Метод водопровода. Кабели в High End Audio. Часть 2-я

В первой части мы с вами узнали, что незаметность соединительных кабелей и простота поставленных перед ними задач вовсе не должна вызывать к ним пренебрежения. Нет, наоборот: кабель — полноправный участник системы воспроизведения звука и его влияние на конечный результат вполне осязаемо. Как можно объяснить, что простое перемещение сигнала по проводникам — от разъема к разъему — сопровождается его, сигнала, изменениями?

1. Протекание электрического тока в кабеле, представленном эквивалентной электрической схемой (емкость, индуктивность, сопротивление).
Ученые-основатели теории электрических цепей Ом, Ампер, Лейден и иже с ними в свое время создали модель протекания тока в проводнике и предложили удобную схему замещения его набором стандартных электроэлементов: сопротивления, емкости и индуктивности. Рассмотрим элементы этой схемы с точки зрения аудиотехники.


Сопротивление кабеля зависит от площади сечения проводника и практической роли при переносе аудиосигнала в hi-fi-системе не играет. В межблочных кабелях, где передается напряжение и входные сопротивления цепи передачи относительно велики, это более чем очевидно. В кабелях от усилителя к АС, переносящих ток, сопротивление может оказывать негативное влияние, но только в случаях явной диспропорции между назначением и использованием кабеля.

Емкость и индуктивность зависят от взаимного расположения проводников и других геометрических свойств кабеля целиком. Забавно, что индуктивность минимальна, когда "прямой" и "обратный" провод максимально близки друг к другу, а емкость в этот момент максимальна. Иначе говоря, геометрическое противоречие не позволяет одновременно снижать и емкость, и индуктивность — возможен лишь компромисс.
Сопротивление кабеля вместе с его емкостью или индуктивностью могут образовывать на пути сигнала фильтрующие цепи, но до определенного предела паразитная емкость кабеля не оказывает никакого влияния на прохождение по нему аудиосигнала. Индуктивность меняет сигнал всегда, хотя и очень слабо.

Для кабеля, несущего малые сигналы (от проигрывателя к усилителю, например), паразитная емкость более опасна как возможный фильтр, а для прохождения мощных сигналов в кабеле от усилителя к акустическим системам более неприятна индуктивность.
В последнем случае, правда, следует еще и помнить о том, что кабель вместе с акустической системой является нагрузкой для усилителя, а для некоторых схем усилителя превышение определенной величины емкости может вызвать потерю стабильности и самовозбуждение.
Итак, емкость и индуктивность кабеля будут влиять проходящий по нему сигнал и менять его амплитуду и фазу — особенно на более высоких частотах. Величина этого влияния в подавляющем большинстве случаев будет весьма невелика. Судя по всему, не особо велик и вклад паразитных электрических элементов кабеля в ущерб, нанесенный субъективному качеству звука.

И что это за вывод?! — спросите вы. — Правы те, кто говорил, что кабели лишь функция и не отличаются принципиально друг от друга?

Не совсем так. Даже по взглядам из эпохи Ома и Ампера небольшие различия в переносе сигнала по разным кабелями существуют. Но дело даже не в этом. Нельзя не отметить, что данная модель переноса сигнала возникла еще в XVIII-XIX веке, когда не особо задумывались о дуализме "волна-частица", фононах и квантовой механике. Да и никакой аудиоаппаратуры тогда и близко не предвиделось, так что кроме закона Ома для описания процессов в аудиокабеле требуется что-то еще.
Известное из телефонии волновое сопротивление кабеля, вычисляемое из тех же емкости, индуктивности и сопротивления, для сигналов звуковой частоты, передаваемых по кабелю между аудиокомпонентами, значения не имеет. В подавляющем большинстве случаев компоненты согласованы по сопротивлению при любом применяемом кабеле.
Повышенная емкость кабеля может вызвать искажения сигнала, причем возникнут они не в самом кабеле, а как следствие его появления в системе источник сигнала—нагрузка.
Ну и наконец, чем короче кабель, тем меньше его емкость, так что при длине соединения 0,5—1 м, она влиять, скорее всего, не будет.

2. Появление и взаимодействие полей в кабеле. Скин-эффект. Электростатическое и электромагнитное поле кабеля.
Электрический потенциал переносится как ток внутри проводника и как поле за его пределами. С этим связаны несколько явлений, влияющих на переносимый сигнал.

Поверхностный эффект. Максимальная плотность тока, и рождаемого им электромагнитного поля, приходится на поверхность проводника. Снижение плотности тока в центре проводника зависит от частоты передаваемого сигнала и на звуковых частотах не так уж велико. Тем не менее, поверхностный эффект даже на сравнительно низких звуковых частотах приводит к тому, что частотные компоненты аудиосигнала проходят через проводник "с дискриминацией". Иначе говоря, низкочастотные сигналы в кабеле чувствуют себя вольготно в любом месте сечения проводника, а вот высокие частоты выталкиваются к поверхности, особенно в случае более толстых проводящих жил (превышающих в сумме 0,8 мм), а значит текут по более "узкому" месту с более высоким сопротивлением переменному току (импедансом).
Вернемся к тому, что протекание тока вызывает появление электромагнитного поля. И не его одного — проводник окружен диэлектриком, а значит возникает еще и электростатическое поле. Поля эти взаимодействуют друг с другом и с сигналом переменного тока, текущим в кабеле. В результате неизбежно являются искажения сигнала, пусть и небольшие, но вполне вероятно, что важные.

3. Кабель как конденсатор. Накопление и разряд емкостного заряда.
Любой кабель можно назвать устройством накопления заряда, то есть конденсатором. Ведь по определению, конденсатор — это два проводника, разделенные непроводником. В зависимости от протекаемого сигнала наш "кабельный" конденсатор то заряжается (запасает энергию), то разряжается (отдает энергию). Заряд конденсатора особо не мешает протеканию аудиосигнала, а вот разряд... Он впрыскивается в полезный сигнал, да еще в противофазе непонятного вида новый сигнал. Естественно такая "подпитка" приводит к искажениям. Величина их будет зависеть от свойств диэлектрика кабеля, то есть от того:
1. хранит ли он всю запасенную энергию или часть ее преобразуется в тепло;
2. насколько сильно зависит от частоты величина "обратного разряда", насколько долго он задерживается в "кабельном конденсаторе", насколько "противофазен" он полезному аудиосигналу.
Емкостной разряд является серьезным фактором, существенно "портящим" сигнал.

4. "Скорость" кабеля
Электрический потенциал распространяется в кабеле с конечной скоростью, причем эта скорость зависит от материала диэлектрика. В вакууме она была бы равна скорости света, в реальных условиях она несколько меньше. Если скорость распространения сигнала в разных кабелях разная, то, вероятно, есть оптимальное значение этого параметра, при котором переносимый сигнал подвергается минимуму вмешательства. Есть два противоречивых подхода к данному оптимуму. Первый заключается в том, чтоб скорость распространения сигнала от разъема до разъема была максимальна, второй упирает на идентичность скоростей броска самого сигнала по кабелю и его "тени" в пространстве поля в диэлектрике.


На этом пока закончим. В следующей части мы покажем, что и практическая реализация кабеля — материалы его проводника и диэлектрика, например — может влияет на правильность передачи сигнала не меньше, чем электрические или полевые характеристики.

продолжение...

Допускается использование статей с обязательной активной ссылкой на pult.ru