAL CRYSTAL OXYGEN FREE COPPER, бескислородной меди с длиннокристаллической структурой уменьшило проблему «электрических барьеров» между кристаллами. Слабая связь между ними создавала плохо проводящие промежутки, хотя и на атомарном уровне. Уменьшение числа этих «барьеров» с 1200 до 200 на метр длины проводника, по сравнению с OFHC – OXYGEN FREE HIGH CONDUCTIVITY, то есть — бескислородная высокопроводящая медь, существенно улучшило звучание аудиосистем.
Еще более новая технология PC-OCC – PURE COPPER OHNO CASTING — процесс непрерывной вытяжки меди из расплава, названный по имени изобретателя — японского профессора OHNO. Считалось, что проволока, полученная при такой технологии, имеет максимально длинные кристаллы, то есть длина одного кристалла может достигать десятков метров! Эта технология применяется в основном японскими производителями.
Один из ведущих производителей кабелей — американская фирма AUDIO QUEST разработала в 1988 году собственный процесс, подобный PC-OCC, назвав его FPC – FUNCTIONALLY PERFECT COPPER — функционально совершенная медь. Для проволоки из этой меди, применяемой в кабелях с обычным диаметром жилы 0,15-0,25 мм, ожидаемая длина кристалла — свыше 200 метров! А при диаметре проволоки 0,03-0,05 мм длина кристалла может достигает даже 1500 метров! Это относиться к меди типа LGC – LONG GRAIN COPPER. И последнее, что сумели сделать с медью специалисты AUDIO QUEST — FPC-6. Это медь с чистотой 99.99997% (по последним данным поставлен новый рекорд – немецкая фирма RESTEK добилась результата 7N). Ведутся работы над получением меди 8N (99,999999%).
Для качества чистоты меди применяется специальная шкала, например 99,99% или 4 «девятки» или 4N — довольно посредственное значение
Форма проводника может существенно повлиять на качество передачи сигнала. Каждая фирма, разрабатывающая кабели, почти всегда держится какой-либо одной идеи, теоретически оправданной и подтверждённой практически. Быть может, и получился бы идеальный кабель, если все идеи реализовать в одном куске провода, но…
В последнее время получила распространение идея использовать в кабеле цельный проводник. При этом диаметр жилы не превышает, как правило, 0.8 мм. Такое ограничение имеет целью уменьшение «скин-эффекта». Он проявляется в изменении плотности тока по внутреннему сечению жилы. Происходит как бы выдавливание тока на поверхность проводника с ростом частоты. На высокой звуковой частоте (порядка 20 кГц) плотность тока в центре проводника диаметром 1 мм уменьшится на 60%. В результате с изменением частоты сигнала изменяется эффективное сечение проводника, а стало быть, его сопротивление. Таким образом, для ВЧ и НЧ составляющих сигнала проводник будет иметь разное сопротивление. На слух будет не хватать деталей, звучание будет притуплённое, не открытое, сцена — плоская. Оригинальное решение этой проблемы — использование в кабеле оголённых целиковых проводников, не соприкасающиеся друг с другом. Диаметр одного проводника не более 0.8 мм. Чтобы уменьшить омическое сопротивление в акустических кабелях, необходимо лишь увеличить число жил. Некоторые фирмы применяют плоские медные ленты, обосновывая свой выбор тем, что в плоском проводнике скин-эффект практически отсутствует. Но в этом есть некоторое неудобство, например для акустических кабелей, применяется ленту шириной полтора дюйма (примерно 37 мм), так что кабель из двух таких лент, может иметь ширину более 80 мм! Ленточные проводники, могут быть завиты вокруг пластикового стержня в одну сторону по часовой стрелке. Магнитное влияние проводников при этом сведено к минимуму. Или прямой и обратный проводники представляют собой ленту, набранную из шести изолированных проводов. Одна лента навита на пластиковую трубку по часовой стрелке, другая — против часовой, пересекаются ленты под углом 90 град. Такая геометрия позволила резко уменьшить индуктивность и ёмкость кабеля, свела взаимодействие между прямым и обратным проводом к минимуму.
Ранее распространённая практика применения оголённых жил, свитых в тросик, в последнее время стала терять своих сторонников. Дело в том, что как бы плотно ни были свиты жилы, они имеют неидеальный контакт между собой. Контакт в этом случае эквивалентен сложной цепи из резисторов, конденсаторов и вентилей. Вентильный эффект, пропускание сигнала в одну сторону проявляется в нарушении однородности контакта, создавая на высоких частотах особые искажения. Такие кабели звучат сухо, с подчёркиванием шипящих звуков. Попытка уменьшить вентильный эффект серебрением медных проводников привела к новым проблемам. Оказывается, поведение меди и серебра различно с точки зрения проводимости. Такие кабели ухудшают восприятие глубины сцены.
Кроме всего вышесказанного, ток в несколько ампер в акустическом кабеле создаёт сильное магнитное поле. Это поле присутствует вокруг каждой жилы, так что каждый отдельный проводник динамически взаимодействует с лежащим рядом. Более мощные низкочастотные магнитные поля действуют на высокочастотные, модулируя, то есть изменяя их форму. При этом проводники на микроскопическом уровне притягиваются и отталкиваются. Контактное давление и порождаемые им контактные искажения также модулируются проходящим сигналом. Даже если мы сможем обеспечить абсолютную механическую жёсткость в многожильном кабеле, взаимодействие магнитных полей по-прежнему останется источником искажений, так как большая часть энергии, распространяющейся по кабелю, переносится как электромагнитное поле. Приемлемый выход — разнести жилы подальше, что и сделал в своё время D. MORECROFT. У этого кабеля целиковые жилы диаметром 0.4 мм разнесены на расстояние один дюйм (25.4 мм).
Более изящное решение, когда целиковые проводники в акустических кабелях завиты вокруг пластикового стержня, при этом не пересекаясь, не создавая контактных потерь. Каждая жила одета в изоляцию из полиэтилена, полипропилена или фторопласта, в зависимости от модели. Двойная толщина изоляции между проводниками также уменьшает магнитные взаимодействия. Или пучок плотно свитых тонких изолированных жил, когда толщина изоляции каждого проводника достаточна для резкого уменьшения магнитного влияния, эта технология получила название «Геометрия HYPERLITZ». Для межблочных кабелей проблема модуляции не стоит так остро в силу малых токов, однако, слаботочным сигналам немного и надо.
Надо отметить, что до сих пор наиболее распространённой конструкцией остаётся коаксиальная и витая пара. Какой бы ни была форма проводников, в результате они будут свиты между собой – «витая пара», либо расположены один в другом «коаксиальный кабель». Все остальные конструкции представляют собой более или менее удачные вариации.
Исторически в качестве изолирующего материала применялись промасленная или вощёная бумага, шёлк, резина. Воздушный диэлектрик по своим качествам является лучшим. Быть может, только в высоковольтной технике ему находят лучшую замену. В звукотехнике, в последнее время появились новые материалы, удачно сочетающие электрические свойства с механическими: синтетические каучуки и силиконовые резины, многочисленные ПХВ материалы, полипропилены, литые, вспененные и ленточные полиэтилены, фторопласты. В недорогих, среднего качества кабелях применяют ПХВ.
Материал диэлектрика имеет важное значение в межблочных и акустических кабелях. Любой диэлектрик в большей или меньшей степени поглощает и отражает энергию электромагнитного поля. Хорошо, если будет только поглощение — такие потери не сложно компенсировать. Но в том-то и дело, что материалы поглощают энергию в зависимости от частоты, и такая, частотнозависимая, компенсация просто невозможна. Лучше применить материалы, практически нейтрально ведущие себя вплоть до радиочастот (скажем, до частоты в несколько МГц). Но ведь диэлектрики ещё и отражают энергию! Если при этом возникает задержка по времени между поглощением и отдачей энергии обратно, то такой диэлектрик способен просто уничтожить звук! Возвращённая с задержкой энергия непредсказуемым образом взаимодействует с полем проводника в данный момент, внося серьёзные искажения. Идеальный проводник не должен иметь никакой другой изоляции, кроме вакуума. Применяемый диэлектрик должен быть электрически невидим, то есть не вносить в поле проводника никаких изменений.
Кроме уже перечисленных материалов, в последнее время применяются совершенно экзотические. Для изоляции проводников применил искусственное волокно с большим содержанием воздуха — MICROFIBER. Нашел свое применение в кабелях и GORTEX — сложного плетения волокно, образующее нечто вроде трубки, наполненной воздухом и вспененный фторопласт, специально разработанный для этой цели фирмой DU PONT.
Можно с уверенностью утверждать, что применение дорогих и сложных материалов оправдано одной целью — уменьшением электрической ёмкости между прямым и обратным проводом, либо между проводником и экраном. Параметр ёмкости наиболее важен в межблочных кабелях по двум причинам. При использовании длинного кабеля с высокой ёмкостью большинство источников сигнала (предусилители, CD-проигрыватели, тюнеры и др.) не способны «прокачать кабель». Возможны значительные частотные искажения. Однако искажения не зависят от кабеля напрямую, а появляются при его использовании. Поэтому никогда не будет лишним использовать кабель с малой погонной ёмкостью до 35 пФ/м. Вторая причина в том, что большая ёмкость обусловливает сильное поле между прямым и обратным проводом (и экраном), вследствие чего большая энергия остаётся в диэлектрике, подобно конденсатору. Не имеет значения, какой диэлектрик применяется в каждом конкретном кабеле, важно, чтобы электрические характеристики его были совершенны.
ЧАСТЬ 5.
КАБЕЛЬ – ПРОБЛЕМА ВЫБОРА.
Как мы уже описали выше, кабели оказывают непосредственно влияние на качество воспроизведения, и чем необходимо руководствоваться при их выборе? К сожалению, на этот вопрос очень трудно дать ясный ответ. Влияние кабелей невозможно однозначно определить по их техническим характеристикам. Оно зависит от того, где и как данный кабель используется. Необходимо учитывать характеристики усилителя, источника сигнала и системы громкоговорителей. По этой причине, например, существует весьма серьёзная разница между конструкцией кабелей, предназначенных для подключения источника слабого сигнала к входу усилителя, и кабелей, предназначенных для подключения акустических систем к выходу усилителя. Свойство кабеля можно с известной долей прощения охарактеризовать его сопротивлением, индуктивностью и ёмкостью. Эти три параметра оказывают существенное влияние на передачу сигнала по кабелю таким образом, что с их увеличением, в зависимости от свойств подключенных устройств, потери в кабеле могут возрасти.
В кабеле, соединяющем источник сигнала с входом усилителя, наибольшую роль играет ёмкость, на втором месте – индуктивность, а на последнем – сопротивление. В кабеле, соединяющем выход усилителя с громкоговорителем, наибольшее влияние оказывает сопротивление, затем — индуктивность, и лишь на третьем месте находится, за редким исключением, ёмкость. Их влияние, как правило, возрастает с ростом частоты. Все эти величины прямо пропорциональны длине кабеля, поэтому рекомендуется пользоваться кабелями минимальной длины. Разница между «входным» и «выходным» кабелем, кроме того, определяется тем, что входной кабель играет роль предохранителя этой части тракта от проникновения нежелательных паразитных сигналов. По этой причине входные кабели выполняются экранированными.
Вообще говоря, ёмкость кабеля обратно пропорциональна толщине изоляции или расстоянию между его проводниками. Она прямо пропорциональна сечению жил неэкранированного кабеля или сечению центральной жилы экранированного кабеля. Ёмкость весьма существенно зависит от материала изоляции кабеля. Она минимальна у кабелей с полиэтиленовой изоляцией и максимальна у кабелей из PVC — поливинилхлорида. Наиболее критична ёмкость кабеля, соединяющего звукосниматель с подвижным магнитом с входом усилителя. У звукоснимателя с подвижной катушкой этим влиянием можно пренебречь. У аналоговых кассетных магнитофонов, проигрывателей компакт-дисков и тюнеров влияние ёмкости зависит от конструкции аппарата. Как правило, оно тем меньше, чем выше качество аппарата.
Сопротивление кабеля обратно пропорционально площади сечения используемых проводников и удельной проводимости материала, из которого эти проводники изготовлены. Лучше всего электричество проводит серебро, электропроводность меди на 9% ниже. У входных кабелей сопротивление играет в целом незначительную роль, поэтому на качество этих кабелей серебрение проводников не оказывает существенного влияния, не говоря уже об изготовлении проводников из чистого серебра, но в принципе, этот вопрос довольно спорный.
Индуктивность возрастает при увеличении толщины изоляции, т.е. расстояния между проводниками и снижается при увеличении сечения проводника. Так же, как и ёмкость, величина индуктивности зависит от пространственного расположения проводников. Малой индуктивностью обладают коаксиальные кабели, а также кабели, состоящие из большого количества взаимно изолированных и переплетённых жил, обладающих, однако, большой собственной ёмкостью. Таким образом, конструкция кабеля является некоторым компромиссом между требованиями, предъявляемыми к индуктивности и сопротивлению, с одной стороны, и ёмкости, с другой стороны. У входных кабелей этот компромисс решается в пользу ёмкости.
Считается, что японские аудиофилы, в отличие от, например, европейских или американских, уделяют значительно меньше внимания таким компонентам звукового или видеотракта, как соединительные кабели. Считается, что аудиофилы, да и сами разработчики аппаратуры, весьма скептически относятся к техническим характеристикам, упирая на первостепенность впечатлений от прослушивания. Но что касается такого компонента тракта, как соединительный кабель, то количество цифр в цене может заранее многое сказать о качестве звучания.
Чаще всего для изготовления высококачественных кабелей используется бескислородную медь OFC или материалы на ее основе. В результате исследований в области материаловедения, физики и химии было установлено, что неискаженная передача электрического сигнала, в данном случае звукового или видео, определяется не только химической чистотой проводника, но и количеством дефектов и их распределением на атомарном уровне. Используя сложную термическую обработку после протяжки, технологам удалось снизить количество нарушений кристаллической структуры до единицы на миллион атомов и в тоже время увеличить длину кристаллов примерно в 100 раз по сравнению со стандартной медью 4N. Соответственно, чем меньше препятствий встречают электроны на своем длинном пути, тем меньше искажений вносится в сигнал и тем чище звучание.
Как правило, дорогие проводники требуют очень бережного и аккуратного обращения. Их нельзя резко перегибать, тянуть и т.д. Кроме того, на них весьма негативно сказывается нагрев от электронных компонентов, типа 100-ваттного усилителя. Перепады температуры приводят к постепенному изменению кристаллической структуры, т.н. «старению» металла, что, естественно, сказывается и на звуке. Но хитроумная конструкция кабеля, подобранные материалы изоляционных слоев делают их устойчивыми к деформациям и нагреву.
Большинство производителей аудио- и видеокабелей пытаются свести к минимуму потери и искажения, возникающие при прохождении сигнала. Но сделать этого в принципе невозможно, для некоторых производителей цель — гармонизировать искажения, чтобы они не влияли на музыкальные способности аудиотракта или разрешение картинки. И в этом тоже есть своя сермяжная правда. На словах все просто, но на деле потребовались годы и годы исследований, чтобы экспериментально, порой на слух, найти оптимальное сочетание проводников и изоляционных материалов, их диаметр и взаимное расположение Была разработана т.н. технология рассеянного спектра SPREAD SPECTRUM TECHNOLOGY, согласно которой укладка в одном рукаве нескольких проводников разной толщины заметно снижает характерные недостатки каждого из них.
Напомним, что вокруг любого проводника с током возникает электромагнитное поле, поэтому в многожильном кабеле — а в AV-технике других не бывает — все проводящие элементы влияют друг на друга. Возникают многочисленные отражения, отголоски полезного сигнала, ухудшающие микродинамику и разрешение тракта. SEMI-SOLID CONCENTRIC PACKING — плотная и равномерная концентрическая укладка относительно тонких жил, при которой их поля взаимно гасятся. По свойствам такая конструкция сходна с цельнометаллическим проводником, где искажения, обусловленные взаимовлиянием жил, отсутствуют полностью. Единственный недостаток, ограниченное сечение, поскольку толстый провод будет трудно согнуть. Но и эта проблема была решена. В новых моделях, реализован принцип HYPERLITZ, где монопроводники свиты таким хитрым образом, что скин-эффект и магнитное взаимодействие сведены к минимуму, и при этом кабель обладает необходимой гибкостью. Еще лучшие результаты дают COUTER SPIRALING HELIXES, когда две спирали проводников уложены навстречу друг другу в противоположных направлениях. «Горячие» и «холодные» шины неоднократно пересекаются, а не идут параллельно друг другу, поэтому перекрестное взаимодействие между плюсом и минусом всегда постоянно.
В интерконнектах токи незначительны, и вопрос магнитного взаимодействия не стоит так остро. Зато здесь полно других проблем: нужно надежно защитить слабый сигнал от внешних наводок, подавить фон и помехи, возникающие при соединении компонентов с различным потенциалом на корпусе, а в видео- и цифровых кабелях — малые потери на ВЧ и минимальные искажения формы импульсов. Самая простая конструкция – COAX, т.е. коаксиальная, где роль плюса выполняет центральный проводник, а экран служит минусом. В более совершенной SYMMETRICAL COAX вдоль экрана из фольги идет голый провод, с теми же волновыми свойствами, что и центральная изолированная жила, таким образом, соблюдается полная идентичность отрицательного и положительного путей прохождения сигнала. Такая двойная балансировка, или еще пуще — тройная, необходимы для обеспечения упомянутой выше идентичности при балансном подключении с помощью разъемов XLR. В обычной же схеме с тюльпанами RCA дублирование минусовой шины заметно улучшает свойства кабеля.
Традиционно, в аудиокабелях применяет исключительно чистые материалы, медь или серебро, а в цифровых и видео — также и посеребренную медь. Как правило, все межблочники стоимостью до $1000- медные, а в более дорогих используется серебро. Та же тенденция наблюдается и в кабелях подключения спикеров. Металл подвергается очистке и проходит несколько стадий обработки для оптимизации кристаллической решетки. Например, длиннозернистая медь LGC, является одной из разновидностей бескислородной, но благодаря внутреннему строению обладает очень низкими искаженями. Еще лучше FPC — FUNCTIONALLY PERFECT COPPER, или функционально чистая медь, имеющая мелкозернистую структуру. Она дает более прозрачное звучание с улучшенными динамическими контрастами. Существует разновидность FPC-6. т.е. со степенью очистки «шесть девяток», исключительно чистый (99,99997%) и мягкий металл, из которого делались лучшие бюджетные модели. Превзойти ее может только PSC – PERFECT SURFACE COPPER, или медь с идеальной поверхностью. Еще в 1985-м, разработали концепцию, согласно которой максимальная плотность спектра звукового сигнала приходится на внешнюю поверхность проводника, поэтому от ее качества в значительной степени зависит музыкальность кабеля. Теория была не раз подтверждена экспериментально: медные жилы из «шести девяток, изготовленные методом вытягивания из расплава, а не волочением через фильеру, показали такой результат, что от него пришли в восторг даже видавшие виды меломаны. Для самых совершенных и, разумеется, дорогих кабелей позже был создан более чистый вариант меди PSC+ и венец творения — PSS — PERFECT SURFACE SILVER, т.е. серебро с идеальной поверхностью.
На любой материал обладает способностью поглощать энергию, а ведь именно ее и надо передать от одного аппарата к другому. Рассмотрим вкратце свойства диэлектриков, которые используются в современном кабелестроении. Самый недорогой и наиболее распространенный, несомненно, PVC – POLYVINYL CHLORIDE, известный у нас как ПВХ. Обладает повышенным поглощением на высоких частотах, но неплохо работает в аудио из-за неагрессивного характера искажений. Полиэтилен, или РЕ, поглощает меньше энергии, чем PVC, и звучит немного мягче. Фирменная «фишка» — вспененный полиэтилен, или FOAMED РЕ. Как известно, лучшим диэлектриком является воздух, поэтому наличие пор существенно улучшает свойства изоляции кабеля, делая звук чище и динамичней. Следующий шаг в этом направлении — применение полиэтиленовых трубок, надеваемых на металлический проводник с большим зазором. При этом воздух становится основным изолятором.
Но полиэтилен — самый идеальный материал и все же оказывает некоторое негативное влияние на звук. А вот в сочетании с абсолютно инертным тефлоном удается получить еще более высокие характеристики кабеля.
Почти во всех кабелях, дороже $100 используется низковольтная сварка при токе 8000 А. При этом металлы начинают взаимодействовать на молекулярном уровне, образуя однородную монолитную структуру. Сами коннекторы изготавливаются из монокристаллической меди с последующим серебрением или золочением, причем часто одна и та же марка кабеля выпускается в двух вариантах.