Провод динамика используется для электрического соединения между громкоговорителями и аудиоусилителями . Современный провод динамика состоит из двух или более электрических проводников, индивидуально изолированных пластиком ( например , ПВХ , ПЭ или тефлоном ) или, реже, резиной . Два провода электрически идентичны, но маркированы для определения правильной полярности аудиосигнала . Чаще всего провод динамика имеет форму зип-корда .
Влияние акустического провода на передаваемый им сигнал было предметом многочисленных дискуссий в мире аудиофилов и любителей высококачественного звука . Точность многих рекламных заявлений по этим пунктам оспаривается инженерами-экспертами, которые подчеркивают, что простое электрическое сопротивление является, безусловно, самой важной характеристикой акустического провода.
Ранний акустический кабель обычно представлял собой многожильный медный провод, изолированный тканевой лентой, вощеной бумагой или резиной. Для портативных приложений использовался обычный ламповый шнур, скрученный в пары по механическим причинам. Кабели часто спаивались на одном конце. Другими окончаниями были клеммы , клеммные колодки и наконечники для обжимных соединений. Двухпроводные телефонные гнезда с наконечником и гильзой размером четверть дюйма стали использоваться в 1920-х и 30-х годах в качестве удобных окончаний. [1]
Некоторые ранние конструкции акустических кабелей имели еще одну пару проводов для выпрямленного постоянного тока , чтобы подавать электропитание на электромагнит в громкоговорителе. [2] По сути, все производимые сейчас громкоговорители используют постоянные магниты , практика, которая вытеснила громкоговорители с полевыми электромагнитами в 1940-х и 1950-х годах.
Провод динамика - это пассивный электрический компонент, описываемый его электрическим импедансом , Z. Импеданс можно разбить на три свойства, которые определяют его производительность: действительная часть импеданса, или сопротивление , и мнимая часть импеданса: емкость или индуктивность . Идеальный провод динамика не имеет сопротивления, емкости или индуктивности. Чем короче и толще провод, тем ниже его сопротивление, поскольку электрическое сопротивление провода пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения (за исключением сверхпроводников ). Сопротивление провода оказывает наибольшее влияние на его производительность. [3] [4] Емкость и индуктивность провода оказывают меньшее влияние, поскольку они незначительны по сравнению с емкостью и индуктивностью громкоговорителя. Пока сопротивление провода динамика поддерживается на уровне менее 5 процентов от импеданса динамика , проводник будет пригоден для домашнего использования. [4]
Провода для динамиков выбираются на основе цены, качества конструкции, эстетического назначения и удобства. Многожильный провод более гибкий, чем одножильный, и подходит для подвижного оборудования. Для провода, который будет открыт, а не проложен внутри стен, под напольными покрытиями или за молдингами (например, в доме), внешний вид может быть преимуществом, но он не имеет значения для электрических характеристик. Лучшая оболочка может быть толще или жестче, менее химически реактивной с проводником, менее склонной к спутыванию и более легкой для протягивания через группу других проводов, или может включать ряд методов экранирования для небытового использования. [ необходима цитата ]
Сопротивление, безусловно , является наиболее важной характеристикой акустического провода. [4] Акустический провод с низким сопротивлением позволяет большей мощности усилителя питать звуковую катушку громкоговорителя . Таким образом, производительность проводника, такого как акустический провод, оптимизируется путем ограничения его длины и максимального увеличения площади поперечного сечения. В зависимости от слуховых способностей слушателя, это сопротивление начинает оказывать слышимый эффект, когда сопротивление превышает 5 процентов от импеданса динамика. [4]
Сопротивление провода динамика учитывает сопротивление провода, путь провода и диэлектрические свойства местных изоляторов. Последние два фактора также определяют частотную характеристику провода. Чем ниже сопротивление динамика , тем большее значение будет иметь сопротивление провода динамика .
Если в больших зданиях для соединения динамиков и усилителей используются длинные провода, можно использовать акустическую систему с постоянным напряжением, чтобы уменьшить потери в проводке.
Более толстые провода снижают сопротивление. Сопротивление медного кабеля для подключения динамиков калибра 16 или более тяжелого не оказывает заметного влияния на длину 50 футов (15 метров) или менее в стандартных бытовых соединениях динамиков для типичного динамика сопротивлением 8 Ом. [4] Для алюминиевого или алюминиевого провода с медным покрытием для подтверждения этого утверждения необходим кабель калибра 14 или более тяжелый из-за более высокого удельного сопротивления. [4] По мере снижения импеданса динамика требуется провод калибра 14 или более тяжелый, чтобы предотвратить ухудшение коэффициента затухания — меры контроля усилителя над положением звуковой катушки.
Толщина или тип изоляции также не оказывают слышимого эффекта, если изоляция хорошего качества и не вступает в химическую реакцию с самим проводом (иногда было обнаружено, что некачественная изоляция ускоряет окисление медного проводника, увеличивая сопротивление с течением времени). [ необходима цитата ] Мощные автомобильные аудиосистемы, использующие 2-омные акустические схемы, требуют более толстого провода, чем домашние аудиосистемы с сопротивлением от 4 до 8 Ом.
Большинство потребительских приложений используют двухжильный провод. Общее правило заключается в том, что сопротивление провода динамика не должно превышать 5 процентов номинального сопротивления системы. В таблице ниже приведены рекомендуемые длины на основе этого руководства:
* Хотя теоретически более толстые провода могут иметь большую длину, рекомендуемая длина бытовых аудиокабелей не должна превышать 50 футов (15 м). [4]
Числа калибра в SWG ( стандартный калибр провода ) и AWG ( американский калибр провода ) уменьшаются по мере увеличения размера провода. Размеры в квадратных миллиметрах распространены за пределами США. Поставщики и производители часто указывают количество жил в своем кабеле. Провод с количеством жил 189 имеет площадь поперечного сечения 1,5 мм 2 , что соответствует 126,7 жил на мм 2 . [5]
Использование меди или алюминия с медным покрытием (CCA) более или менее универсально для акустических кабелей. Медь имеет низкое сопротивление по сравнению с большинством других подходящих материалов. CCA дешевле и легче за счет несколько более высокого сопротивления (примерно как у меди на два номера AWG больше). Медь и алюминий оба окисляются , но оксиды меди являются проводящими, в то время как оксиды алюминия являются изолирующими. Также предлагается бескислородная медь (OFC), продаваемая в нескольких сортах. Различные сорта позиционируются как имеющие лучшую проводимость и долговечность, но они не имеют существенных преимуществ в аудиоприложениях. [4] Широкодоступный медный провод C11000 Electrolytic-Tough-Pitch (ETP) идентичен более дорогому медному проводу C10200 Oxygen-Free (OF) в акустических кабелях. Гораздо более дорогой C10100, высокоочищенная медь с удаленными примесями серебра и сниженным до 0,0005 процента содержанием кислорода, имеет только один процент увеличения рейтинга проводимости, что незначительно в аудиоприложениях. [4]
Серебро имеет немного меньшее удельное сопротивление , чем медь, что позволяет более тонкой проволоке иметь то же сопротивление. Серебро дорогое, поэтому медная проволока с тем же сопротивлением стоит значительно дешевле. Серебро тускнеет, образуя тонкий поверхностный слой сульфида серебра .
Золото имеет более высокое удельное сопротивление, чем медь или серебро, но чистое золото не окисляется, поэтому его можно использовать для покрытия концов проводов.
Емкость возникает между любыми двумя проводниками, разделенными изолятором. В аудиокабеле емкость возникает между двумя проводниками кабеля; возникающие потери называются «диэлектрическими потерями» или «диэлектрической абсорбцией». Емкость также возникает между проводниками кабеля и любыми близлежащими проводящими объектами, включая домашнюю проводку и влажный бетон фундамента; это называется «паразитной емкостью».
Параллельные емкости складываются, и, таким образом, как диэлектрические потери, так и потери паразитной емкости в сумме дают чистую емкость.
Аудиосигналы являются переменным током и поэтому ослабляются такими емкостями. Ослабление происходит обратно пропорционально частоте: более высокая частота сталкивается с меньшим сопротивлением и может легче просачиваться через заданную емкость. Величину ослабления можно рассчитать для любой заданной частоты; результат называется емкостным сопротивлением , которое является эффективным сопротивлением, измеряемым в омах:
где:
В этой таблице показано емкостное сопротивление в Омах (чем выше, тем ниже потери) для различных частот и емкостей; выделенные строки представляют потери более 1% при 30 вольт среднеквадратичного значения:
Напряжение на акустическом проводе зависит от мощности усилителя; для усилителя мощностью 100 Вт на канал напряжение будет составлять около 30 В RMS. При таком напряжении потеря в 1 процент произойдет при 3000 Ом или менее емкостного сопротивления. Поэтому, чтобы поддерживать слышимые (до 20 000 Гц) потери ниже 1 процента, общая емкость в кабеле должна поддерживаться ниже примерно 2700 пФ.
Обычный шнур лампы имеет емкость 10–20 пФ/фут, плюс несколько пикофарад паразитной емкости, поэтому 100-футовый отрезок (200 футов проводника в целом) будет иметь менее 1 процента емкостных потерь в слышимом диапазоне (100 футов * 20 пФ/фут = 2000 пФ, а 2000 пФ < 2700 пФ). Некоторые высококачественные акустические кабели имеют более высокую емкость, чтобы иметь более низкую индуктивность; типично 100–300 пФ, в этом случае емкостные потери превысят 1 процент для отрезков длиной более 10 футов (10 футов * 300 пФ/фут = 3000 пФ, а 3000 пФ > 2700 пФ).
Все проводники имеют индуктивность , что приводит к внутреннему сопротивлению изменениям тока. Это сопротивление называется индуктивным сопротивлением и измеряется в омах. Индуктивное сопротивление зависит от того, насколько быстро меняется ток: быстрые изменения тока (т. е. высокие частоты) сталкиваются с более высоким индуктивным сопротивлением, чем медленные изменения (низкие частоты). Индуктивное сопротивление рассчитывается по этой формуле:
где:
Аудиосигналы являются переменным током и поэтому ослабляются индуктивностью. В следующей таблице показано индуктивное сопротивление в омах (чем ниже, тем ниже потери) для типичных индуктивностей кабеля на различных звуковых частотах; выделенные строки представляют потери более 1% при 30 вольт RMS:
Напряжение на акустическом проводе зависит от мощности усилителя; для усилителя мощностью 100 Вт на канал напряжение составит около 30 В RMS. При таком напряжении потеря 1% произойдет при индуктивном сопротивлении 0,3 Ом или более. Поэтому, чтобы поддерживать слышимые (до 20 000 Гц) потери ниже 1%, общая индуктивность в кабеле должна быть ниже примерно 2 мкГн.
Обычный шнур лампы имеет индуктивность 0,1–0,2 мкГн/фут, аналогично для экранированного шнура, [6], поэтому длина кабеля до 10 футов (всего 20 футов проводника) будет иметь индуктивные потери менее 1% в слышимом диапазоне (10 футов * 0,2 мкГн/фут = 2,0 мкГн, что находится на уровне или ниже приблизительного порога 2 мкГн, указанного выше). Некоторые высококачественные акустические кабели имеют более низкую индуктивность за счет более высокой емкости; типичное значение составляет 0,02–0,05 мкГн/фут, что в худшем случае означает, что длина кабеля до 40 футов будет иметь индуктивные потери менее 1% (40 футов * 0,05 мкГн/фут = 2,0& мкГн).
Скин-эффект в аудиокабелях — это тенденция высокочастотных сигналов распространяться больше по поверхности, чем по центру проводника, как если бы проводник был полой металлической трубой. [3] Эта тенденция, вызванная самоиндукцией, делает кабель более устойчивым на более высоких частотах, уменьшая его способность передавать высокие частоты с такой же мощностью, как и низкие частоты. По мере увеличения диаметра проводников кабеля они имеют меньшее общее сопротивление, но увеличивают скин-эффект. Выбор металлов в проводнике также имеет значение: серебро имеет больший скин-эффект, чем медь; алюминий имеет меньший эффект. Скин-эффект является значительной проблемой на радиочастотах или на больших расстояниях, таких как мили и километры высоковольтных линий электропередачи , но не на звуковых частотах, передаваемых на короткие расстояния, измеряемые в футах и метрах. Акустические кабели обычно изготавливаются с многожильными проводниками, но голые металлические жилы, соприкасающиеся друг с другом, не смягчают скин-эффект; пучок жил действует как один проводник на звуковых частотах. [7] Литцендрат – индивидуально изолированные жилы, удерживаемые в определенном порядке – это тип высококлассного акустического провода, предназначенного для уменьшения скин-эффекта. Другое решение, которое было опробовано, – это покрытие медных жил серебром, которое имеет меньшее сопротивление. [8]
Независимо от маркетинговых заявлений, скин-эффект имеет неслышимый и, следовательно, незначительный эффект в типичных недорогих кабелях для громкоговорителей или других аудиосигналов. [9] Увеличение сопротивления для сигналов на частоте 20 000 Гц составляет менее 3%, в диапазоне нескольких миллиом для обычной домашней стереосистемы; незначительная и неслышимая степень затухания. [7] [10] [11]
Оконцевание акустического провода облегчает подключение акустического провода как к усилителям, так и к громкоговорителям. Примерами оконцевания являются паяные или обжимные штыревые или лопаточные наконечники, банановые штекеры и 2-контактные разъемы DIN . Коммерческий разъем акустического провода от Neutrik (а именно Speakon) имеет некоторые преимущества: он не легко выдергивается, не создает частичный контакт при включении или отключении (1/4-штекерные и гнездовые разъемы по своей природе делают это) и предлагает несколько цепей в некоторых версиях. Тип фактического электрического контакта (т. е. оконцевание) определяется разъемами на оборудовании на каждом конце провода. Некоторые оконцевания позолочены .
Многие динамики и электронные устройства оснащены гибкими пятисторонними клеммами , которые можно закрепить винтами или удерживать пружиной, чтобы вставить в них оголенные или припаянные провода и штыри или пружинные штекеры типа «банан» (через отверстие в наружной стороне клеммы).
Среди аудиофилов ведутся споры о влиянии, которое высококачественные кабели оказывают на аудиосистемы, причем слышимость изменений является центральной темой обсуждения. В то время как некоторые маркетологи акустических проводов заявляют об улучшении слышимости за счет дизайна или экзотических материалов, скептики говорят, что несколько метров акустического провода от усилителя мощности до клемм громкоговорителей не могут оказать большого влияния из-за большего влияния сложных кроссоверных схем, имеющихся в большинстве громкоговорителей , и особенно от звуковых катушек драйвера громкоговорителя , которые имеют несколько метров очень тонкой проволоки. Чтобы оправдать заявления об улучшенном качестве звука, многие маркетологи высококачественных акустических кабелей ссылаются на электрические свойства, такие как скин-эффект , характеристическое сопротивление или резонанс ; свойства, которые, как правило, мало понятны потребителям. Ни одно из них не оказывает измеримого эффекта на звуковых частотах, хотя каждое имеет значение на радиочастотах. [12] Эксперты отрасли опровергли заявления о более высоком качестве путем измерения звуковых систем и двойных слепых тестов ABX слушателей. [4] [13] Однако существует согласие в том, что общее сопротивление акустического провода не должно быть слишком высоким. [4] Кроме того, наблюдаемые проблемы с качеством кабеля динамика наиболее выражены для динамиков с пассивными кроссоверами, которые типичны для домашних стереосистем. [14]
Принятым правилом является то, что сопротивление провода не должно превышать 5% от всей цепи. Для данного материала сопротивление является функцией длины и толщины (в частности, отношения длины к площади поперечного сечения). По этой причине для динамиков с более низким импедансом требуется акустический провод с более низким сопротивлением. [4] Более длинные кабели должны быть еще толще. [15] После того, как будет достигнуто правило в 5%, более толстый провод не даст никаких улучшений. [4]
Роджер Рассел – бывший инженер и дизайнер динамиков McIntosh Labs – подробно описывает, как дорогой маркетинг бренда акустических проводов дезинформирует потребителей в своем онлайн- эссе под названием Speaker Wire – A History. Он пишет: «Сейчас отрасль достигла точки, когда сопротивление [провода] и качество прослушивания больше не являются проблемами, хотя заявления о прослушивании все еще могут быть сделаны... Стратегия продажи этих продуктов заключается, отчасти, в том, чтобы привлечь тех, кто хочет произвести впечатление на других чем-то уникальным и дорогим». [4]
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )скин-эффект на самой высокой звуковой частоте настолько мал, что им можно полностью пренебречь.
Оказалось, что дополнительное сопротивление, вызванное скин-эффектом между 10 кГц и 20 кГц (верхний предел даже лучшего человеческого уха) в типичной домашней ситуации составляет порядка 5 миллиом. Извините, но мы по-прежнему не убеждены...