У даній статті я б хотів загострити увагу аудіофілов на ефекті, який багато хто з недавніх пір називають транзисторним, деякі давно ведуть з нею боротьбу в ВЧ і НВЧ техніці, деякі в ході боротьби з них випускають міжблочні та акустичні кабелі вартістю до декількох тисяч американських доларів, дехто намагається представити цей ефект ні чим іншим, як просто... галюцинаціями аудіофілов! Нижче я розповім, як за пару вечорів в домашніх умовах з підручних матеріалів виготовити чудовий (тобто абсолютно нейтральний в широкому діапазоні частот) аудіокабель, не поступається за якістю кращим світовим зразкам. Але раніше, щоб все стало на свої місця, я скажу наступне: вся звукова і високочастотна радіоапаратура сконструйована неправильно!
Далі тексту передбачені ваші ймовірні питання.
Ми про це і без вас давно підозрювали. Ну і в чому ж тут справа?
Відомо, що при проходженні змінного струму по проводящему шару провідника або напівпровідника має місце так званий поверхневий ефект (скін-ефект). При цьому велика частина рухомих електричних зарядів через електромагнітної індукції розташовується поблизу поверхні струмопровідного шару. Негативне дію скін - ефекту проявляється в те, що велика центральна частина струмопровідного шару не бере участь у перенесення електричних зарядів, що викликає підвищений опір провідника електричного струму. Крім того, скін-ефект в металевих дротах і в обкладках конденсаторів призводить до повільного перерозподілу рухомих електронів від центру до поверхні, внаслідок чого виникають небажані ефекти спрямованості і притирання кабелів, а в конденсаторах посилюється ефект пам'яті. Негативна дія скін-ефекту на кабелі і проводи посилюється ще й тим, що хімічні з'єднання металу струмопровідного шару з киснем і азотом повітря, утворюються на поверхні проводу в результаті корозії, володіють діелектричними та напівпровідниковими властивостями, що, в свою чергу, сприяє зростанню втрат і спотворень. Ступінь прояву скін - ефекту залежить від частоти струму. Точніше, від миттєвої частоти струму.
З ростом частоти товщина поверхневого шару, по якому проходить струм, зменшується. У разі широкосмугового сигналу, де миттєва частота з насилу піддається опису, скін-ефект викликає повний бардак у розміщенні рухомих електронів по поперечному перерізу провідника. Наслідком цього є нелінійні, інтермодуляційні і частотно-фазові спотворення електричного широкосмугового сигналу, що проходить через провідник або напівпровідник. У побутової і професійної відеоапаратури скін-ефект з'єднувальних міжблокових і акустичних проводів призводить до помітних на слух спотворень сигналів, ухудшающим якість звуковідтворення.
В радіоприймальної апаратури наслідки скін-ефекту (наприклад, в кабелі, з'єднує антену з входом радиоприемного пристрою) з - за створюваних ним інтермодуляціонних спотворень широкосмугового сигналу полягають у зниженні вибірковості, зменшення відносини сигнал/шум і зниженні реальної чутливості. Відомо, що при проходженні змінного струму по провіднику основна (корисна) електромагнітна хвиля поширюється вздовж провідника по прямій лінії між точками з різними потенціалами. З-за скін-ефекту крім корисної хвилі виникає небажана паразитна електромагнітна хвиля, спрямована від центральної осі струмопровідного елемента до його поверхні, перпендикулярно напрямку корисної хвилі, викликаючи фазові спотворення проходить сигналу.
У цифрових імпульсних пристроях, наприклад, комп'ютерах, з-за скін-ефекту в мідних провідниках друкованих плат і роз'ємів спотворюється форма коротких імпульсів, що призводить до зривів синхронізації, збоїв в реєстрації імпульсів. Це основна перешкода підвищення тактової частоти в материнських платах і роз'ємах комп'ютерів. На надвисоких частотах скін-ефект різко знижує добротність реактивних елементів - конденсаторів і котушок індуктивності.
Внаслідок цього на частотах вище 1 гГц скін-ефект є основним чинником, що обмежує мініатюризацію радіоелектронних виробів, наприклад мікросхем. Саме скін-ефект несе відповідальність за так званий транзисторний ефект звучання. У транзисторах поперечна площа кристала набагато менше площі поперечного перерізу електронного хмари, як і площ катода і анода в лампі. фроме того, контактні майданчики на поверхні кристала транзистора приєднані тонюсенькими тяганиною (це знає кожен, хто хоч раз бачив транзистор без корпусу), в яких скін - ефекту живеться дуже привільно.
Що ж можна зробити для боротьби з цим явищем?
Я можу порекомендувати недорогий і ефективний спосіб нейтралізації скін-ефекту. Він заснований на тій обставині, що матеріал переважної більшості провідників (мідь, срібло, алюміній, латунь) і напівпровідникових (кремній, германій) елементів має показник відносної магнітної проникності m від 0,9999 до 1,0001, тобто близько одиниці.
Поверхня струмопровідного елемента 1 покривають парамагнітній оболонкою 2 (див. рис.), причому оболонка не обов'язково повинна щільно прилягати, можливий деякий невеликий зазор. Оболонка виконується у вигляді одного або декількох шарів твердого парамагнітного m більше 1 діелектричного матеріалу (магнитодиэлектрика), що має на макрорівні показником відносної магнітної проникності m, кілька разів переважаючим проникність струмопровідного елемента, низькою електропровідністю, а також малими втратами на перемагничивание (петля гістерезису). На рис. для наочності показано два шари оболонки: шар 3 і шар 4. Оболонка повинна закріплюватися нерухомо щодо струмопровідного елемента на його поверхні; у разі зазору ширина його не повинна перевищувати половину довжини хвилі змінного струму в токопроводящем елементі.
І що це дає?
Протікає в токопроводящем елементі 1 перпендикулярно площині рисунка змінний струм створює всередині провідного шару елемента 1 небажане поперечний електромагнітне поле скін-ефекту. Силові лінії 6 цього поля діють на елементарні рухомі заряди 5 усередині струмопровідного елемент 1 і спрямовані від центру струмопровідного шару до його поверхні. У той же час основний (корисний) змінний струм сигналу, що протікає по струмопровідного елементу 1, створює в шарах 3 і 4 парамагнітній оболонки 2 протидіючий магнітне поле, силові лінії 7 якого спрямовані від поверхні струмопровідного елемента 1 до його центру і також впливають на елементарні рухомі заряди 5 усередині провідника 1. Інтенсивність і того, і іншого полів зростає із збільшенням сили струму і з зростанням частоти. эаким чином досягається компенсація дії паразитного поперечного поля і однорідний розподіл електричного струму по всьому поперечному перерізу струмопровідного шару.
Для більшості слабкострумових струмопровідних елементів з метою досягнення позитивного ефекту парамагнітна оболонка може виконуватися з матеріалу з показником відносної магнітної проникності від 1,5 до 20 товщиною кілька десятків мікрон і більше. Для силових струмопровідних елементів, при малих розміри провідника, а також для низькочастотних пристроїв оболонка може бути подібною товщини при величині m від 1,5 до 50, якщо матеріал оболонки володіє показником m більше 50, а довжина струмопровідного елемента значна (кілька метрів), то поряд з паразитної поперечною хвилею корисна хвиля також буде придушуватися, зросте власна індуктивність кабелю і втрати в самій оболонці, а проходить сигнал отримає фазові зрушення.
Для наочності принцип, на якому заснований даний спосіб боротьби зі скін - ефектом, який можна порівняти з магнітною або електромагнітної фокусуванням пучка електронів в електронно-променевій трубці, наприклад, телевізійний кінескоп. В кінескопі потік електронів рухається з прискоренням у вакуумі під дією високого анодної напруги від катода до анода (екрану). При цьому внаслідок взаимоотталкивающего дії падає на екран електронний промінь утворює розмита пляма. Тому необхідна примусова фокусування променя, для чого застосовуються котушки, створюють кільцеве електромагнітне поле навколо електронного пучка. еак досягається фокус і зведення.
Я пропоную використовувати для парамагнітній оболонки суміш діелектрика (наприклад лаку, смоли або полівінілхлориду) з порошком електропровідного магнітомягкого матеріалу (наприклад, подрібнений пермалой або оксифер). Об'ємне співвідношення діелектрика і магнітного матеріалу вибирають таким, щоб електропровідність їх суміші була незначною порівняно з електропровідністю струмопровідного елемента. Пропоную також використовувати суміш діелектричного полімеру з порошками таких речовин, як двоокис хрому CrO2, гамма-оксид заліза Fe2O3, кобальт-гамма-окис заліза CoFe2O3.
Ці магнітні матеріали мають показник відносної магнітної проникності від 1,5 до 2,0 і володіють малим часом перемагнічування. Вони виробляються промисловістю для аудіо - та відеострічок, їх вартість невелика, хоча в сильному магнітному полі зазначені матеріали мають порівняно високою коерцитивною силою, в більшості радіоелектронних елементів сила проходить по ним струму недостатньо висока для прояву магнитотвердых властивостей цих матеріалів. Тому в даному випадку втрати на гістерезис в оболонці невеликі, що дозволяє досягти позитивного ефекту. При виготовленні високоякісного гнучкого (аудиофильного, як тепер модно говорити) неэкранированного межблочного або акустичного кабелю (автор використовував звичайну хромдиоксидную відеострічку шириною 12,7 мм на лавсановій основі). уента намотується з перекриттям в 6 - 10 шарів на основну металеву (мідну або срібну) струмопровідну жилу. В внаслідок такої операції різко знижуються нелінійні спотворення, що вносяться кабелем, а верхня частота пропускання кабелю збільшується з 30 МГц до 120 - 250 МГц і вище, залежно від товщини дроту. При цьому кабель виконується у вигляді трьох сплетених кіскою провідників (на зразок того, як це робить фірма Kimber Kable).
Крім виготовлення кабелів, описаний метод боротьби зі скін-ефектом може бути застосованим на промисловому рівні щодо струмопровідних елементів будь-яких форм і видів, виконаних з провідників, надпровідників і напівпровідників з показником відносної магнітної проникності близько одиниці, призначених для пропускання струму та управління струмом широкому діапазоні сили і частоти. саявленный метод може бути застосований, наприклад, у виробництві кабелів зв'язку, монтажних і з'єднувальних проводів, транзисторів, діодів, інтегральних мікросхем, контактних пристроїв, роз'ємів, резисторів, електричних конденсаторів і високочастотних котушок індуктивності.
І що ж ми отримаємо в результаті застосування запропонованого вами методу?
Отримаємо задоволення від прослуховування музики.
Автор: Сергій Подоляк, р. Вінниця, Клас А; Публікація: www.audio.ru/class_a/home.php, www.cxem.net