Длина акустического кабеля: Акустический кабель – как правильно рассчитать и выбрать

Акустический кабель – как правильно рассчитать и выбрать

В многочисленных рекомендациях и отзывах меломанов по выбору акустического кабеля даны советы и озвучены субъективные мнения, не имеющие ничего общего с реальным положением вещей.

Катушка с акустическим кабелем

По мнению авторов, верящих рекламе производителей кабеля, на качество звука существенно влияет чистота и структура кристаллов меди, внешнее покрытие проводов, шаг скрутки и количество жил, материал изоляции и многое другое, что не подтверждено математическими расчетами. Физика наука точная и голословные утверждения не являются доказательством.

Содержание

Физические характеристики аудио кабеля, влияющие на качество звуковоспроизведения

Рассмотрим степень влияния на качество аудио кабеля чистоты меди жилы, скин-эффекта, экранирующей оплетки, шероховатости, покрытия жил и изоляции.

Влияние на звуковой сигнал чистоты меди

Согласно ГОСТ 859-2001 для изготовления проводов кабелей используется медь чистотой более 99%, в которой максимальная доля примесей в худшем случае не превышает 1%, что практически не влияет на ее проводимость.

Внешний вид электротехнической меди катанки

Присутствующий в меди кислород обладает вентильным эффектом, работает как диод, выпрямляя синусоиду. В бескислородной меди марки М0 количество кислорода не превышает 0,001%. В раскисленной марки М1 – 0,01%, что теоретически может добавлять нелинейные искажения в звуковой сигнал не более, чем на эту величину.

На практике вносимые искажения многократно меньше, так как диоды шунтируются чистой медью. Таким образом, наличие кислорода в меди не влияет на естественность звучания.

Для справки. Ученые В. М. Большов и В. И. Гукин установили, что человеческое ухо не фиксирует нелинейные искажения величиной менее 3%.

Влияние скин-эффекта

При прохождении переменного тока через проводник вокруг него возникает переменное электромагнитное поле, которое создает электрическое индукционное поле, нелинейно взаимодействующее с электромагнитным полем. В результате плотность тока от центра оси провода смещается к его поверхности. Это поведение переменного тока назвали скин-эффектом.

Скин-эффект в кабеле провода

Скин-эффект начинает проявляться на частотах более 100 Гц в проводах сечением более чем 0,75 мм2. Таким образом на низкие частоты (басы) влияния не оказывает. С увеличением частоты начинается плавное проявление скин-эффекта, и на частоте 20 кГц потери увеличиваются до 0,25 дБ, что заметить практически невозможно. Но даже если имеется идеальный слух, то всегда можно скомпенсировать потери в высокочастотном диапазоне с помощью эквалайзера.

На проводах сечением менее 0,75 мм2 скин-эффект в звуковом диапазоне отсутствует. Поэтому, для получения кабеля без скин-эффекта для подключения звуковых колонок к усилителю, например, сечением 1,5 мм2, достаточно свить два изолированных провода сечением 0,75 мм2. Так делают многие производители аудиокабелей.

Об экранирующей оплетке кабеля

Применяемая в дорогостоящих аудио кабелях экранирующая оплетка из цветных металлов не защищает от низкочастотных электромагнитных полей, а высокочастотные поля, от которых экранирование может защитить, в нормальных условиях создают ЭДС в проводах кабеля величиной несколько микровольт.

Экранированный акустический кабель

Уровень влияния такого поля составляет сотые доли дБ, что услышать, даже когда сигнал на колонки не поступает, невозможно.

О количестве жил и их диаметре в проводах акустического кабеля

Количество и сечение жил в проводах кабеля на качество звука не влияет. Чем больше жил и меньше их диаметр, тем эластичнее будет кабель. Вопрос актуален для случая, если необходимо часто транспортировать аудиосистему и свивать кабель.

Влияние шероховатости и покрытия проводов кабеля

Согласно Закону Ома, сила тока в замкнутой цепи зависит только от ее сопротивления, поэтому даже большая шероховатость проводов снизит на 0,1% сечение провода, что практического влияния не окажет.

Покрытие проводов благородными металлами оправдано только для снижения влияния скин-эффекта на частотах выше 100 кГц. Поэтому для аудио кабеля значения не имеет. Изоляционное покрытие вполне справляется с защитой меди от внешних воздействий. Оправданным может быть покрытие только клемм на концах проводов.

Влияние материала изоляции проводов кабеля

Любые электрические провода, в том числе и для подключения звуковых колонок, для защиты от короткого замыкания и внешних воздействий окружающей среды покрываются изоляцией. Изоляция делается из диэлектрического материала и в прохождении тока по кабелю участия не принимает. Так как напряжение, подаваемое с усилителя на колонки, не превышает сотни вольт, то материал изоляции значения не имеет.

Вывод

Качество акустического кабеля определяется только его поперечным сечением. Чистота и структура кристаллов меди, внешнее покрытие проводов, шаг скрутки, сечение жил в проводе и их количество, материал изоляции – практически не оказывает влияние на естественность воспроизведения музыкальных произведений.

При недостаточном сечении проводов часть мощности будет рассеиваться на них и в моменты максимальной громкости низкие частоты (басы) будут звучать без искажений, но несколько тише, потому что в общей звуковой мощности они составляют более 70%.

Расчет сечения акустического кабеля для подключения
звуковой колонки

Согласно рекомендациям, сопротивление провода для подключения звуковой колонки не должно превышать 5% ее сопротивления. В таблице представлено максимально допустимое сопротивление проводов кабеля в зависимости от величины сопротивления звуковой колонки.

При расчете следует учесть, что общее сопротивление кабеля будет в два раза больше, так как он состоит из двух проводников. Чем сопротивление кабеля меньше, тем лучше.

Метр длины медного провода любого сечения имеет известное сопротивление. Поэтому зная допустимое сопротивление кабеля и его длину по таблице можно выбрать подходящий.

Например, нужно выбрать кабель длиной 2 метра для подключения звуковой колонки сопротивлением 4 Ома. Из таблицы «Допустимое сопротивление кабеля для подключения звуковой колонки» определяем, что сопротивление проводов кабеля не должно превышать 0,2 Ом. Кабель имеет два провода, значит, значение нужно поделить на два, получается 0,1 Ом. В столбце 2 метра подходящим значением является 0,08 Ом, перемещая взгляд влево по горизонтали видим, что подойдет кабель с сечением провода 0,5 мм

2 (диаметр 0,8 мм).

Как видите, по вышеприведенным таблицам выбирать сечение провода для динамика неудобно. Поэтому обе таблицы были сведены в одну, что позволит быстро и безошибочно выбрать кабель.

Теперь достаточно по сопротивлению динамика узнать необходимое сечение провода в столбце длины кабеля. Например, для подключения звуковой колонки сопротивлением 4 Ом, удаленной от усилителя на 3 метра понадобится кабель с сечением провода 0,54 мм2.

ГОСТ 22483-2012 предписывает стандартный ряд сечений проводов кабелей для производителей и провод выбранного сечения в продаже может отсутствовать.

Поэтому решил сделать таблицу, с помощью которой выбор сечения провода для акустического кабеля можно сделать с учетом стандартного ряда сечений.

Выбирается сечение провода по этой таблице, так же, как и с помощью предыдущей, только в результате вы получите сразу стандартное значение.

Если у вас есть в наличии отрезки медного кабеля достаточной длины, то можно узнать, подойдет ли он для использования в качестве акустического.

Сечение провода измерять приборами невозможно, но его можно вычислить по диаметру, измеренному штангенциркулем или микрометром.

Для акустического кабеля подойдет любой многожильный медный провод для электропроводки. Если сечение многожильного провода кабеля неизвестно, то его можно определить с помощью опубликованной на сайте методике.

Факторы влияющие
на естественность звучания аудиосистемы

Стоит отметить, что акустический кабель является предпоследним звеном в цепи, которое влияет на качество звука.

Если хотя бы одно из устройств в цепи – источник сигнала, усилитель, кабели или звуковые колонки по своим характеристикам не обеспечит Hi-Fi, то параметры других устройств не будут иметь значения.

Качество работы всей аудиосистемы будет определяться устройством с худшими техническими характеристиками.

Театральный зал с зрителями

В заключение о самом главном – помещении для прослушивания музыкальных произведений. Даже имея в распоряжении самую лучшую Hi-Fi или даже Hi-End звуковоспроизводящую аппаратуру невозможно добиться естественного звука в не приспособленном для этих целей помещении.

Звук распространяется волнами за счет изменения плотности воздуха динамиком со скоростью 334 метра в секунду, как и световые волны. От твердых поверхностей, как световой луч от зеркальных, звуковая волна отражается, но хорошо поглощается пористыми.

Если аудиосистема размещена в помещении, в котором большая часть поверхностей твердая (стены, пол, потолок, мебель) то возникают такие явления как реверберация (эхо в горах), резонансные волны (моды), аксиальные резонансы, которые создают пики и провалы в частотной характеристике излучаемого колонками звукового сигнала.

Таким образом получить естественное звучание в помещениях даже значительных по объему, в которых большая часть поверхностей твердая, без покрытия звукопоглощающим материалом невозможно.

Поэтому перед покупкой дорогостоящей аудиотехники стоит з

Рассчитываем сечение акустического кабеля – hifi-audio.ru

Казалось бы простой вопрос, возникающий при коммутации своей аудиосистемы “какого сечения акустический кабель выбрать для подключения акустических систем” порой многих ставит в тупик. Советов можно услышать много, но часто вы не получите внятного ответа почему именно такое сечение рекомендует тот или иной специалист.

Я думаю, что лучше один раз все понять самостоятельно, чем полагаться на утверждения передаваемые подобно слухам.
Почему не все могут обосновать свой ответ ясно – для правильного ответа потребуются математические расчеты по нескольким, хотя и элементарным, но порой подзабытым формулам, а так же справочные данные по проводимости конкретных материалов (медь, серебро и тд).
Сегодня будем отвечать на вопрос, как подобрать кабель нужного сечения под конкретные АС.
Поэтому для примера сгенерируем аудиосистему состоящую из усилителя:

Sony TA-F333ESJ
Мощность усилителя 120 ват при 6 Омах.
Акустических системы возьмем Coral X III


Максимальная мощность 200 ват при 6 Омах.
Попробуем определить напряжение и силу тока, которое будет воздействовать на кабель.
Так как мы знаем мощность усилителя (120 ват) и сопротивление акустических систем (6 Ом), то для расчета подходит формула:

U= корень из (мощность*сопротивление)
U=корень из (120*6)=26,8 вольт

Напряжение в проводе при максимальной мощность равно 26,8 вольт.
Посчитаем силу тока (амперы).
Для этого достаточно мощность усилителя разделить на напряжение в проводе:
120/26,8=4,47 А.

Итого на акустический кабель будут воздействовать такие факторы, как напряжение в 26,8 вольт силой 4,47 Ампер.
Следовательно у кабеля должно быть сечение, которое как минимум выдержит 5 Ампер. Если значение будет больше, чем кабель с выбранным сечением может выдержать, кабель сильно нагреется, может перегореть или стать причиной пожара.
Но почему этого не может быть с акустическими кабелями мы легко поймем по таблице ниже:


Из таблицы видно, что даже самый худосочный кабель с сечением 1,5 квадратных миллиметра выдерживает до 19 Ампер (по другим таблицам до 15).
В нашем случае усилитель даже на максимальной громкости не даст 5 Ампер.
Хорошо, мы поняли, что даже 1,5 квадрата кабеля с тройным избытком для этого усилителя и акустики, так зачем же выбирают кабеля большего сечения и что вообще означает слово сечение, разве это не диаметр?
Начну с конца. Сечение – это не диаметр. Сечение высчитывается из диаметра жилы и равно

диаметр жилы в квадрате * 0,785.
Для получения сечения всего кабеля нужно количество жил умножить на найденное сечение одной жилы.
Но, так как в акустическом кабеле очень много жил и их вручную считать тяжело, то можно замерить общий диаметр линейкой или штангенциркулем и умножить на коэффициент 0,91.


Пример: если у нас многожильный кабель с общим диаметром 3мм, то его сечение составит

3 в квадрате *0,91*0,785=3*3*0,91*0,785=6,42

Т.е. сечение кабеля с диаметром 3 квадратных мелиметра равно 6,42 милиметра.
Аналогично (другой пример), если диаметр жилы (пусть одножильный кабель) равно 2 квадратных миллиметра, то его сечение будет равно

2 в квадрате*0,785=2*2*0,785=3,14 мм

Поэтому если вы купили кабель с сечением 2,5 квадратных миллиметра и на глаз видите, что оно меньше такового диаметра, то все верно, так оно и есть, потому что сечение, это не диаметр.
Теперь вернусь к первой части – зачем использовать более толстый провод, если уже полторашки за глаза.
Из за двух неучтенных параметров – сопротивление провода и падение напряжения.
Сопротивление на пути сигнала, как вы понимаете должно быть минимальным, но в том то и фокус, что чем меньше сечение провода, тем выше сопротивление. Поэтому увеличивая сечение провода мы уменьшаем сопротивление.
Представьте, что провод – это труба, а сопротивление – это краник на ней,мешающий течь воде с полным напором. Уменьшая сопротивление мы повышаем напор.
Это можно сделать выбрав более толстый по сечению кабель.
Демонстрацию этого хорошо отражает следующая картинка:


Падение напряжения тоже не приведут ни к чему  хорошему – видите того чудика, что пихает ногой ток в зад?
Ладно, ясно, что кабель нужно потолще, но ведь главный вопрос все тот же – насколько толще?
А это опять будем считать.
Наша цель – получить минимальное сопротивление провода и минимальное падение напряжения.
К счастью эти параметры взаимосвязаны – увеличивая сечение провода, мы уменьшаем падение напряжения.
Т.е. основная цель – получить кабель с сечением разумной достаточности, когда у него еще толщина приемлемая, но сопротивление уже малое и падение напряжения на нем ничтожное.
Итак, считаем сопротивление провода (в Омах).
В этом месте разумно привести справочные данные по сопротивлению проводника из разных металлов.
Для проводника длинной 1 метр и площадью поперечного сечения 1 квадратный миллиметр эти значения следующие:

Серебро – 0,016
Медь – 0,0175
Алюминий – 0,026

Почему в таблице приведен алюминий? Чтобы вы поняли, что это худший кандидат. А вот разница между медью и серебром очень небольшая – неожиданно?
Ну что же, считаем сопротивление провода.
Считаем, что его длина равна 3 метра, так как думаю у большинства расстояние между усилителем и АС не превышает этого размера (у меня в реальной системе стоят акустические кабели длиной 2,5 метра и сечением 2,5).
Сопротивление провода:

Формула следующая – сопротивление проводника (пусть медь – 0,0175) умножаем на длину кабеля до колонки (пусть 3 метра). Полученный результат делим на сечение провода, который мы предполагаем использовать (пусть 2,5).

R=0.0175 * 3/2.5=0,021 Ом

Еще раз формула по расчету сопротивления кабеля:
сопротивление меди * длина кабеля / сечение =

или для серебра:
сопротивление серебра * длина кабеля / сечение =

Ответ по медному кабелю с сечением 2,5 квадратных мм и длиной 3 метра = 0,021 Ом.
Но!
На колонку идут 2 провода (+ и -), поэтому этот результат нужно умножить на 2.
Реальный ответ по сопротивлению акустического кабеля 0,021*2=0,042 Ом
медный кабель сечением 2,5 и длиной 3 метра имеет сопротивление 0,042 Ома.
Теперь можно высчитать падение напряжения.
Оно рассчитывается по формуле:

dU=I*R

I – сила тока, которая воздействует на кабель. Мы ее рассчитали в самом начале статьи, и она равна для нашего усилителя+акустические системы 4,47 Ампер.
R – сопротивление проводника, которое мы только что посчитали и оно равно для нашего случая 0,042 Ом
Считаем падение напряжения:

4.47*0,042=0,18 вольт
Еще раз:
dU = i (4,47a) * сопротивление провода R (0.042)= 0.18 v

Т.е. из за кабеля с сечением 2,5 мм и длинной 3 метра мы имеем падение напряжения на 180 миливольт.
Или в процентах…
Вспомните, в начале мы высчитали, что наш усилитель может выдать в максимуме 26,8 вольт. Это 100%.
26,8 вольт = 100%
Узнаем чему равен 1%:
1%= 26,8/100=0,268в

Теперь осталось разделить полученное нами значение падения напряжения на кабеле (0,18v) на 0,268 (1%) и узнать на сколько процентов падает напряжение из за кабеля:
0,18/0,268= 0,67%

И вот мы знаем, что используя медный кабель сечением 2,5 и длиной 3 метра мы будем иметь падение напряжения на 0,67% и сопротивление 0,042 Ом.
А если кабель был бы тоньше, сечением 1,5мм?
Считаем.
Сопротивление провода:

R=0.0175 (медь) * 3 (длина)/1.5=0,035 Ом
Медь    * длина / сечение = 0,035
Два провода на колонку = 0,035*2=0,07

Падения напряжения на кабеле %:
dU=I*R
dU = i (4,47a) * сопротивление провода R (0.07)= 0.3 v
0,3/0,268= 1,11%

Т.е. если выбрать кабель сечением не 2,5,а 1,5, то получим возросшее почти 2 раза сопротивление кабеля и почти двухкратное падение напряжения по сравнению с предыдущим результатом. Хотя цифры потерь на самом деле в районе 1%.
Хорошо, давайте посчитаем значение сопротивления для медного кабеля сечением 4 квадратных миллиметра:
R=(0.0175 (медь) * 3 (длина)/4)*2=0,026 Ом
Падение напряжения для сечения 4мм и длинны 3м:
dU = i (4,47a) * сопротивление провода R (0.026)= 0.11v
0,11/0,268= 0,4%
Как видим при сечении кабеля 4 квадратных миллиметра результат вообще блестящий.
Но что будет если мы посчитаем для сечения 6?
R=(0.0175 (медь) * 3 (длина)/6)*2=0,017 Ом
dU = i (4,47a) * сопротивление провода R (0.017)= 0.075v
0,075/0,268= 0,28%
Тогда давайте уже посмотрим сечение 10:
R=(0.0175 (медь) * 3 (длина)/10)*2=0,01 Ом
U = i (4,47a) * сопротивление провода R (0.01)= 0.04v
0,04/0,268= 0,1%

Т.е. результат показывает, что практически идеальное сопротивление и минимальное падение для усилителя Sony TA-F333ESJ при акустических системах Coral X III будет иметь кабель сечением 10 квадратных миллиметров.
Так же, как видите, не стоит недоумевать при виде очень толстых кабелей.
С другой стороны получив толстенный кабель мы улучшили параметры в районе 1%, но получили несколько эргономических недостатков – такой большой и тяжелый кабель сложно крепить – скорее всего разъемы не смогут зажать такой кабель, придется прибегать к лопаткам, а не надежный контакт с лопатками – дополнительный потенциальный неблагоприятный фактор.
Я предпочитаю голый провод подключаемый напрямую к усилителю и АС.
Из этого рассчета можно вывести, что в среднем оптимальным сечением для ~100 ватного на канал гипотетического среднего усилителя является сечение 4 квадратных миллиметра. Но уже 4 миллиметра трудновато закрепить во многие разъемы разных усилителей. Поэтому оптимальным и наверное минимально достаточным является сечение 2,5. Поэтому для усилителей 80-150 ват можно подбирать кабель из диапазона сечений 2,5-4 квадратных миллиметра.
А точно, под свою систему, вы легко можете рассчитать самостоятельно воспользовавшись этим материалом.
Отдельно уведомляю, что я не являюсь специалистом по электротехнике, и многие нюансы наверняка объяснил как то не так, но я использовал общеизвестные формулы, чтобы показать, что при выборе акустического кабеля, а конкретно его сечения, никакой магии нет, все можно рассчитать самостоятельно не прикладывая особых усилий и не веря наслово.