Fizikiniai procesai audiolaiduose, dėl kurių tiek ginčų tarp audiofilų ir inžinierių

Visoje eilėje forumų jau senokai netyla ginčai tarp dviejų stovyklų, dažniausiai tarp audiofilų (ne fizikų, humanitarų) ir tarp inžinierinių specialybių žmonių, gerina (keičia) garsą audiofiliniai laidai, dažnai kainuojantys dešimtis tūkstančių $, ar negerina (nekeičia).

Šiame straipsnelyje pabandysiu suprantamu būdu išdėstyti fizikinius procesus, vykstančius tuose laiduose tekant jais audiosignalui (kintamai srovei iš esmės) ir parodyti REALIAS fizikines reikšmes, kurios galėtų daryti įtaką tai srovei.

KIEKVIENAS realus laidas turi šiuos parametrus (kuriuos visada galime išmatuoti): TALPUMAS, INDUKTYVUMAS, OMINĖ VARŽA ir IZOLIACIJOS VARŽA. Daugiau jokių mistinių parametrų NĖRA.

w

Brėžinyje matome laido ekvivalentinę schemą. Joje L yra laido bendras induktyvumas, R - laido ominė varža ir C yra laido talpumas tarp jo gyslų. Žinodami šiuos parametrus, galime nesunkiai apskaičiuoti signalo nuostolius laide ir pažiūrėti, kokią įtaką signalui, esant duotam dažniui turės tam tikras laido ilgis.

Faktiniai skaičiavimai rodo, jog garsiniame diapazone didžiausią įtaką galėtų turėti laido savasis talpumas C. Šis parametras, esant pakankamam jo dydžiui, galėtų ženkliai keisti sistemos dažnuminę charakteristiką. Norint neperkrauti straipsnelio formulėmis ir paskaičiuosime, kokia yra reali C įtaka audiosistemai.

Savasis laido talpumas, kaip matyti iš ekvivalentinės schemos, faktiškai šuntuoja signalą, tekantį duotu laidu. Šuntuoja tuo labiau, kuo aukštesnis yra signalo dažnis. Ši šuntuojanti talpuminė varža yra apskaičiuojama pagal formulę:

X=1/2 π f C

kur X yra talpuminė varža omais, f yra dažnis hercais ir C yra talpumas faradais. Iš formulės matome, jog talpuminė varža X mažėja (o jos įtaka didėja) didėjant dažniui f. Todėl paskaičiuosime atvejį, kai laido talpumas turės didžiausią įtaką, t.y. dideliam audio dažniui, pavyzdžiui 20 000 Hz.

Realiai 1m ilgio laido talpumai yra panašūs, nesvarbu laidas audiofilinis ar ne ir kinta nelabai didelėse ribose. Tos ribos yra apie 20-50-100 pF vienam laido metrui. Paskaičiuokime viduriuką, t.y. 2 metrų ilgio laido talpuminę varžą kai metro varža yra 50 pF.

X=1/2*3,14*20000*0,000000001=7957 Ohm = 7.9 kOm

Tai reiškia, kad 20 kHz dažniui laido talpumas darys tokią pat įtaką, kaip lygiagrečiai garsiakalbiui pajungtas 7,9 kOm rezistorius. Paimkime audiosistemos ekvivalentinę schemą.

termo

Kiekvienas stiprintuvas turi savają taip vadinamą vidaus varžą Rvid. Tai parametras, apsprendžiantis, kokia signalo dalis prapuola viduje stiprintuvo (ant šios varžos krenta dalis signalo). Šiuolaikinių stiprintuvų vidaus varža yra visai nedidelė, paprastai 0,3-0,5 Omų eilės. Taigi, faktiškai matome, jog laido talpuminė varža X yra pajungta lygiagrečiai stiprintuvo vidaus varžai. Mūsų atveju prie 0,5 Om varžos bus lygiagrečiai pajungta 7 900 Omų varža. Ji "suvalgys"

7900/0,5= 15800 - ąją dalį signalo.

Galima pajusti tokį pokytį? Ir tai paskaičiuota pačiam didžiausiam dažniui, kur tas pokytis didžiausias. Kituose dažniuose bus vis mažesnis, mažėjantis dvigubai kas oktavą.

Tą patį galima paskaičiuoti ir induktyvumui L, bet pokytis bus dar mažesnis. Ominė laido varža turi kiek didesnę įtaką, bet NEKEIČIA SIGNALO STRUKTŪROS, o tiesiog kiek susilpnina signalą ir garso kokybei, taip vadinamam "skambėjimui" neturi absoliučiai jokios įtakos. Visi šie parametrai pradeda darytis svarbūs tik radiodažniuose, pradedant nuo 100 kHz ir aukščiau, kada priedo dar pradeda reikštis taip vadinamas SKIN efektas, kuris audiodažniuose praktiškai nepasireiškia.

Atvejai su nekorektiškai suprojektuotais stiprintuvais

Pirminiai stiprintuvai ir tarpblokiniai laidai

Jei turėsime pirminį stiprintuvą su DIDELE vidaus varža, tai tarpblokinio laido talpumai pradeda turėti apčiuopiamos įtakos. Bet tai ne super tarpblokinių laidų savybė, o blogos preampo konstrukcijos pasekmė. Tokių preampų galime rinkoje rasti kiek tik nori. Štai, vienas pavyzdėlis (link). (1 brėž.) Šio "aparato" išėjimo varža bus apie 50 kOm. Taigi, pajungus jam kad ir dvigubai geresnį laidą nei mes skaičiavome, turėsime tuos 50 kOm užšuntuotus talpumine varža apie 15 kOm, taigi išėjime 20-ties kHz signalas bus susilpnėjęs 3,3 karto.

Galios stiprintuvai ir kolonėlių laidai.

termo

Jei turime galios stiprintuvą su didoka vidaus (išėjimo) varža ir dideliu neigiamu grįžtamuoju ryšiu apie 40-60 dB (būna ir tokių), tai tokio stiprintuvo elgesys apskritai sunkiai prognozuojamas kintant apkrovai. Apkrova bendru atveju yra kompleksinė, sudaryta iš dviejų dedamųjų, t.y. R apkr. ir R laido, sujungtų nuosekliai. Kaip matyti iš brėžinuko, nuo šios kompleksinės apkrovos, į kurią įeina daug dedamųjų (laido R,C ir L bei kolonėlių filtrų + garsiakalbio R,C ir L) nuimamas signalas neigiamam grįžtamam ryšiui. Jis paduodamas į stiprintuvo įėjimą, kur smarkiai stiprinamas. Bet tai nėra per stiprintuvą praėjusio muzikinio signalo kopija. Jis sunkiai nuspėjamas dėl kompleksinio apkrovimo. Ir kadangi kolonėlių laidas yra to kompleksinio apkrovimo dalis, kintant laido kompleksinei daliai, keisis ir NGR signalo struktūra. Iš to galime padaryti svarbią išvadą.

Jei turime nekorektiškai suprojektuotą aparatą (kaina ir blizgučiai šiuo atveju visai nesvarbu), galimi atvejai, kai laidų ir kitų komponentų kaitaliojimai daugiau ar mažiau kraipys muzikinį vaizdą. Tačiau korektiškai suprojektuotame stiprintuve tokio efekto nėra ir būti negali.

Bėda tame, kad gamintojai labai dažnai siekdami gerinti parametrus popieriuje, de facto juos gadina natūroje. Norėdami pasiekti kuo mažesnius iškraipymus (THD) ir parašyti jų reikšmę su daug nulių po kablelio, įveda labai didelius neigiamus grįžtamus ryšius. Skaičiukai gražūs, bet stiprintuvas niekam tikęs.

p
p
s
1 brėž. Neteisingos konstrukcijos pavyzdys