O MREŽNIM KABELIMA
(5 March 2006)
Uloga mrežnog kabela u audio sustavu naizgled je krajnje jednostavna. Mrežni kabel treba prenijeti električnu energiju od zidne utičnice ili razvodne kutije do uređaja-potrošača. No, je li baš sve tako jednostavno?
I dok se izvor energije za napajanje audio uređaja nije mijenjao zadnjih stotinjak godina, to se nikako ne može reći i za audio uređaje. Bilo je tu svega, od jednostavnih, cijevnih pojačala i AM prijamnika skromne snage do raznih Godzilla, koje u nekom čudnom režimu "prehrane" proždiru goleme količine energije da bi nahranile trome, neefikasne, zvučne kutije signalom iz CD reproduktora.
Kako se ta evolucija u zahtjevima uređaja-potrošača odrazila na dizajn mrežnog kabela? Može li suvremeni audio sustav još uvijek raditi jednako dobro koristeći arhaičan, mrežni kabel s izolacijom od pamuka ili danas ipak moramo koristiti skupe i egzotične žice tretirane u posebnim komorama i uvjetima s prapočetka materije i svemira? Je li se znanost potrudila dovoljno dobro objasniti sebi i drugima značaj te žice ili se još uvijek nismo odmaknuli dalje od mirakula alkemičara, kvazi-znanstvenika i posrnulih studenata koječega, koji pred otegnutim vilicama izgubljenog puka nude živopisno isprepletene, čudotvorne niti za ulazak u audiofilski raj? Ili bi se najpametnije bilo prikloniti "realistima", koji kažu da sve to ionako nema smisla jer ne možete promijeniti tih grješnih "2 kilometra" žice od stana do trafo-stanice?
Nadam se da vas je koliko-toliko zabavio ovaj uvodno-revijalan ton, no sada je vrijeme da se ozbiljnije uhvatimo u koštac s problemom mrežnih kabela, koji ću vam nastojati što više približiti iz pozicija znanosti, ali u što jednostavnijim i shvatljivijim okvirima.
O izvoru napajanja
Napon koji vam stoji na raspolaganju u zidnoj utičnici trebao bi zadovoljavati izvjesne norme; od veličine napona i frekvencije do čistoće, odnosno dopuštene razine različitih harmoničkih i neharmoničkih komponenti. Kada na osciloskopu pogledate napon mreže, umjesto pravilne sinusoide (slika lijevo) uglavnom vidite sinusoidu zaravljenog vrha, koja nastaje zbog preopterećenja transformatora u trafostanici (područje A na slici 1), i/ili vidite različite periodičke signale visokih frekvencija, koji nastaju u ispravljačima računala (područje C na slici 1), a katkada vidite i istosmjernu komponentu nastalu zbog nesimetričnog opterećenja transformatora (regulatorski sklopovi različitih pećnica i kuhinjskih ploča često koriste diode za regulaciju snage; B na slici 1). Takvih potrošača nije bilo u Teslino vrijeme.
Može li tako onečišćen napon negativno utjecati na rad vašeg audio sustava? Može. Može li mrežni kabel pomoći da se taj napon dovede u red? Teško. Mrežni kabel može sadržavati filtracijske elemente koji će prigušiti visokofrekventne smetnje u određenoj mjeri, ali nam neće pomoći da smanjimo istosmjerni napon u mreži ili harmoničke komponente nastale zbog preopterećenja transformatora u trafo-stanici. Istosmjerni napon u mreži može dovesti transformator u vašem pojačalu u zasićenje (koje se uglavnom očituje kao brujanje i pregrijavanje transformatora). Harmoničke komponente iz mreže (osnovne frekvencije 50Hz) jedva će dočekati da "šmugnu" u vaš ispravljač i, u onom području gdje je filtersko djelovanje kondenzatora smanjeno zbog njihove parazitne induktivnosti, prenijeti će se na napajanje pojačala. K'o za vraga, PSRR pojačala (tj. atenuacija izmjeničnog napona iz napajanja) smanjuje se povećavanjem frekvencije, što može našim dragim harmonicima donekle olakšati prodor u audio signal i odraziti se u obliku smetnji u zvučniku.
Mrežni napon može se "popraviti" različitim kompleksnim filtrima ili kondicionerima. No, o tome nešto više nekom drugom zgodom.
O potrošaču
Pojačalo se često zamišlja kao nekakav linearan potrošač (sinusoidni oblik napona i struje, ponekad fazno pomaknut), što ni približno nije istina. Lanac transformator-ispravljač-kapacitivni filtar-potrošač, čija je shema prikazana na slici lijevo, poslužiti će nam da malo pojasnimo i ilustriramo što se stvarno događa. Lanac se sastoji od mrežnog transformatora sa sekundarnim naponom Vsek=22Vp, punovalnog ispravljača, filtarskog kondenzatora i otpornika koji "glumi" naše pojačalo. Uz malo matematike i mjerenja dobivamo:
Vdc=Vp-2*Vd=20V, Idc=Vdc/R1=20V/1000=20mA.
Međutim, izmjerimo li izmjenični napon Vac i struju Iac osciloskopom, dobit ćemo signale valnih oblika, prikazanih na slici ispod.
Napon Vac ima sinusoidni oblik, ali struja ima impulsni oblik čiji vrh doseže približno Iac-p=150mA. Taj je oblik određen vremenom vođenja ispravljačkih dioda, strujom punjenja kondenzatora i strujom kojom se napaja potrošač. Maksimalna vrijednost struje ograničena je svojstvima transformatora te svim otporima spojnih kabela. Kada bi transformator, diode i kondenzator bili idealni, a spojni kabeli (uključujući i naš mrežni kabel) imali beskonačno malen otpor, ta struja bila bi beskonačno velika i tekla bi beskonačno kratko. Ali, kao što znate, svijet nije idealan. Toroidni transformatori imaju bolja impulsna i prijenosna svojstva od onih s E-I limovima pa će impulsna struja kod njih biti veća. Neke su diode brže od drugih pa će impulsna struja imati strmiji porast i pad. Osim toga, i neki strujni kabeli imaju manji otpor pa će i zbog toga impulsna struja biti veća. E, tu smo!
Prvo treba primijetiti da za istosmjernu struju od Idc=20mA impulsna struja na sekundaru ima vrh od Iac-p=150mA – preko 7 puta više!!! Zamislimo sada pojačalo koje daje, recimo, 100W na zvučniku od 4 oma. Koliku impulsnu struju možemo očekivati u primarnom krugu transformatora? Naime, to je ujedno i maksimalna struja koja će teći kroz naš mrežni kabel. Maksimalna struja koju pojačalo troši iz ispravljača je:
Idc-max= sqrt(P/Z)=5A.
Pretpostavimo li da je impulsna struja na sekundaru samo 5 puta veća od Idc-max, dobivamo Iac-p=25A. Struja na primaru bit će manja za prijenosni omjer mrežnog transformatora, koji za pojačalo od 100W/4oma iznosi približno 10 puta, što nas dovodi do impulsne vrijednosti primarne struje u iznosu Iac-p-pr=25/10=približno 2,5A.
Kod pojačala od 100W, uz uračunati koeficijent iskorištenja, očekivana je vrijednost primarne struje ispod 1A. A mi smo dobili da je ta struja impulsnog karaktera i da je vršno 2,5 puta veća?!
Dakle, naš mrežni kabel opterećen je velikim impulsnim strujama. Te struje, zbog svoje impulsne naravi, imaju bogatu harmoničku strukturu, što može dovesti do toga da ta struja negdje (baš tamo gdje mi to ne želimo, normalno) inducira napon smetnje. Sada kada to znamo, pitanje je što možemo učiniti da naš kabel bude dobar partner našem pojačalu. Prvo, kabel treba imati što manji otpor (same žice i prijelaznih kontakata na konektorima). Drugo, treba imati oklop koji će spriječiti prijelaz-indukciju harmoničkih komponenata na okolne uređaje i vodiče i, na kraju, treba imati što bolja impulsna svojstva (tj. što manji induktivitet).
U praksi, to znači da mrežni kabel treba biti što kraći, imati što veći presjek (za srednje velike potrošače 2,5kv već je sasvim dovoljno) i oklop oko žica kroz koje teče primarna struja te da žice trebaju biti međusobno čvrsto uvijene (ili treba biti primijenjena neka druga tehnika upredanja) kako bi se maksimalno smanjila indukcija na van.
Ukoliko je naš potrošač CD reproduktor ili neki drugi uređaj za obradu digitalnih informacija ili pak ima switcherski ispravljač, postoji opasnost da se digitalni signal na neki način (parazitnim reaktivnim elementima) transpondira na mrežnu stranu i time stvori zagađenje slično onomu iz slike 1, točka C. Takve smetnje, kao i velik dio visokofrekventnih smetnji induciranih u mrežne kabele iz vanjskih izvora, mogu se dobro potisnuti feritnim prstenovima koji se stavljaju na krajeve mrežnog kabela. Feritni prstenovi djeluju samo na smetnju koja postoji u obje žice kabela i koja je iste faze pa je tako negativan utjecaj na našu impulsnu struju izuzetno malen ili nikakav. Osim toga, postoje različite vrste feritnih prstenova koje su prilagođene za potiskivanje određenih dijelova elektromagnetskog spektra, ovisno o očekivanim smetnjama i korisnom signalu na koji ne želimo utjecati. Uostalom, i neki od vodećih proizvođača koriste feritne prstenove na svojim, poprilično skupim, "audiofilskim" kabelima.
 |
 |
Siltech Ruby Hill |
Audioquest NRG-2EU |
Čini mi se da se, zbog marketinško-pomodarskih hirova u određenim (kvazi?)audiofilskim krugovima, feritni prstenovi u audio sustavu u zadnje vrijeme a priori denunciraju jer, tobože, "smanjuju dinamiku" i slično. Takve su tvrdnje vrlo dvojbene jer zasigurno nisu plod serioznih mjerenja i preslušavanja, već ad hoc i ad hoch donesenih procjena koje se ne mogu (kao što smo vidjeli) niti teorijski opravdati, a niti su empirijski/eksperimentalno dovoljno provjerljive i dokazive da bi se mogli izvući neki općenitiji zaključci. Svak od nas na jedinstven način percipira svijet oko sebe, pa tako i glazbu. Ako se nekomu nešto ne svidi (ili svidi) u određenoj točki u prostoru i vremenu, to je samo subjektivan dojam pojedinca koji nije i ne može ni na koji način biti obvezujući za bilo kojeg drugog pojedinca, pa čak ni za istoga pojedinca u nekoj drugoj točki u prostoru i vremenu.
Premda se odnos mreža-mrežni kabel-potrošač često namjerno (financijski interes) ili nenamjerno (nedovoljno poznavanje materije) mistificira ubacivanjem sasvim proizvoljnih varijabli, "formula" i "postulata", prava je istina da se međusobni utjecaji u tom odnosu mogu relativno jednostavno teorijski objasniti i praktično izmjeriti/dokazati. Potpuno je besmisleno (i neuko) tvrditi da je dobar strujni kabel isključivo proizvod dugotrajnih eksperimenata i podešavanja (baš bih volio vidjeti kako netko "podešava" strujni kabel) jer niti se pritom koristi mjerna oprema koja omogućava točan uvid u mijenjanu karakteristiku, a niti jedan audio sustav može biti etalonom za sve ostale. Stoga, kada se netko odlučuje za samogradnju mrežnog kabela, treba utemeljeno ocijeniti koje karakteristike takav kabel poboljšava i općenito vrlo kritički pristupati svim DIY proizvodima (naročito ako su na prodaju) koji nastaju isključivo "metodama pokušaja i pogrešaka".
Za kraj, govoreći iz iskustva, već samo povećanje presjeka kabela trebalo bi donijeti značajan pomak nabolje u zvuku (trebam li ponoviti da to nije zbog voodoo iglica i "posebnog pletiva" već zbog manjeg otpora kabela i veće impulsne struje koja se na taj način prenosi). Ostali elementi, od feritnih prstenova do oklopa i sličnog, doprinijet će kvaliteti sustava više ili manje, ovisno o razini različitih smetnji na mjestu samog sustava.
Povezani članci: |
|||
|
|
||
|
|
||
COPYRIGHT NOTICE
This material is not public domain. It is provided for your personal use only and may not be reproduced, re-distributed, re-transmitted, copied or otherwise used in any form without the express written permission of the author. You may not upload this material to any public server, on-line service, network or bulletin board without the prior written permission of the author.
The use or copying of the contents of this page, in whole or in part, for any commercial purpose is expressly prohibited.