телефон (495) 231-3586 факс (495) 306-7687

Кабели аудио-видео

Кабели аудио-видео

Кабели в реальных системах являются устройствами передачи электриче-
ских сигналов с собственными характеристиками.

В идеале, кабели, соединяющие различные части общей системы аудио и/ или видео (например, домашнего кинотеатра или звуковоспроизводящей системы), должны обеспечивать «закорачивание» соединяемых разъемов (разъемных соединителей), т.е. на входе принимающего устройства сигнал должен быть в точности таким, как на выходе передающего устройства. Однако реальные кабели в реальных системах являются устройствами передачи электрических сигналов с собственными характеристиками, отличающимися от идеальных, поэтому сигналы при передаче по соединительным кабелям искажаются.

 

В принципе, кабели подразделяются на силовые и сигнальные. В первом случае, при передаче по кабелю мы учитываем и ток, и напряжение (т.е. их произведение – мощность сигнала), причем основной задачей является снижение потери мощности при передаче по ка- белю. В сигнальных кабелях, учитывается только напряжение, либо только ток, а основной задачей становится сохранение формы передаваемого сигнала даже при значительной потере мощности. Силовые кабели используются для подключения блоков аудио/ видеосистемы к сети электропитания (настен- ной розетке), а сигнальные (соединительные) кабели предназначены для связи отдельных блоков аудио/видеосистемы между собой.

"Получишь только то, за что заплатил"

Самой понятной, насущной и очевидной характеристикой любого кабеля является его цена, причем в общем случае действует простое правило: чем выше цена, тем лучше кабель и тем меньше будут искажения сигнала в соединительном кабеле или тем меньше будут потери мощности в силовом кабеле. Однако как сторонники оценки качества кабелей по техническим параметрам, так и приверженцы определения качества по психофизическим ощущениям сходятся во мнении о том, что линейной зависимости качества кабеля от цены не наблюдается: аудиокабель (например, с разъемами RCA на обоих концах) за 9000 руб. не превосходит в 30 раз по качеству (максимальной длине, коэффициенту нелинейных искажений, "четкости звучания" или "динамической отдаче") кабель за 300 руб. Изготовители хором заявляют, что за каждую следующую ступеньку на лестнице технического прогресса приходится платить все больше и больше. И это действительно так, пока прогресс в производстве кабеля оценивается техническими параметрами, поскольку затраты на производство напрямую определяют получаемое качество товара. С другой стороны, для кабелей класса Hi-End (предельно высокие характеристики) вместе с техническими параметрами, а иногда и вместо них, приводят субъективные оценки экспертов, поэтому при назначении цены маркетинговые цели превалируют над инженерными задачами и для покупателя, намеренного потратить 9000 руб. (как в нашем примере выше), всегда найдется компания, способная предложить кабель именно по этой цене.

На рынке кабелей для аудио/видео систем отношение между наибольшей и наименьшей рыночной ценой может составлять 1000-к-одному, хотя отношение себестоимости этих товаров будет намного меньше. Скажем, для обычного коаксиального кабеля на катушках типа RG-6, если сравнивать самый дешевый китайский продукт никому неизвестной компании и качественные кабели отношение конечной (розничной) цены может доходить до 7-к-одному или 10-к-одному, причем в этом сегменте кабели Hi-End отсутствуют. В данном случае разница в стоимости оправдана большими производственными затратами, учитывающими более дорогое оборудование, повышенный уровень зарплаты, более строгий контроль, более дорогие материалы и, в конечном счете, увеличение затрат на исследования и разработку. Кроме того, дополнительное повышение стоимости может быть связано с не совсем технически оправданными улучшениями, например применением серебряного покрытия или полностью серебряных жил, заменой полиэтиленовой изоляции тефлоновой, использованием броской маркировки, выбор оплетки исключительно по привлекательному внешнему виду и т.д.

Итак, розничная цена кабелей для аудио и/или видео является не вполне точным показателем качества, особенное для кабелей Hi-End.

Как оценить качество кабеля?

Для начала вспомним публикацию пятилетней давности одного американского аудиофила. Ради спортивного интереса, он соединил два коаксиальных порта S/PDIF распрямленным куском проволочной вешалки для одежды, диаметр которой хорошо совпал с центральным гнездом этого разъема. На небольшом расстоянии битовый аудиопоток S/PDIF был без ошибок передан этой "цифровой вешалкой" (естественно, "на полную катушку" сработал алгоритм защиты от помех при передаче за счет избыточной информации в аудиопотоке, кроме того, такой трюк возможен только на коротком расстоянии, когда согласованность волнового сопротивления кабеля не сказывается на качестве связи). В конце публикации был задан резонный вопрос: "Ну и зачем нужны коаксиальные кабели S/PDIF за 500 долларов США?".

Ответ на этот вопрос в том, что не существует абстрактного понятия качества, без учета области применения кабеля. На коротком расстоянии может быть достаточно весьма дешевого кабеля, но для пассивной передачи HDMI на расстояние 15 метров потребуется действительно качественный и достаточно дорогой кабель. То же самое справедливо для прокладки кабеля в условиях сильных внешних помех, устранения взаимных наводок между трактами, точного соответствия заявленным характеристикам и т.д.

Например, наилучшая передача сигнала по линии связи достигается в режиме стоячей волны, поэтому точное соответствие заявленному волновому сопротивлению (импедансу), несомненно, является четким индикатором высокого качества. Журнал PC World Magazine провел тест 75-омных коаксиальных кабелей, взятых на полках наиболее популярных в США розничных сетей по продаже электроники. Разброс по этому параметру составил от 63 до 86 Ом. Для сравнения, допуск по волновому сопротивлению недорогого кабеля серии Silver от компании Belsis составляет ± 3,5%, т.е. от 72,4 до 77,6 Ом на расстоянии до 5 метров.

Другой пример: любой коаксиальный кабель экранирован собственным "обратным" проводом. Однако многие компании-изготовители сознательно идут на дополнительные затраты для улучшения экранирования кабеля и снижения уровня наводимых и/или излучаемых помех. Например, в том же самом кабеле компании Belsis "обратная" жила выполнена из бескислородной меди с плотной (т.е. со 100-процентным покрытием) навивкой. Дополнительно используется промежуточный экран из майларовой (лавсановой по советской терминологии) пленки с алюминиевым напылением, который отделен от центральной жилы физически вспененным полиэтиленом (механический способ создания пористой структуры вместо химического способа, при котором реагенты воздействуют на поверхность медного проводника, создавая со временем зеленый налет окислившейся меди не только неприятный по внешнему виду, но существенно снижающий электрические характеристики жилы). В данном случае дополнительные затраты вполне оправданы, поскольку изготовителю трудно предвидеть реальную картину электромагнитных помех в зоне прокладки кабеля и лучше перестраховаться, чем экономить.

Технические характеристики кабеля.

На передачу сигнала по кабелю наибольшее влияние имеют три базовых характеристики: сопротивление, емкость и индуктивность. Рассмотрим их по порядку и подробнее:

Сопротивление: все материалы делятся на проводники (проводят электрический ток) и изоляторы (не проводят электрический ток), причем не существует как идеальных проводников, так и идеальных изоляторов. Любой материал обладает определенным сопротивлением электрическому току, т.е. препятствует свободному перемещению электронов. И вне зависимости от относительной величины этого сопротивления некоторая часть электромагнитной энергии преобразуется в тепло. Для кабелей аудио/видео конечно лучшим будет низкое сопротивление, чем высокое. Сам параметр сопротивления на практике не ведет к искажению сигнала, хотя снижается амплитуда сигнала, например соединив кабелем стандартный выход с напряжением 1 амплитудный вольт (1 Vp-p) мы получим на конец длинного кабеля 0,9 амплитудных вольтов, которые легко усиливаются до нужного уровня предварительным усилителем приемника сигнала. Как правило, все соединительные кабели изготовлены так, что сигнал на конце кабеля остается в заданном для данного протокола передачи сигнала допуске.

Емкость: именно этот электрический параметр полностью опровергает аналогию между электрическим током в проводнике и потоком воды в трубе. Проведем мысленный опыт. Возьмем идеальный изолятор (не проводит электрический ток ни при каких условиях) и вставим его между двумя пластинами из идеального проводника. Подключим пластины к источнику сигнала переменного тока, т.е. сигналу с током, который периодически полностью меняет направление на противоположное. В общепринятой теории электричества такая система называется конденсатором и прекрасно проводит электрический ток, несмотря на наличие изолятора, который по определению ток не проводит. В области аудио/видео большая часть сигналов являются меняющимися напряжениями переменного тока, поэтому легко проходят через конденсаторы, которыми в определенной мере являются соединительные кабели, характеризующиеся так называемой погонной емкостью (емкость на единицу длины кабеля). Реальная емкость любого кабеля точно равна произведению погонной емкости на длину.

Индуктивность: еще один параметр, свойственный электрическому кабелю, но не наблюдающийся в водопроводных трубах. Когда по проводнику протекает электрический ток, вокруг проводника создается магнитное поле, которое в случае кабелей для аудио/видео становится переменным магнитным полем. Это поле взаимодействует с другими магнитными и электрическими полями и препятствует электрическому току, которой создал поле. Наглядным примером действия индуктивности является трансформатор, используемый для преобразования напряжения переменного электрического тока. Типовой трансформатор состоит из двух обмоток на железном сердечнике, причем через этот проводящий сердечник ток не проходит, а две обмотки просто находятся рядом друг с другом и специально изолируются от сердечника, чтобы не допустить прохождение по нему никакого электрического тока. Определенной индуктивностью обладают не только обмотки (катушки), но и любой, даже очень короткий и прямой кабель, включая кабели аудио/видео.

Когда учитывать все электрические характеристики кабеля?

Итак, любой проводник любой длины обладает сопротивлением; два идущие достаточно близко, но не соприкасающиеся проводника обладают емкостью, а проводник с протекающим по нему током обладает индуктивностью и наводит магнитное поле на соседний проводник в кабеле. Однако во многих случаях искажения за счет конечного сопротивления, емкости и индуктивности кабеля не учитывают, поэтому на электрических схемах кабели обозначают прямыми линиями, без помех передающими электроны с одного конца на другой (1). Разумеется, разработчики электронной аппаратуры осведомлены об электрических характеристиках кабеля, но не учитывают их, считая вносимые искажения находящимися в пределах погрешности. Например, кабели для локальных сетей категории 5 (Cat 5) нарисованы на схеме прямыми линиями, но само это названием предполагает, что кабели соответствуют примерно двум десяткам электрических и механических параметров, а разработчикам и монтажникам достаточно знать, что любое сетевое оборудование 10BASE-T/100BASE-TX Ethernet можно подключить по двум парам в кабеле Cat 5 на расстоянии 100 м (если быть абсолютно точным, то 90 м самого кабеля плюс два разъема плюс два коммутационных шнура по 5 м).

Однако кабели аудио/видео не стандартизованы подобно кабелям локальных сетей, поэтому при комплектации высококачественного оборудования аудио/видео пользователю приходится самостоятельно или с помощью консультантов оценивать качество кабеля и его пригодность для определенной области применения. Упрощенная электрическая схема кабеля (2) учитывает все три параметра (С = идеальная емкость, а L = индуктивность с определенным сопротивлением). Существует стройная и проверенная годами теория так называемой "длинной линии связи" (3), используемая связистами при прокладке кабельных сетей.

Однако соединительные шнуры (межблочные или межприборные - по терминологии ГОСТ - кабели) вместе с акустическими кабелями для подключения звуковых колонок находятся где-то между вариантами (1) и (3). Кроме того, кабели аудио/видео разительно отличаются от телефонной "лапши" и телефонных кабелей для укладки в грунт. Не следует забывать, что телефонная абонентская линия может достигать длины 5-6 км, но должна обеспечивать только частотный диапазон 300...3300 Гц (телефон предназначен только для разговора, пение по телефону не предусмотрено). Это и есть "длинная линия связи".

При передаче высококачественных сигналов аудио/видео придется учитывать не только погонные характеристики, но и зависимость емкости и индуктивности от частоты, что весьма существенно влияет на то, что мы увидим и услышим в результате передачи сигнала по кабелю. Начнем с емкости и вернемся к нашему мысленному опыту с идеальным конденсатором: при повышении частоты сигнала повышается и проходящий через конденсатор ток - это общее правило, но на практике зависимость будет нелинейная, которая не определяется гладкой горизонтальной или наклонной линией на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ-графике на экране частотного анализатора). Для звукового сигнала, например представляющего арию оперного тенора, высокие частоты будут подавляться (шунтироваться за счет повышенного тока в конденсаторе) непропорционально потерям в низкочастотной области. В реальных кабелях, не являющихся идеальными конденсаторами, потери будут выражаться линией сложной формы на АЧХ, но в любом случае нам лучше как-то снизить емкость линии для устранения помех. Здесь нет никаких секретных технологий - нужны разъемы с хорошим электрическим контактом (плохие разъемные соединения создают львиную долю паразитной емкости кабельной линии связи) и следует до необходимого минимума сократить длину кабеля (вспомним про погонную емкость в пФ/м).

Индуктивность аналогично искажает сигнал аудио/видео, как емкость, но другим способом: увеличение частоты приводит к большему возбуждению магнитного поля, поэтому опять мы сталкиваемся с большими относительными потерями на высоких частотах. Однако с паразитной индуктивностью в аудиокабелях нам повезло больше, чем с емкостью, потому что индуктивность слабо сказывается на типовых длинах таких кабелей (15-20 м максимум для соединительных кабелей и 30-40 м максимум для акустических кабелей). В видеокабелях частоты намного выше и влияние индуктивности сильнее. Здесь для снижения индуктивности нам опять следует до минимума сократить длину кабеля (заметим, что борьба за сокращение длины не должна приводить к прокладке кабелей с "натягом", т.е. с механическими напряжениями в самом кабеле и его разъемах).

Ну и конечно, нужно согласование полного (волнового) сопротивления кабеля с источником и приемником сигнала. Например, кабельная телевизионная сеть и телевизор специально рассчитаны на связь 75-омным кабелем, применение которого создает режим "стоячей волны" с максимальной передачей мощности, т.е. с минимальными потерями и искажениями. На звуковых частотах согласования волнового сопротивления не требуется, но на частотах видео несогласованность вызовет обратные отражения на концах линии связи, которые визуально будут видны как двоение и окантовки изображения.

Внешние воздействия.

Кабель аудио/видео используется не в чистом поле, а в нашей засоренной электромагнитными помехами окружающей среде. Кроме того, кабель сам может стать источником помех для другого электронного оборудования. Чтобы понять масштаб проблем с электромагнитными наводками, представим себе радио- или телевизионную вещательную станцию "вбрасывающую" в пространство 50 кВт мощности, которая проникает везде, чтобы быть принятой антенной (куском проводника), затем преобразована и представлена в виде полезного сигнала. Проложенные нами кабели мало отличаются как от приемных, так и от передающих антенн, поэтому одновременно выступают как источник и жертва внешних наводок.

Наводки создаются не только вещательными станциями. На автомобильные звуковые системы существенно влияют электрические разряды в свечах зажигания (в этом смысле дизельные двигатели предпочтительнее), домашние энергосберегающие лампочки - полезная вещь для экономии энергии, но сущее бедствие для качественной акустики. Даже щелчки реле в холодильнике на кухне могут прослушиваться в телевизоре.

Решением проблем с наводками является экранирование, т.е. использование специальной оплетки, подключенной к корпусу оборудования (разумеется, само оборудование должно быть правильно заземлено, без использования двухполюсных электрических розеток для подключения трехполюсных вилок оборудования аудио/видео).

Мы обсудили только наиболее важные электрические характеристики кабелей, но за недостатком места придется сразу перейти к наиболее важному "механическому" параметру кабеля - качеству меди.

Качество меди.

Существует отечественная классификация марок меди (ГОСТ 859-2001), включающая в себя требования к электротехнической бескислородной меди, однако в области высококачественных кабелей аудио/видео привычнее использовать американскую классификацию. Заметим, что в обоих случаях основное внимание уделяется химическому составу, а физические свойства не нормируются (например, удельное электрическое сопротивление или спиральное удлинение, т.е. реклисталлизация при заданных температурных параметрах). Обычно для жил в качественных кабелях аудио/видео используется исключительно бескислородная медь (Oxygen-free copper, OFC), она же бескислородная с высокой теплопроводностью (Oxygen-free high thermal conductivity, OFHC), в которой уровень кислорода ниже 0,001%. Названия по классификации IACS (International Annealed Copper Standard, международный стандарт для отожженной меди) немного отличаются от OFC/OFHC, но смысл остается прежним. Важно то, что IACS определила стандартную марку меди для сравнения с другими марками и материалами. Стандартная электротехническая бескислоородная медь имеет плотность 8,89 грамм/см3 и в проводнике длиной 1 метр с массой 1 грамм имеет сопротивление 0,15328 Ом при 20°C. Такая медь определяет величину для 100% проводимости.

Для сравнения другие материалы имеют в пересчете следующие сопротивления относительно этой стандартной марки меди:

Итак, жилы из серебра могут немного снизить электрическое сопротивление относительно меди стандартного качества, однако дополнительные конструктивные улучшения помогут повысить суммарное качество кабеля (по механическим и электрическим параметрам, комплектующим, качеству производства и контроля, упаковке и т.д.) до уровня серебреного. Именно поэтому медные кабели от компании Belsis получили название Silver (серебро).

Несколько простых правил выбора хорошего кабеля для аудио/видео:

1. Используйте кабель наименьшей длины.
2. Проверьте согласованность волнового сопротивления требуемой области применения.
3. Оцените разъемные соединители кабеля. Плохие или плохо установленные разъемы существенно снизят качество кабеля.
4. При необходимости, используйте промежуточные усилители.
5. Постарайтесь проложить кабель вдали от источников сильных помех (электромоторов, силовых кабелей, передатчиков, тиристорных устройств и т.д.)

Пример оптимального кабеля RCA-RCA для аудио/видео.

В качестве примера рассмотрим кабель RCA-RCA из серии Silver компании Belsis. В нем оптимально сочетаются современные достижения в производстве и конструировании кабелей категорий Hi-Fi и Hi-End с технически оправданной ценой при высоких технических характеристиках. Причем самое главное в том, что компания-изготовитель полностью предоставила сведения обо всех деталях конструкции и электрических параметрах кабеля. Для многих аналогичных кабелей с заоблачной стоимостью будет трудно найти и половину из опубликованных характеристик кабелей Silver.

Конструктивные элементы: 

  • оболочка кабеля (номинальный внешний диаметр 6,0 мм), изготовлена из прочного светостабилизированного пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ-пластиката), устойчивого к многократным изгибам, температуре и другим неблагоприятным воздействиям окружающей среды; 
  • центральная жила имеет калибр 27 AWG и состоит из 7 проволок диаметром 0,143 мм, изготовленных из бескислородной длиннозернистой меди (OFC/LGC); 
  • внутренний диэлектрик (номинальный внешний диаметр 2,2 мм) изготовлен из физически вспененного полиэтилена, что позволяет добиться низкой погонной емкости кабеля и снижения до минимума искажений аналогового сигнала; 
  • двойной экран кабеля, состоящий из алюминиевой майлар-фольги и плотной оплетки (112 проволок диаметра 0,12 мм) из бескислородной меди (OFC), покрывает 100% внешней поверхности внутреннего диэлектрика, обеспечивая, тем самым, надежное экранирование от внешних электромагнитных полей.

Электрические характеристики кабеля:

  • сопротивление центральной жилы постоянному электрическому току при 20°С: не более 0,160 Ом/м; 
  • сопротивление экрана постоянному электрическому току при 20°С: не более 0,015 Ом/м; 
  • погонная емкость кабеля (1кГц, 20°С): 55 пФ/м; 
  • погонная индуктивность кабеля: 0,309 мкГн/м; 
  • волновое сопротивление кабеля: 75 Ом ± 3,5%; 
  • скорость распространения ЭМ поля: 242571 км/с (81%); 
  • затухание сигнала при частоте 200 кГц: не более 0,5 дБ/100 м; 
  • затухание сигнала при частоте 10 МГц: не более 5,0 дБ/100 м.

Разъемы RCA специальной эргономичной конструкции, имеющие следующие отличительные особенности:

  • нескользящая внешняя оболочка из ПВХ обеспечивает удобство установки; 
  • защитное металлическое кольцо; 
  • контакты, изготовленные из высококачественной α-латуни и покрытые 24-каратным золотом, обеспечивают многократное соединение/ разъединение, надежность и точность соединения с гнездами аппаратуры.

Кабель выпускается в четырех исполнениях, согласно длине: BW1581 (1 м), BW1582 (2 м), BW1583 (3 м) и BW1585 (5 м).



Яндекс.Метрика