piątek, 9 października 2015

Kable sygnałowe analogowe

Kable Cinch wzięły swą nazwę od rodzaju wtyczek, które są też nazywane RCA. Ten typ wtyczek to standard dla urządzeń Hi-fi. Urządzenia Hi-fi są wyposażone standardowo w gniazda Cinch, natomiast kable we wtyczki Cinch. Od tego standardu odchodzi się bardzo rzadko. Jeśli chodzi o sam kabel, to mamy do czynienia z jednożyłowym przewodem z oplotem, który służy jako masa oraz ekran izolujący żyłę sygnałową od zakłóceń. Do urządzenia stereo potrzeba dwóch takich kabli, które zazwyczaj są łączone parę, gdzie obok siebie biegną dwa izolowane przewody. Żeby sprawdzić jaki wpływ na brzmienie może mieć taki kabel zaczniemy od wyjścia urządzenia odtwarzającego, np. odtwarzacza CD lub SACD.

Odtwarzacz podaje na wyjście napięcia około 1V, natomiast w przypadku poprawnie skonstruowanych urządzeń opór wyjściowy Ra ma wartość poniżej 100 Ohmów, a dla kiepsko skonstruowanych odtwarzaczy do 5 kΩ . Napięcie wyjściowe jest doprowadzone do gniazda przez ścieżkę obwodu drukowanego lub wewnętrzny kabel. Na kontakcie wtyczki z gniazdkiem można wykazać opór Rs1 wynoszący zaledwie kilka miliomów(tysięczna część Ohma). Z tego powodu masywne i pozłacane wtyczki są bez sensu. Również złącza wykonane ze złota są mało praktyczne, gdyż równie dobry kontakt gwarantują złącza niklowane, które z kolei mają tą zaletę, że są tańsze. Pozłacane kontakty mają jedynie taką zaletę, że nie poddają się korozji i dlatego nie ma potrzeby, jak w wypadku złączy niklowanych, żeby raz na kilka lat wyjąć i ponownie włożyć wtyczkę, aby przywrócić pełną sprawność połączenia.

Kabel ma pewną oporność Rk oraz również pojemność Ck. Zupełnie pomijalna jest natomiast indukcyjność Lk. Mamy też wreszcie pewną oporność przy kontakcie wtyczki z gniazdem wzmacniacza Rs2. Sam wzmacniacz ma z kolei opór wejściowy Re oraz pojemność Ce. Schemat połączenia odtwarzacza ze wzmacniaczem będzie wyglądał w taki sposób:



Leżące w szeregu opory Ra, Rs1 i Rk można zsumować w jeden, który nazwiemy Ra'. Opórr Rs2 tworzy dzielnik napięcia wraz z oporem wejściowym Re. Ponieważ wartość Re zazwyczaj wynosi 100kΩ lub więcej, to wartość Rs2 wynosząca maksymalnie 100 mΩ będąca co najmniej milion razy mniejszą, to redukcja napięcia nie może wpłynąć na brzmienie, a jedynie na minimalne obniżenie poziomu, którego to jednak nie można w żaden sposób usłyszeć, a jedynie przy użyciu dużego nakładu środków – zmierzyć. Wynosi ono mniej niż 0,0001% lub -0,000009 dB. Dlatego można Rs2 traktować jako niewystępujący. Ck, Re i Ce leżą równolegle dlatego kondensatory Ck i Ce można zsumować w jeden, który oznaczymy Ce'. Lk tworzy z tym Ce' (a więc Ck i Ce) zasadniczo filtr dolnoprzepustowy. Wartość Lk jest bardzo mała, bo wynosi kilka miliardowych henra, podczas gdy przy długości kabla 1 metr Ck wyniesie maksymalnie 200 pF, natomiast typowa wartość Ce może nieznacznie przekroczyć 100 pF. Z tego wynika dla Ce' maksymalnie 300 pF. Jeśli przyjmie się dla Lk 250 nH, co jest wartością stosunkowo dużą, to otrzymamy jako częstotliwość graniczną ponad 18 MHz (=18.000.000 Hz), czyli w górnym zakresie fal krótkich. Jest to wartość tak wysoka, że indukcyjność kabla można w ogóle pominąć. Dokładnie rzecz biorąc Lk wraz z opornością wejściową Re tworzy filtr dolnoprzepustowy. Jego częstotliwość graniczna jest tak wysoka przy swoich 63 GHz (=63.000.000.000 Hz), że nawet przy obecnym stanie techniki tego rzędu częstotliwości są osiągalne z pewnym trudem (w tym zakresie pracują niektóre ekstremalnie krótkofalowe radary). Wobec powyższego otrzymujemy następujący schemat zastępczy, w którym pozostawiono jedynie te elementy, które mogą mieć wpływ na brzmienie.



Z rysunku wynika, że chodzi o dzielnik napięcia (Re i Ra') i filtr dolnoprzepustowy (Ra i Ce'). Dzielnik napięcia z punktu widzenia brzmienia nie ma znaczenia, bo spowoduje jedynie minimalne obniżenie głośności (na tej zasadzie funkcjonuje regulacja głośności). Przy wartości 5 kΩ dla Ra' (co jest wartością bardzo wysoką i w praktyce raczej niespotykaną, najczęściej mamy do czynienia ze 100Ω) i 100kΩ dla Re osłabienie wyniesie niecałe 0,5 dB. Jednak filtr dolnoprzepustowy mógłby mieć wpływ na brzmienie. Przy tzw. filtrze RC formuła do obliczenia częstotliwości granicznej, gdzie wystąpi osłabienie o 3 dB wygląda w taki sposób:



Przy powyżej przyjętych wartościach (Ce' = 300 pF, Ra' = 5 kΩ) otrzymuje się częstotliwość graniczną ponad 100 kHz. Skutki brzmieniowe, gdyż jest to częstotliwość 5x większa od najwyższej częstotliwości słyszalnej, są wykluczone. Żeby wytworzyć za wszelką cenę jakieś skutki dźwiękowe trzeba sięgnąć po zupełnie drastyczne środki. Należałoby wziąć jakiś kompletnie skopane źródło dźwięku z opornością wyjściową 10 kΩ i poprowadzić sygnał do wzmacniacza przez kabel o długości 5 metrów. Ponieważ przyjęliśmy dla kabla bardzo niekorzystną wartość 200 pF (fatalny kabel) na metr, to dla samego kabla pojemność wyniesie znaczne 1000 pF, co da nam Ce' 1100 pF. Z tymi parametrami, które już same w sobie budzą grozę, otrzymujemy wreszcie częstotliwość graniczną 14,5 kHz czyli wartość, której skutki niektórzy słuchacze byliby w stanie usłyszeć. Jednak wiele osób nie zauważyło by nawet tej różnicy, ponieważ dla 14,5 kHz mamy osłabienie o 3dB (osłabienie, a nie obcięcie do tej częstotliwości) a ponadto dla wielu osób najwyższa słyszana częstotliwość leży poniżej tej wartości.

Jak widać, żeby kabel mógł mieć jakiś wpływ na brzmienie musi być uwzględnionych kilka bardzo niekorzystnych czynników. Mówiąc wprost – odtwarzacz z oporem wyjściowym 10 kΩ to złom, którego należy się pozbyć, natomiast stosowanie ekstremalnie długiego i tandetnego kabla nie ma sensu. Zamiast niego znacznie lepiej jest użyć kabli dołączonych do odtwarzacza. Poza tym taki kabel, jak uwzględniono w obliczeniach, w praktyce nie istnieje. Warto jednak zauważyć, że w sprzęcie hi-end są odtwarzacze, które mają dość wysoką oporność wyjściową. W takim przypadku należy jedynie zaopatrzyć się w kabel o małej pojemności. Można go zresztą sobie zrobić samodzielnie. Do tego celu nadaje się świetnie kabel RG-59.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz