Кабели и коммутация

Для проектирования и эксплуатации даже больших концертных или студийных комплексов не нужны глубинные знания теории цепей, но без базовых понятий обойтись невозможно. Речь идет именно об основах, которые помогут сориентироваться, если возникнет конкретный вопрос. Невелика беда, если маловато информации, чтобы ответить на вопрос самостоятельно, но ее должно хватить для того, чтобы грамотно задать его специалисту. И важно понимание, которое не заменить ничем.

Свойства кабелей

В качестве проводника с самого начала производства электрических проводов использовалась медь, а изолятора - дефицитная гуттаперча и пропитанная хлопчатобумажная пряжа. Медь так и осталась, а в качестве изоляционного материала в кабельной промышленности сейчас используются другие материалы.

Широко применяются углеводородные полимеры, например, полиэтилен. Производится полиэтилен низкой плотности (высокого давления), средней плотности (среднего давления) и высокой плотности (низкого давления). Встречается так называемый "сшитый" полиэтилен, отличающийся от обычного повышенной термостойкостью (95°C против 70°C).

В числе достоинств поливинилхлорида, - широкий диапазон рабочих температур и низкая воспламеняемость. Имеется масса модификаций ПВХ: от пожаростойких до токопроводящих, которые служат в кабеле для снятия статических зарядов.

Можно обнаружить в кабелях полиуретан, полипропилен, полистирол, капрон, нейлон, шелк, резину, фторопласт. Такие материалы используются для изготовления кабелей со специальными свойствами: особо тонких или эластичных, или способных работать в условиях повышенной влажности или скачках температур.

Влияние кабеля на сигнал увеличивается с ростом диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь; лучшим изолятором в этом смысле является вакуум, его проницаемость равна единице, а потери - нулю. При выборе материала конструкторам приходится принимать во внимание и механические свойства, поэтому полипропилен и фторопласт используются довольно редко.

Свойства полимера определяются не только его химическим составом, но и массой других параметров, поэтому производятся сотни модификаций. Так что при покупке лучше обратить внимание на свойства самого кабеля, а не на материалы, из которых он изготовлен. Диэлектрики определяют и такие свойства кабеля, как рабочий диапазон температур и огнестойкость, выделение и токсичность дыма, абсорбцию (поглощение) газов и жидкостей из окружающей среды. Материалы широкого применения обеспечивают нормальную работу кабеля при температуре от 0 до 80°С, специальные - сохраняют свои свойства при охлаждении до минус 40…70°С и при нагреве до 150…300°С. Важна пожаростойкость кабеля - по нему не должен распространяться огонь, но этому требованию отвечают не все модели из имеющихся в продаже. Полную информацию об эксплуатационных свойствах кабеля должен предоставить его поставщик.

Для описания свойств кабеля принято оперировать так называемыми погонными параметрами, то есть отнесенными к единице длины - одному метру. Погонная емкость межблочных кабелей определяется конструкцией, размерами и свойствами диэлектрика, и лежит в пределах 10…100 пФ/м, примерно такие же величины характерны и для акустических кабелей.

Погонная индуктивность зависит от геометрии кабеля и тоже невелика, речь идет о микроскопических величинах: 0,1…1 мкГн/м.

Омическое сопротивление проводника определятся его сечением и материалом, из которого он изготовлен. Например, метр медной проволоки сечением 1 мм² имеет сопротивление 0,017 Ом.

Рис.1. Взаимодействие кабеля, источника и приемника сигнала

Чтобы оценить влияние кабеля на проходящий через него аналоговый сигнал, обратимся к схеме, показанной на рисунке 1. Условия, при которых влиянием кабеля можно пренебречь, оказываются такими:

R_к << R_н,

R_вых <<1/6,28 • C_к • F_в,

R_н>>6,28 • L_к • F_в

или C_к<<1/6,28 • R_вых • F_в и

L_к<< R_н/6,28 • F_в,

где: F_в - верхняя граница рабочего диапазона частот, Гц; R_к - омическое сопротивление кабеля, Ом; C_к - емкость кабеля, Ф; R_вых - выходное сопротивление источника сигнала, Ом; R_н - сопротивление нагрузки, Ом.

Выходное сопротивление источников сигнала лежит в широких пределах, от сотых и тысячных долей ома (мощные усилители) до нескольких кОм (динамические микрофоны), а сопротивление линейного выхода аппаратуры составляет обычно десятки-сотни Ом, хотя бывают и исключения.

Взяв для примера межблочного соединения R_вых = 1 кОм, получаем: емкость кабеля должна быть существенно меньше, чем 1/6,28 • 1000 • 20000 = 8000 пФ. Для коротких кабелей (1…2 м) это условие выполняется легко. Но приходится использовать провода длиной более 10 метров, в этом случае нельзя забывать про емкость кабеля, она влияет на АЧХ. Гораздо чаще приходится сталкиваться с другой трудностью: каскады с низким выходным сопротивлением нормально работают, если емкость нагрузки не превышает определенного значения, например 100 или 1000 пФ. "Не любят" емкостную нагрузку высокоскоростные широкополосные операционные усилители.

Для акустических проводов важным является выполнение условия R_вых+R_к << R_н. В стандарте DIN45500 имеются требования к соотношению сопротивлений: R_вых+R_к < R_н/20. Модуль полного сопротивления акустических систем лежит в пределах 2…20 Ом, отсюда получаем: R_к < 0,1… 0,5 Ом.

В качестве акустических используют кабели сечением 2,5 и даже 10 мм², при длине 5 м их сопротивление удовлетворяет этому требованию.

Типы проводов и кабелей

Коаксиальный кабель

Название кабеля означает, что один провод размещен внутри другого. Теоретически электрический сигнал не выходит за пределы коаксиального кабеля и с внешними полями не взаимодействует, но на практике не все так гладко.

Вероятно появление помех в случае, когда кабель расположен вблизи источника переменного магнитного поля, например, трансформатора в блоке питания. Дело в том, что для магнитного поля медная или алюминиевая оплетка препятствием не является.

От помех со стороны электрической составляющей поля коаксиальный  кабель  тоже защищен не полностью. Например, в цепь сигнала может попасть помеха от тока, наведенного внешними полями в экранирующей оплетке, когда она используется и как сигнальный проводник.

Коаксиальный  кабель  применяется для передачи аналоговых и цифровых сигналов, в частности – AES, как правило, в небалансных цепях, и экран соединяется с сигнальным «нулем» и с корпусом устройства.

Электрические параметры:  волновое сопротивление, погонная индуктивность, емкость и сопротивление центральной жилы и экрана, допустимые мощность, напряжение и ток, зависимость затухания сигнала в кабеле от частоты.

Механические параметры: диаметр центральной жилы, экрана и оболочки, площадь сечения центрального проводника и экранирующей оплетки, устойчивость к условиям эксплуатации (температура, влажность, солнечный свет, предельное натяжение), минимальный радиус изгиба.

Витая пара (twisted pair)

Предельный случай витой пары – просто двухжильный несвитый провод.

Чем меньше шаг свивки, тем лучше защищен провод от магнитного поля, поскольку наводки на соседние «петли» взаимно компенсируются.

Дополнительную защиту от помех обеспечивает экран, в  который  помещают витую пару. Экран кабеля соединяется с корпусом одного из приборов, приемника или передатчика, он выполняет именно роль экрана, и по нему не течет ток сигнальной цепи.

Если балансное соединение приборов реализовано с помощью витой пары в экране, то обеспечивается очень высокая защищенность от помех – по такой линии можно передавать сигнал низкого уровня, например от микрофона. «Витая пара» широко используется для передачи сигналов в аналоговой и в цифровой технике, как правило, в балансных цепях.

Пример применения:

Аналоговые соединения в студии в большинстве своем – балансные, выполняются витой парой в экране. Кабели этого типа используются для подключения цифровой техники с интерфейсом AES/EBU и IEEE1394 (Firewire). В сетях Ethernet применяют как экранированную «витую пару», так и неэкранированную.

В шине USB используется четырехпроводный кабель: одна пара используется для приема и передачи данных,  а вторая – для подачи питания на периферийное устройство.

Фото 1 Фрагмент кабеля со штекером RCA для бытового использования

Фото 2 Витая пара в экране: медный экран, многожильные сигнальные провода в разноцветной изоляции и корд, обеспечивающий механические свойства кабеля

Электрические параметры: волновое сопротивление, погонная индуктивность, емкость и сопротивление жил и экрана, допустимые мощность, напряжение и ток, зависимость затухания сигнала в кабеле от частоты.

Механические параметры: диаметр жил, изоляции и экрана, площадь сечения экранирующей оплетки, устойчивость к условиям эксплуатации (температура, влажность, солнечный свет, предельное натяжение).

Выполнить все перечисленные условия нетрудно, и вносимые кабелем искажения сигнала должны бы быть ничтожными. И совершенно непонятно, почему тогда кабель влияет на звучание, а замену кабелей легко заметить на слух?

Причины проблем

В грубой модели кабеля, учитывающей только сопротивления, индуктивность и емкость, все получается просто и слишком красиво, чтобы быть правильным.

Начнем с того, что пока мы не учитывали взаимодействие кабеля с окружающей средой. Магнитная и электрическая составляющие внешнего поля приводят к появлению помех в передаваемом сигнале. Для защиты от электрической составляющей используют экранирование. Плотность экранирующей оплетки может быть разной, но утверждение, что кабель с 70% оплеткой гораздо хуже защищен, чем 95%, представляется не вполне убедительным. Через "просветы" в оплетке поле внутрь кабеля проникнет тогда, когда длина волны окажется достаточно малой - сопоставимой с размерами отверстий. Исключить появление таких помех нельзя, но и преувеличивать их роль не стоит.

Чувствительность кабеля к магнитному полю удается уменьшить, свивая прямой и обратный провода, тогда наводки на соседние участки взаимно компенсируются. От электрической составляющей поля защищает экран. Лучшими свойствами обладает витая пара в экране, именно такие кабели следует использовать в студии. Дополнительный второй экран, возможно, играет какую-то положительную роль, иначе такие провода не выпускались бы, но его звукотехнические преимущества неявны, кроме одного - возможности манипулировать с заземлением. Первый экран можно соединить с корпусом приемника сигнала, второй - с корпусом источника. Положительный эффект будет получен, если для подачи на микрофон фантомного питания использовать одну экранирующую оплетку, а вторую - в качестве экрана.

Напряженность полей в больших городах довольно высокая, особенно остро стоит вопрос в помещениях, начиненных "под завязку" электронной аппаратурой или расположенных на территории радиопередающих центров. В этом случае полезно кабельную разводку в студии поместить в экранирующий металлический короб или трубу.

Кроме электрических, на сигнал в кабеле могут влиять и внешние механические воздействия. При деформации или вибрации изменяется емкость кабеля: как и в конденсаторном микрофоне, механическое воздействие преобразуется в электрический сигнал, причем эффект выражен тем ярче, чем больше напряжение между проводниками. С "микрофонным эффектом" в кабеле приходится сталкиваться и в том случае, когда вместе с сигналом по проводу подается напряжение питания. К счастью, в профессиональной технике с таким явлением приходится сталкиваться весьма редко.

Внутренние процессы в кабеле

Не учитывает простейшая модель и многие процессы, происходящие в самом кабеле, как в проводнике, так и в диэлектрике.

Диэлектрик

Под действием поля происходят изменения в материале: смещаются электроны и ионы, деформируются молекулы. Как и положено квантовым системам, реагируют они на внешнее воздействие инерционно и не вполне линейно, в чем легко убедиться даже в домашних условиях. Разрядив конденсатор, отложите его в сторонку, а спустя часок-другой вновь измерьте напряжение на выводах - только осторожно, потому что, даже разряженный, он может довольно ощутимо ударить током. Аналогичный процесс происходит и в диэлектрике кабеля, разве что масштабы поменьше - током, конечно, не ударит, но сигнал может ощутимо измениться.

Токи в проводах создают магнитное поле, которое может влиять на свойства диэлектрика. Их изменения невелики, но и порог заметности тоже мал: около одной миллионной от мощности полезного сигнала - приблизительно -60 дБ. Полезный сигнал в межблочном кабеле при сопротивлении нагрузки 600 Ом имеет мощность порядка 1 мВт, то есть помеха 10^-9 Вт вполне может повлиять на звук.

Абсорбция зарядов, нелинейные эффекты поляризации диэлектрика, процессы на его поверхности могут привести к искажению сигнала, и приводят, поскольку изменяется звучание. К сожалению, пока нет общепринятой методики измерений таких искажений, поэтому с количественной оценкой придется подождать.

На первый взгляд кажется, что применение в кабеле материалов с меньшей диэлектрической постоянной позволяет уменьшить искажения, но на самом деле зависимость оказывается весьма необычной.

Проводник

Процессы в проводнике очень сложны. Считая ток банальным движением электронов, мы настолько упрощаем и огрубляем картину, что ничего разглядеть уже не удается. Известно, например, что с ростом частоты сигнала ток вытесняется к поверхности - это скин-эффект, и его можно заметить и в звуковом диапазоне. И вообще, именно поверхность - одна из важнейших составляющих проводника. Для улучшения ее свойств используют специальные приемы, например, покрывают серебром. Но есть мнение, что электрохимический способ серебрения не дает нужного результата - лучше, если серебро впрессовано в поверхность. Трудно судить, насколько обосновано это утверждение, но одно бесспорно: поверхность - важна. И важно, чтобы ее свойства не ухудшались в процессе эксплуатации. Причиной деградации может стать, например, хлор, выделяемый полихлорвинилом и другими диэлектриками.

Производители часто акцентируют наше внимание на составе меди: бескислородная, примесей меньше 0,001%, монокристаллическая структура и вообще - "аудиофильский металл, сваренный по особому рецепту". Самое неприятное в этих заявлениях то, что их практически невозможно проверить. Связывать искажения сигнала с наличием или отсутствием кислорода в меди я бы поостерегся, но одно бесспорно: медь 99,9% и 99,9999% - это, по существу, разные материалы, и вполне естественно, что кабели окажутся разными, так как очистка меди радикально изменяет ее свойства.

В пятиметровом акустическом кабеле - десять метров провода (пять - "туда" и пять - "обратно"), и при сечении провода 1 мм² получаем в результате 0,17 Ом, что гораздо меньше сопротивления головки акустической системы. Короткий кабель мог бы быть гораздо более тонким, но понятно, что ток 100 А в проводе сечением 1 мм² приведет к неприятным последствиям. В проводах сварочного аппарата плотность тока не достигает 10 А/мм², так что превышать значение 1 А/мм² не следует, то есть лимитирующим фактором выступает плотность тока в проводнике, а низкое сопротивление получается автоматически: на практике используются акустические кабели сечением 2,5 и даже 10 мм², т.е. не меньше, а то и больше силовых.

В межблочных кабелях сопротивление проводников менее значимо, оно начнет сказываться только тогда, когда будет соизмеримо с сопротивлением нагрузки - 600 Ом или 10 кОм. Влияние "тонких" процессов в проводнике оказывается не столь ярко выраженным. Для кабелей длиной несколько метров достаточно иметь сечение 0,2…0,5 мм².

Цифровые кабели

К цифровым кабелям предъявляются аналогичные требования, но есть и нюансы. Для аналоговых низкочастотных сигналов, когда длина волны существенно больше длины кабеля, уменьшение сопротивления, индуктивности и емкости позволяет, в принципе, уменьшить потери и искажения. По мере повышения частоты начинают проявляться волновые эффекты, и значение индуктивности и емкости кабеля приобретают другой смысл. Отношение этих параметров определяет волновое сопротивление кабеля. Если нагрузка имеет активное сопротивление, равное волновому, то вся энергия приходящего сигнала ею поглощается, этот режим работы называют согласованным. Если же волновое сопротивление кабеля и нагрузки различаются, то часть энергии отражается, и в кабеле возникает стоячая волна. Последствия рассогласования довольно неприятны: возрастает неравномерность АЧХ, искажается форма сигнала. Волновые явления нужно учитывать, если длина кабеля соизмерима с четвертью длины волны. Например, при частоте сигнала 10 МГц длина волны в вакууме составит 30 м, то есть в кабеле длиной 5 м волновые эффекты уже проявятся.

Для передачи цифровых сигналов, а именно в этом случае спектр оказывается весьма широким, достигая 10 МГц и более, используют кабели с волновым сопротивлением 50, 75 и 110 Ом. Волновое сопротивление кабеля определяется его геометрией, поэтому механическая устойчивость кабеля к внешним воздействиям выходит на первый план, и кабель обычно довольно жесткий. В таблицах с параметрами цифровых кабелей приводят погонное затухание, но в условиях реальной студии его роль невелика. Остро вопрос ослабления сигнала встает на частотах, гораздо более высоких, чем те, что используются в звуковых цифровых интерфейсах, где они не превышают 10 МГц.

Разъемы

Основным назначением разъема можно считать обеспечение возможности соединять и разъединять проводники. Разъем выполняет несколько функций:

Обеспечивается соединение проводников, фиксация кабеля. Можно упомянуть еще и защиту соединения от случайного размыкания.

Фото 3 Базовый ряд: штекер TRS, штекер и гнездо XLR, гнездо 5pDIN

Для коммутации слабых сигналов в профессиональной аудиотехнике применяют разъемы XLR, TRS (он же стереоджек), TS (моноджек), BNC (в отечественной версии – СР50). Для передачи MIDI-сигналов используется разъем 5PDIN (его отечественными аналогами были СШ5 и ОНЦ-ВГ-4-5/16-В). Для соединений с большой мощностью коммутируемого сигнала, например подключения акустических систем, есть специализированные разъемы, в частности, PowerCON и SpeakON.

Фото 4 Задняя стенка внешнего аудиоинтерфейса. Представлены все основные гнезда коммутации

Фото 5 Разъем SpeakON

Фото 6 Разъем и гнездо TS-джек, гнезда RCA и D-Sub

С новыми цифровыми интерфейсами пришли и новые разъемы: USB и 1394, а также их модификации.

Если говорить о секторе инсталляционном, когда единожды уложенные кабели никто больше не трогает, то механическая прочность отходит на второй план, а на первый выступают другие обстоятельства.

В частности, важной становится компактность соединения, именно в этом секторе чаще используются многоконтактные разъемы типа D-SUB. Не раз приходилось видеть и «компьютерный» RJ45,  который используется для подключения аналогового сигнала или AES. Экономия понятна: вместо шести XLR-соединений (два – аналоговый вход стерео, два – аналоговый выход стерео, один – вход AES, еще один – выход AES) ставят два гнезда RJ45. И на разъемах экономия, и на монтажной площади. Судите сами – сколько гнезд XLR можно разместить на задней панели высотой 1U?

Понятно, что для туровой работы такое решение может и не подойти, хотя на рынке профессионального оборудования вы при желании найдете и TRS с дополнительным фиксатором, и RJ45, и USB, и Firewire.

Типичный RJ 45–инсталляционный, его пластмассовый корпус и фиксатор не рассчитаны на эксплуатацию под дождем и снегом, когда и дернуть за кабель могут довольно сильно. Для работы в жестких условиях выпускается линейка разъемов в защищенном исполнении, в том числе и RJ45, и USB, и 1394, они вполне пригодны и для туровой работы.

Надежная фиксация штекера в гнезде, а кабеля – в разъеме в определенных обстоятельствах оказывается важнейшим свойством. Например, микрофонный кабель подвергается на сцене серьезным испытаниям. И в студийной работе забывать про механические свойства соединения не следует.

Если в разъеме имеется напряжение, потенциально опасное для здоровья или даже жизни, то предпринимаются специальные меры, исключающие случайное прикосновение к таким проводникам. Во всяком случае, ведущие производители следят за этим очень строго. Обратите внимание на конструкцию разъемов powerCON или speakON.

Нельзя оставить без внимания такие параметры, как допустимое значение токов и напряжений и сопротивление изоляции контакта. И в режиме микротоков проявляются достоинства хороших разъемов, и при большой нагрузке они не выходят из строя. Почему? С пониманием выбираются материалы контактов и изоляции; используются специальные покрытия, устойчивые к воздействию окружающей среды, и еще – тысяча мелочей, которые не просто копировать.

И последнее: если разъем не вставляется в гнездо, то проверьте: а туда ли вы его вставляете. В конструкции разъемов предусмотрены меры для «защиты от дурака» именно в таких случаях. Понятно, что нашего человека такое препятствие не остановит, и он найдет способ вставить, обеспечивая таким образом фронт работ для специалистов по ремонту оборудования.

Линия связи

Спектр аналоговых звуковых сигналов в аналоговом виде составляет около 20 кГц, и волновыми эффектами в кабеле можно пренебречь. Спектр цифровых сигналов заметно шире, речь идет о десятках и сотнях мегагерц для высокоскоростных интерфейсов, таких как IEEE 1394 (Firewire) и USB-3. Даже относительно медленные интерфейсы, такие как AES/EBU, подвержены влиянию волновых эффектов, и в кабеле длиной всего 10 метров они могут оказаться заметными.

К линиям связи, по которой передается широкополосный сигнал, предъявляются специфические требования. Чтобы стоячие волны не мешали нормальной работе устройств, сопротивление нагрузки линии должно быть равно ее волновому сопротивлению. Сопротивление нагрузки – это свойство прибора, к линии связи относится только волновое сопротивление, которое должно иметь вполне определенное значение и не изменяется со временем.

Например, для передачи цифрового сигнала AES/EBU требуется кабель с волновым сопротивлением 110 Ом. Изменение параметров кабеля при длине 1 м едва ли повлияет на качество работы системы, но при расстояниях, близких к предельным, роль согласования становится существенной.

Отчего зависит волновое сопротивление? Для коаксиального кабеля–от соотношения диаметров центральной жилы и экрана и диэлектрической проницаемости диэлектрика. Для витой пары – от соотношения диаметра проводников, расстояния между ними и от свойств диэлектрика.

Изменение, например, расстояния между проводниками или деформация коаксиального кабеля приведет к

Изменению волнового сопротивления. Для низкочастотных звуковых сигналов это неважно, а широкополосные цифровые сети оказываются чувствительными к такого рода изменениям. Нетрудно заметить, что диэлектрик в витой паре в экране для AES/EBU жестче, чем в«микрофонном» кабеле, именно так обеспечивается стабильность его геометриии, следовательно, волнового сопротивления. Если углубиться в свойства материала, то обнаружим, что и потери диэлектрика в «цифровом» кабеле обычно меньше.

В аналоговых линиях искажения сигнала могут быть вызваны влиянием индуктивности и емкости кабеля. В большинстве случаев влиянием индуктивности можно пренебречь, но погонная емкость может оказать заметное влияние, речь идет о значениях, достигающих 100 пФ/м. В сочетании с выходным сопротивлением источника сигнала емкость кабеля образует RC-фильтр, и появляется спад АЧХ на высоких частотах. Индуктивность и активное сопротивление кабеля следует учитывать при передаче мощных звуковых сигналов на значительные расстояния, например, от усилителя к акустическим системам.

В принципе, следует учитывать и нелинейные эффекты в проводниках и диэлектриках, особенности поведения контактов как в режиме микротоков, так и при большой мощности, и ряд других эффектов, но в реальной практике эти явления нечасто оказывают решающее значение на работу грамотно спроектированной системы, поэтому не будем углубляться в детали.

Коммутация

По устройству коммутаторы можно разделить на две группы. Галетные, кнопочные или патч-панели «штекер-гнездо» попадают в группу пассивных, поскольку не содержат ни усилителей, ни реле. В активных приборах для коммутации применяются реле или электронные ключи.

В некоторых коммутаторах есть согласующие усилители. Отсутствие усилителей можно рассматривать и как достоинство, и как недостаток, сужающий применение устройства. Например, пассивный коммутатор с разъемами XLR можно использовать и для аналоговых сигналов, и для цифровых. Активный коммутатор для AES едва ли подойдет для работы с аналоговыми звуковыми сигналами.

Фото 7 Коммутационное поле patch bay – проверенное годами решение коммутационных задач

По логике построения продукция разделяется тоже на две группы: «N:1» и «N:M». Коммутаторы «N:1» обеспечивают направление одного из N входных сигналов на выход, то есть маршрутизируется только один сигнал.

Коммутаторы «N:M» иногда называют матричными, они позволяют подать сигнал с одного из N-входов на один из M-выходов. В этом случае маршрутизируется одновременно несколько сигналов, максимальное количество – N.

Трудно переоценить роль матричного коммутатора в больших комплексах со сложной маршрутизацией сигналов. Нередко оказывается, что именно коммутатор определяет основные параметры качества комплекса и его сервисные возможности. И в который уже раз вспоминается старая шутка, что «электроника – это наука о контактах».

Контакты, контакты…

Контакты – это одна из составляющих успеха. И запись в студии, и концерт на стадионе, и радиопередача могут прекратиться из-за одного просчета в контакте. К счастью, сегодня вполне доступны и разнообразные кабели, и отличные разъемы, имеется широчайший ассортимент коммутационных изделий. И тем огорчительнее видеть, что кабель по размеру не соответствует

разъему, срезана защитная оболочка или расширен диаметр муфты. Приходилось видеть XLR, обильно смазанный машинным маслом, чтобы «лучше входило». А ведь выпускается специальный инструмент для разделки и монтажа разъемов на кабель, и специальные спреи для очистки контактов, и всевозможные клипсы, зажимы и органайзеры, позволяющие превратить кабельные джунгли в культурный цветущий сад, где все ровно и красиво.

Легенды и мифы

Сравнение многих десятков кабелей позволяет совершенно определенно заявить, что на звук они влияют. Изучая свойства кабелей и их влияние на сигнал, я пытался обнаружить помехи или искажения, уровень которых превышал бы порог слуховой заметности, или хотя бы был с ним сопоставим, и кое-что нашел. Исчерпывающего описания воздействия кабеля на сигнал предложить не могу, есть только гипотезы.

Направленность

По одному проводу кабеля ток течет туда, а по второму точно такой же - обратно. Складывается впечатление, что, поменяв местами начало и конец кабеля, мы ничего в системе не изменим, и что дискуссии о направленности кабеля смысла не имеют, по крайней мере, в звуковом диапазоне частот, когда можно пренебречь волновыми эффектами. Но если же приглядеться внимательно, то увидим кое-что интересное.

Например, экранирующую оплетку межблочного кабеля профессионалы соединяют с корпусом только на одном конце - у приемника сигнала, вот вам и асимметрия. При переворачивании такого кабеля уровень радиочастотных наводок в сигнале может возрасти на 20, 30 и даже 50 дБ. Эти помехи сами не слышны, но влияют на работу аппаратуры, и звук изменяется. Детектирование и интермодуляция на нелинейных элементах тракта приведет к появлению "добавок" к полезному сигналу и в звуковом диапазоне частот.

Взяв даже самый лучший анализатор спектра, вы вряд ли обнаружите звуковые продукты воздействия радиочастотных помех на кабель. Помехи наводятся на кабель, а звуковую часть их спектра переносят другие узлы - входной и выходной каскады соединяемых устройств.

Аналогичную картину мы увидим и в акустическом кабеле. Наведенные через кабель радиочастотные помехи влияют на работу выходного каскада усилителя и детектируются в акустической системе. Не следует рассматривать кабель в отрыве от остального оборудования студии.

Рис.2. Сопротивление акустических кабелей. Схема и результаты измерений для кабелей различных типов

Сопротивление

Есть и собственные свойства кабеля, которые можно исследовать с помощью простого вольтметра, - это сопротивления проводов и контактов. Оказалось, что в пределах звукового диапазона частот сопротивление кабеля может измениться почти на порядок: от 0,02 до 0,2 Ом. Не удалось достоверно определить, является ли рост сопротивления с частотой следствием индуктивности кабеля, или других причин, но объективные различия между кабелями очевидны, это иллюстрирует рисунок 2. По звуку, кстати, выигрывали те провода, у которых изменение сопротивления меньше - лучший обозначен на рисунке цифрой 1. Обратите внимание и на еще один факт: на рисунке сплошной линией и пунктиром показаны зависимости сопротивления от частоты для двух образцов одного и того же кабеля. Чем меньше расхождение, тем лучше звук.

Рис.3. Сопротивление контактов акустических кабелей

Интересными показались результаты измерения сопротивления контактов (рисунок 3). Представлены схема и результаты измерений. При повторных измерениях сопротивления одних и тех же контактов оказалось, что сопротивление изменяется случайным образом - на рисунке показаны границы разброса.

Несколько серий измерений дали разные результаты, особенно велико было расхождение на высоких частотах у простого кабеля, а хороший кабель оказался хорош и в этом смысле. Величина сопротивления контакта невелика, всего 0,001 Ом, но в цепи таких контактов - четыре, то есть изменение сопротивления составляет 0,001 от сопротивления нагрузки, то есть -60 дБ. Это вполне можно заметить на слух.

АЧХ и ФЧХ

Диэлектрическая проницаемость изолятора в кабеле мало влияет на скорость распространения в нем сигнала - в "быстрых" кабелях отставание от скорости света в вакууме составляет всего единицы процентов. Не имеет смысла даже обсуждать возможность влияния этой скорости на звучание: при длине 3 м даже в "медленном" кабеле (1/2 от скорости света) задержка составит всего 20 нс, на звук такая задержка не влияет. В то же время, чем выше скорость распространения сигнала в кабеле, тем меньше влияние диэлектрика. И меньше искажения в звуковом диапазоне, даже если мы и не умеем их измерять.

Дискуссии о фазовых искажениях, которые вносит кабель на низких частотах, представляются неуместными - речь идет о величинах с десятком нулей после запятой. Гораздо вероятнее выглядит гипотеза об инерционных процессах в диэлектрике: для появления заметных искажений нужно аккумулировать примерно 1 мВт на метр кабеля, а это вполне возможно, вспомните опыт с "разряженным" конденсатором.

Качества внешние и внутренние

Электрические процессы на поверхности кабеля могут проявиться в звучании - энергии электростатического заряда для этого вполне достаточно. Контактирующие поверхности подвержены коррозии, со временем ухудшается контакт. Золото не ржавеет, но его поверхность загрязняется, даже если ее не трогать грязными руками - конденсируется вездесущая влага. Чистота - залог хорошего звука.

Невозможно предохраниться от воздействия всех процессов, способных исказить сигнал и ухудшить звучание. Улучшая одно, можно ухудшить другое. Именно поэтому не стоит сразу бежать за самым дорогим или особо аудиофильским кабелем. Наверняка он чем-то хорош, но подойдет ли он для решения ваших задач?