Когда дело доходит до аудиофильских кабелей, люди часто сталкиваются с мифами и субъективными мнениями. Мнения разделились до крайней степени: одни считают, что различия между кабелями — это просто фантазия, а другие готовы спорить до хрипоты о тончайших нюансах звучания. В этом споре голословные утверждения мало что проясняют.
Объективные измерения позволяют взглянуть на проблему с научной точки зрения. Они помогают перевести разговор из области веры в область проверяемых фактов. Для измерения конкретных электрических параметров кабеля, таких как его сопротивление, ёмкость и индуктивность, используются приборы.
Эти цифры — это больше, чем просто цифры; они напрямую связаны с тем, как кабель влияет на сигнал, идущий от усилителя к колонкам. Понимание этих цифр позволяет нам принимать разумные решения, отделяя реальные физические характеристики кабеля от мифов, рассказанных о нем в рекламе.
Важно помнить, что измeрения — это инструмент, а не конечная истина; они показывают, что именно кабель делает с сигналом, но не говорят, понравится ли вам результат на слух. Однако без них разговор о кабелях часто заходит в тупик субъективных ощущений.
Акустический кабель – измерения
Начало
Я уже написал статью о скин-эффекте: Скин-эффект в аудиокабелях: что это такое, откуда он берется и почему нам не нужно бояться его. Я также измерил скин-эффект на некоторых аудиокабелях, и результаты измерений представлены в статье Реальный скин-эффект в кабелях. Эти результаты подтверждают теорию, что скин-эффект в аудиокабелях почти не проявляется, и опасаться его не имеет смысл
Основным препятствием для аудиокабеля является его индуктивность. Увеличение индуктивного сопротивления с частотой приводит к повышенному затуханию сигнала в аудиокабеле на высоких частотах, поэтому имеет смысл производить кабели со сниженной индуктивностью, а не со сниженным скин-эффектом. Однако на самом деле производители делают то, что выгодно им, а затем убеждают нас покупать именно те кабели,
В статьях, приведенных по ссылкам выше, реальные измерения проводились только на нескольких частотах, что сделало результаты менее наглядными. Поэтому я выбрал четыре наиболее известных аудиокабеля и измерил их свойства. Два из этих кабелей были включены в предыдущие измерения, так что можно сравнить результаты экспериментов. Еще один кабель был включен в измерения.
Все кабели медные и предназначены для использования в аудиорежиме.
Аудиокабели
Первый кабель, показанный на рисунке 1, является недорогим, но вполне приличным кабелем сечением 2,5 мм2, который стоит примерно 2–3 доллара за метр. Он рекомендуется использовать, если расстояние от усилителя до колонок составляет 3–5 метров, особенно для колонок с низким омом. Этот кабель похож на «обычный» кабель, который мы рассматривали раньше.
На графиках кабель называется «2,5 мм2».
Рис. 1.
Второй кабель немного лучше. Рис. 2 показывает, что его проводники изготовлены из свитых пучков лужённой и обычной меди, что довольно эстетично. Кроме того, изоляция кабеля квадратного сечения является более «благородной». Кроме того, на кабеле есть указатели OFC и Hi-Fi. Покупатель доволен, хотя очевидно, что писать можно все, что угодно. Такая конструкция кабеля не предлагает никаких технических преимуществ. Кабель такого сечения рекомендуется использовать, если расстояние от усилителя до колонок составляет не более 3 метров.
Это также обычный дешевый акустический кабель, который стоит примерно 1,5–2 доллара за метр.
На графиках кабель называется «1,5 мм2».
Рис. 2.
Третий кабель, показанный на рис. 3, еще более великолепен, но тем ужаснее, что он монстр! На самом кабеле написано: MONSTER. В этом кабеле приняты меры, чтобы снизить поверхностный эффект. На рис. 4 показано, что тонкий (порядка 1 мм) полиэтиленовый стержень служит центром кабеля, а обычные медные проводники расположены поверх него. Таким образом, медь переносится в наружный слой кабеля, где течет максимальный ток, из его центральной области, «где ток не течет».
На графикаx кабель называется «Low skin».
Рис. 3. 
Рис. 4.
В предыдущем тестировании кабелей этот кабель показал немного меньший скин-эффект, чем у обычного кабеля.
На рисунке 5 показано устройство четвертого кабеля со сниженной индуктивностью. Эти четыре кабеля сечением 0,75 мм2 сложены вместе таким образом, что прямые проводники одного кабеля (красные) находятся над обратными проводниками другого кабеля (синие). При таком расположении проводов их магнитные поля вычитаются и компенсируются. В результате общее магнитное поле этого сложного кабеля составляет
Рис. 5.
Внешний вид этого кабеля, который также был использован в предыдущем исследовании, показан на рисунке 6, поскольку он состоит из проводников небольшого сечения, что снижает скин-эффект.
На графикаx кабель называется «Low L».
Рис. 6.
Измерения аудиокабелей
Рисунок 7 показывает пример результатов измерений. В принципе, такие результаты вполне приемлемы. Однако для большего удобства я экспортировал результаты измерений в Microsoft Excel и создавал там более простые и понятные графики.
Рис. 7.
Измерения проводились в диапазоне от 100 Гц до 100 кГц, и использование более высоких или более низких частот не имело смысла. Шаг по оси частоты был равен 1/6 октавы, что обеспечило отличное разрешение по частоте. На рисунке 8 показано шестьдесят точек, в которых проводились измерения; для большей наглядности эти точки не показаны на других графиках.
Рис. 8.
Результаты измерений
На рис. 9 показаны результаты измерений каждого из четырех кабелей. Измерялись два параметра:
— активное (омическое) сопротивление, которое на графиках изображается символом «R».
— реактивное (индуктивное) сопротивление. На графиках это сопротивление обозначается знаком «X».
На самом конце шкалы измерения отображаются значения сериесных последовательных сопротивлений Rs и Xs (рис. 7). Это не имеет значения для измерения активного и индуктивного сопротивлений кабеля; однако когда дело доходит до измерения ёмкости, я расскажу об этом подробнее.
Рис. 9.
Сам по себе рисунок 9 очень интересен, но им трудно пользоваться из-за того, что каждый кабель имел разное сечение провода и длину — от 10 до 12 метров. Поэтому я показываю дальше графики обработанных результатов измерений.
Для большей ясности я привел параметры каждого кабеля к его активному сопротивлению на частоте 100 Гц. То есть все последующие графики показывают изменение сопротивления каждого кабеля по отношению к его активному сопротивлению R на частоте 100 Гц. В этом случае на результаты не влияет ни длина, ни сечение кабеля, а только его конструкция.
Начнем, конечно же, с самого пугающего и пугающего скин-эффекта.
Скин-эффект
На рис. 10 показано относительное изменение активного сопротивления R кабеля в зависимости от частоты. Помните, что из-за влияния скин-эффекта активное сопротивление кабеля должно расти.
Так и есть, сопротивление кабеля увеличивается с частотой. Я не могу объяснить эти «волны» на графиках сейчас, потому что, возможно, это связано с тем, что я не откалибровал измерительное оборудование должным образом или что какие-то неучтенные эффекты проявляются. Но это не очень важно: я не ставлю целью измерить мои кабели абсолютно точно. Цель этой работы — еще раз продемонстрировать принцип. Еще раз продемонстрировать тот факт,
Рис. 10.
Таким образом, скин-эффект проявляется тем, что активное сопротивление кабеля увеличивается с увеличением частоты. В самом худшем случае, на частоте 20 кГц, самое низкое сопротивление кабеля увеличилось на 13%. Это много, или мало? Самый дорогой кабель в этом отношении увеличил сопротивление на 5% на частоте 20 кГц.
Но это относительное изменение сопротивления. Для самого слабого из наших кабелей сопротивление упало с 127 мОм на частоте 100 Гц до 144 мОм на частоте 20 кГц, что означает, что по сравнению с сопротивлением нагрузки (на которое скин-эффект влияет в первую очередь), изменилось с величины 100 Гц до 127 мОм.
На рис. 10 показано изменение сопротивления кабеля, поэтому оно выглядит значительным. На рис. 9 показано чистое изменение сопротивления.
Индуктивность аудиокабеля
Индуктивное сопротивление каждого кабеля увеличивается с частотой, что является нормальным для индуктивности, как показано на рисунке 9, где тонкие штриховые линии показывают индуктивное сопротивление кабеля; индуктивное сопротивление является положительным, тогда как ёмкостное сопротивление, которое мы рассмотрим позже в статье, имеет отрицательный знак.
На рисунке 11 показаны графики, нормированные к активному сопротивлению кабеля на частоте 100 Гц, что позволяет сравнить между собой все изменения сопротивления.
Рис. 11.
На рисунке 11 показано, что у кабелей, в которых не принимались меры по снижению индуктивности, индуктивное сопротивление превышает активное на частотах от 4 до 6 кГц. С ростом частоты это индуктивное сопротивление продолжает расти, и к 20 кГц оно превышает активное в 3–6 раз.
Сравните: активное сопротивление кабеля, вызванное скин-эффектом, увеличилось на 1–13 процентов, а индуктивное сопротивление увеличилось в 3–6 раз! Что еще больше?
На частоте 20 кГц у кабеля со сниженной индуктивностью индуктивное сопротивление больше в 1,5 раза. Однако до частоты 10 кГц, которая составляет почти весь реальный звуковой диапазон, индуктивное сопротивление меньше.
Таким образом, с чем в реальности нужно бороться? Скин-эффектом или индуктивностью? Потому что в некоторых ситуациях снижение индуктивности, например, у моего кабеля, также приводит к снижению скин-эффекта.
Чтобы предоставить больше наглядности, я построил нормированные графики импеданса (полного сопротивления) кабелей, как показано на рис. 12. Вы можете увидеть, как сопротивление увеличивается в 20–25 раз на частоте 100 кГц! Это результат индуктивности кабеля, а не скин-эффекта!
Рис. 12.
На самом деле этот пафик предназначен больше для психологического воздействия, потому что импеданс состоит из как активного, так и реактивного сопротивления, и каждое из них влияет по-своему. Следовательно, мы должны рассмотреть как активное, так и реактивное сопротивление кабеля по-отдельности, и это то, что я делаю. Рисунок 12 подтверждает мои утверждения.
Рисунок 13, который представляет собой тот же самый стандартный график импеданса, но нарисован в другом масштабе, показывает, что сопротивление кабеля увеличивается в 2–3 раза на частоте 10 кГц и в 3,5–6 раз на частоте 20 кГц. Все это происходит из-за влияния индуктивности, с кин-эффектом всего несколько процентов.
Рис. 13.
Реальная работа аудиокабеля
Мы доcтаточно хорошо рассмотрели акустический кабель сам по себе. Но через кабель подключаются громкоговорители. Как происходит совместная работа системы кабель + нагрузка? Насколько в этом случае влияет индуктивность кабеля? Влияние индуктивности на затухание сигнала я кабеле я рассматривал в предыдущей статье. Сейчас рассмотрю только сопротивления и фазовые сдвиги.
Я подключил нагрузку к кабелю через безиндуктивный резистор сопротивлением 8 ом. Результаты показаны на рисунке 14. Активное сопротивление системы остается практически неизменным, с наибольшим эффектом скин-эффекта на уровне 0,2%. Кроме того, индуктивное сопротивление обычного кабеля меньше, чем индуктивное сопротивление нагрузки на частоте 20кГц. Это много, или мало?
Рис. 14.
В случае, если сопротивление нагрузки равно 4 ома, влияние индуктивного сопротивления увеличивается. В этом случае влияние индуктивного сопротивления очень мало, и изменение амплитуды сигнала почти незаметно на слух. Однако это не означает, что все хорошо.
На рисунке 15 показана фазочастотная характеристика системы кабеля с нагрузкой. Как видите, сдвиг фазы составляет 5 градусов на частоте 20 кГц, а сдвиг фазы равен 10 градусам на нагрузке 4 ома, и это не заметно на слух.
Таким образом, влияние кабеля на работу нагрузки в принципе можно пренебречь. Инженеры говорят, что правильно изготовленный и подобранный кабель не влияет на звучание усилителя и колонок.
Рис. 15.
Некоторые вещи не так просто.
Наша система кабеля и нагрузки находится близко к «границе незаметности» влияния кабеля. Влияние кабеля на звук действительно можно услышать, если упустить характеристики кабеля.
Пуристы утверждают, что влияние кабеля на систему недопустимо, даже если оно такое незначительное. Они утверждают, что если мы согласимся с ними, то ситуация должна улучшиться, потому что улучшение — это хорошо, и мы должны согласиться, что это так. Рисунок 14 и 15 показывают кабель с низкой индуктивностью, который не влияет ни на амплитуду, ни на фазу сигнала.
Не каждый кабель такой. Попытка создать необычный кабель со сниженным скин-эффектом может повысить индуктивность, и тогда его влияние станет заметным. Подобный случай с дорогим кабелем описан в предыдущей статье.
Хороший звук — это не только про колонки и усилитель, но и про кабель, который всё это соединяет. Акустический кабель передаёт сигнал от усилителя к акустике, и его качество может слегка повлиять на звучание — особенно на длинных дистанциях или с чувствительной аппаратурой. Главное — не верить в магию толстых проводов или золотых наконечников, а смотреть на реальные параметры: сопротивление, толщину жилы, качество изоляции. Измерения помогают понять, насколько кабель справляется со своей задачей, а не насколько красиво он лежит в интерьере. В итоге — простой, правильно подобранный кабель без наворотов зачастую работает лучше, чем дорогой, но перегруженный обещаниями.
Ёмкость аудиокабеля
В предыдущих статьях я уже писал, что кабель, изготовленный из UTP-проводников, обладал практически нулевым скин-эффектом, очень малой индуктивностью и очень большой ёмкостью. К сожалению, эта статья не сохранилась, поэтому я провел измерения, чтобы убедиться, что ёмкость кабеля незначительна и незаметна на фоне его индуктивности. При работе с низкоомной нагрузкой ее можно
Как показано на рис. 16в, ёмкость кабеля связана с нагрузкой параллельно, а индуктивность связана с нагрузкой последовательно. На низких частотах, когда длина кабеля в несколько тысяч раз меньше длины волны, можно пренебречь эффектами распределения ёмкости и индуктивности по длине кабеля, используя схему замещения с сосредоточенными параметрами.
Если концы кабеля замкнуты – короткое замыкание, то ёмкость кабеля окажется замкнутой накоротко, и влиять не будет, рис. 16а. Работает только индуктивность. Если концы кабеля разомкнуты – холостой ход (рис. 16б), то основное сопротивление для протекания тока будет оказывать ёмкость. Влияние ёмкости будет максимально, а влияние индуктивности настолько мало, что им можно пренебречь. Это граничные условия. На работу кабеля с нагрузкой, влияют и индуктивность, и ёмкость (рис. 16в). Чем сопротивление нагрузки больше, тем ближе система к холостому ходу. При этом влияние ёмкости больше, а влияние индуктивности меньше. Чем сопротивление нагрузки меньше, тем ближе система к короткому замыканию. При этом влияние ёмкости меньше, а влияние индуктивности больше.
Рис. 16.
На рисунке 17 показано, как кабель работал с нагрузкой сопротивлением 100 ом и 200 ом. Нагрузка 100 ом была «низкоомной», что означает, что реактивное сопротивление кабеля плюс нагрузка было ёмкостным, а знак реактивного сопротивления был положительным для индуктивности. Сопротивление нагрузки 200 ом было «высокоомным», что означает, что реактивное сопротивление кабеля было положительным, что означает,
Рис. 17.
Таким образом, если сопротивление нагрузки меньше сто ом, ёмкость кабеля не будет иметь значения, потому что ее влияние полностью перекрывается индуктивностью кабеля.
Надо пояснить поведение графика на рисунке 17, чтобы не было неясностей. Из физики известно, что ёмкостное сопротивление с ростом частоты уменьшается. А красная пунктирная линия на рисунке 17 показывает обратное. Судя по графику, ёмкостное сопротивление кабеля с ростом частоты растёт. Это не ошибка. Дело в том, что на графике показано не ёмкостное сопротивление кабеля. График показывает так называемое Cs – вычисленное ёмкостное сопротивление, включённое последовательно в цепь. Для индуктивности всё получается прозрачно, индуктивность действительно включена последовательно, и измерения показывают истинные значения. Ёмкость включена параллельно нагрузке, поэтому реальная ёмкость кабеля (и её ёмкостное сопротивление) пересчитывается в эквивалентное последовательное сопротивление. Такое, какое будучи включённым последовательно с нагрузкой, даст аналогичный результат. Так работают многие измерительные приборы, и этот в том числе. Результаты можно было пересчитать в реальное параллельное ёмкостное сопротивление, но я не стал этого делать. Я не вижу в этом необходимости. Я уже говорил, что у меня другая цель.
Таким образом, ёмкость «обычного» кабеля не проявляется при подключении к реальной нагрузке. Таким образом, если ёмкость кабеля «правильная», то есть небольшая, как у обычного кабеля, то нет смысла о ней беспокоиться; ёмкость не имеет значения.
Чтобы понять, как акустический кабель будет работать с определенной акустикой или усилителем, необходимо использовать приборы для точной оценки его сопротивления, емкости и индуктивности. Эти измерения — это инженерная практика, а не гадание на кофейной гуще.
Однако важно помнить, что сухие цифры — это еще не вся картина. Конечный звук формируется в вашей комнате вашими ушами, а кабель с идеальными на бумаге характеристиками может не дать того самого «вау»-эффекта, который вы ищете. Поэтому измерения — отличный инструмент для отсева откровенно плохих вариантов и понимания физических основ.
В конце концов, самый разумный подход заключается в том, чтобы сохранить равновесие. Это означает, что вы должны основываться на измерениях как на надежном фундаменте, исключающем ненужные технические возможности. Наконец, вы должны сделать окончательный выбор, доверяя собственному слуху и восприятию живой музыки в вашей системе, потому что главная цель — удовольствие от звука, а не от цифр и графиков.
