找到个报告,关于线材的,大家研究一下,大公司说方向性好象是没的,不大懂,附PDF原版。以下为翻译版。
内容
介绍
这一次谦逊的扬声器电缆近年来的重要性越来越高。以前几乎是一个事后,电缆现在是关键的高科技音频组件在自己的权利,虽然经常隐藏不必要的神秘和阴谋。
现在有广泛的差分电缆类型选择,设计以适应每一个需要。不幸的是,消费者现在被索赔和反索赔的令人眼花缭乱面对,把什么应该是一条直线FORW一个RD购买变成了一场噩梦的东西!这种情况没有得到一些营销部门经常使用的神秘主义和伪科学的帮助。
本技术指南是一个深入的科学研究的总结,由QED进行的测量和听力测试进入扬声器电缆效应。我们的目标是基于这些调查的结果开发新系列的高性能电缆,并且直接开发了当前的QED扬声器电缆。我们学到了许多教训,这也影响了我们的互连电缆设计。
听力课程是至关重要的:QED工程师都知道,测量不是整个故事。这将是诱人的声称,他们告诉你一切,但显然不是这样。另一方面,如果任何电缆由于插入在放大器和扬声器之间而引入可测量的误差和失真,则显然不能精确地再现音乐。
QED认为电缆应该尽可能准确,透明和中性,并且正是凭借这一信念,我们的电缆开发是基于Genesis和详尽的收听评估指导。
电缆的作用
乍看起来,扬声器电缆的作用看起来相当不起眼,简单地在放大器和扬声器之间传递信号。然而,在实践中,大多数听众可以很容易地看出电缆性能的差异 - 尽管一些顽固者仍然否认甚至可能性。显然,在电缆设计和结构中存在影响声音质量的因素。
铭记任何组件都可以通过它的模拟信号提高(但只能改变和降低它)任何喇叭线的最终作用,应明确是无损耗放大器和扬声器之间的信号传输能量。
评估依据
因为扬声器电缆是系统内的链路,所以其评估必须在其两个合作伙伴 - 放大器和扬声器的上下文中考虑。扬声器连接电缆实际上是放大器电路的延伸 - 相当于向其输出添加额外的部件,具有以下电气特性:
电阻(R),电容(C),电感(L)和电导(G)。
大多数功率放大器是通过将其输出信号与其输入进行比较来实现保真度的放大装置。这称为“负反馈”或NFB。出现在一个NFB放大器的输出任何误差被有效地通过在其自己的输入自动应用相对误差放大器校正。如可以从图1图中可以看出,一个NFB放大器只能试图纠正出现在反馈的点的误差。由于电缆的影响的错误的扬声器输入保持未校正:电缆超出其管辖权。
一些NFB放大器被设计为从扬声器端子接收它们的反馈以试图抵消电缆效应,尽管这种类型的配置是非常罕见的。因此,电缆性能的一个客观评估是将其输入(在放大器输出处)与其输出(在扬声器输入处)进行比较。任何差异等于信号的劣化。
对系统性能的真正影响
用于描述电缆的主观效果的术语,范围从正的,如; 例如“粒状”,“大声”,“向前”,“twangy”和“涂抹”的负面评论,“透明”,“相干”,“紧张”,“详细”和“节奏” 我们的Genesis研究表明,其中一些可以通过分析电气测量来解释。测试了涵盖范围广泛的价格,技术和营销声明的电缆样本,每个样本测量驱动真正的扬声器负载。
图2所示的两个曲线图。2。3 a频率响应。上部曲线在放大器的输出处获取,下部曲线在电缆(在扬声器的输入端子处)之后测量。两种电缆类型之间的性能存在明显差异。
图2中的两条曲线中较低的一条。图2是用于非常低的回路电阻带状电缆(在我们的测试中的样品10),而图2。图3示出了双绞实芯电缆(样品7)的效果。曲线中的波纹是由于扬声器系统在音频带宽内的负载阻抗的变化,影响在不同频率的电缆阻抗上“下降”的电压。
电缆中的损耗实际上是图2中的上曲线和下曲线之间的差。2。显然,由于图3所示的实芯,存在更大的损耗。3,由于其较大的直流电阻。这不仅仅是学术上的,因为扬声器的总体频率响应将由这些变化(在图3的200Hz处高达-0.8dB)来改变。在两条曲线中示出的结果响应是使用稳态正弦波输入信号的低音反射(端口)扬声器系统的典型结果。实际信号是非正弦的(同时包括许多频率),并且由扬声器呈现的负载将是复杂的(复杂的意思是电流和电压不总是精确地在步进或同相)。因此,当播放音乐时,将通过检查这些稳态曲线首先推断出在电缆上存在大得多的动态幅度损失。
鉴于这一明确的证据表明,低电阻对于确保现实世界扬声器的最平坦可能的频率响应是必要的,令人惊讶的是,已经存在从低电阻电缆到更高电阻实芯类型的趋势。制造商的销售材料中引用的主要原因之一是由于使用低横截面积的实心芯电缆而获得的所称的表皮效应的减少。
皮肤效应
皮肤效应是通常与高频传输线相关的现象。当交流电流流过导体时,由于导体内的变化的磁通量而感生电动势(EMF)。这导致在导体的中心处的电流密度与在外表面附近的电流密度相比减小。实际上,电流流过的区域减小,其中电流从芯转移。趋肤效应的结果是在非常高的频率下电缆阻抗的增加,这是由于收缩的有效传导面积增加了总阻抗。
(好奇地,不同于电感,趋肤效应不引入相移,但是确实引起电缆中的功率损耗增加)。
在射频应用中(在音频范围以上的方式),趋肤效应可能是一个严重的问题,通过镀银克服,以减少表面处的电阻,其中大量的高频电流流动。在音频电缆中,趋肤效应值得处理的假设导致具有单股直径等于或小于有效信号穿透深度(电流密度降低到其正常值的63%的深度)的两倍的扬声器电缆,在一些高音频。
这个想法是,电缆将在降低电流密度模式下在所有频率下工作。通过这样做,皮肤效应的症状被淹没(虽然它没有被殴打),而电缆的总阻抗已经在所有频率上增加。
关于“皮肤效应”的可听性,肯定有很多争论,大多数工程师质疑它在音频频率上的存在。为了客观地评估其大小,我们选择了四个扬声器电缆样本用于高频相移的比较测量。其中两个是大直径多股电缆,两个是低截面积“低皮肤效应”类型。
最初,测量电阻,电感,电容和电导的基本特性(称为集总参数)。然后这些图用于计算在驱动负载时相移的理论预测。重要的是要记住,这些理论数据没有考虑趋肤效应,并且纯粹基于集总参数。结果示于图1。4。
然后测量每个电缆样品的实际相移到相同值负载中,并且结果显示在图3中。与人们可能期望的如果趋肤效应显着的情况相反,在实际值和预测值之间存在非常紧密的相关性。只有在80kHz以上,在多股电缆中才有明显的偏差(如果在100kHz时2%可以被认为是显着的!)。
促成这些差异的两个现象是趋肤效应和可能的邻近效应。后者是在平行导体的内表面上的电流密度的增加,并且对于紧密间隔的带状导体是最尖锐的。有趣的是,相移的测量值通常低于理论预测,因为趋肤效应本质上是电阻性的,增加了电缆的AC阻抗而不引入其自身的相移。奇怪的是,趋肤效应通过抵消电缆的感抗实际上减少了相移。(那些希望进一步学习的人参考关于AC相量理论的教科书)。
注意该电缆样品7图。4 和 5 显示出下层相移比其它简单地由于其较低的电感。
感应效应
对于多个测试电缆,感抗对AC信号相移的影响如图1和图2所示。电感越高,其对相移的影响越大。检查每个电缆样品的几何形状揭示了大多数多股电缆本质上是感应的。
电缆的电感取决于导体的面积,它们的相对间距和周围介质的导磁率常数。(高磁导率材料,例如铁和铁氧体用于增加电感,例如在绕线电感器中)。
在电缆中,导体间距越宽,电感越大。许多多绞线扬声器电缆可用的导体间隔很宽,有些是导体直径的三倍以上,导致更高的电感值。
平均我们的样品的感应效应给出0.42度每米的有效相移。因此,对于10米长度,这将给出4.2度的相移。在实践中,电缆电感与放大器中的输出电感器(内置以提高放大器的高频稳定性)串联(因此),因此通过电缆有效地增加了整体放大器电感。
相移的可能性
目前,频率相关相移的绝对可听度是相对未知的,尽管表现出较差相位响应的放大器经常被批评为“粒状的”。令人惊讶的是,很少提及放大器相移,但在商业设计中在20kHz下测量超过15度并不罕见。
由于电感和电容的峰值
电感的另一个影响是高频振幅损失,由于在高频(电感电抗,XL随频率上升)的电缆阻抗的增加。因此,随着频率上升,在扬声器端子处剩余的信号较少。
有趣的是,由于放大器的输出,高电缆电感也可能导致扬声器端子电压的输出上升!这是由(电容负载)电感和电容电抗以及产生阻尼谐振的电阻之间的复杂相互作用引起的。这可能是静电扬声器的问题,其表示比常规动圈式扬声器更高的电容负载。
谐振峰值的示例如图1所示。8,显示原始放大器输出。这里,当与放大器自身的滚降结合时,电缆在高频处的增加的阻抗在信号电平上产生相当大的损失。
电介质
扬声器电缆导体包覆有绝缘,也称为电介质,以防止短路。这不可避免地引入额外的损耗,因为所有电介质吸收一些能量。介电损耗有时被称为损耗因子或Tanδ(几乎与功率因数相同),并且其随频率增加。作为一般指导,在给定频率下的损耗因数越高,电介质内的功率损耗越大。我们的电缆选择样品的耗散测量选择如图1所示。它显示出惊人的广泛的结果。
所有电介质也具有称为介电常数的性质。最低介电常数电介质(来自真空的部分)是空气,这引入任何实际材料的最低损耗。介电常数越大,损耗越大,电容也越高。这是因为介电常数是电介质容许建立电场的容易程度的量度,这是电容效应的原因。
相反,电介质的介电常数(越接近真空)越低,损耗和电容都越低。如果将真空取为1.0,则对于任何电介质产生介电常数Er。空气达到1.0006,根据所有实际意图和目的,真空与真空基本相同。
几种流行的扬声器电缆绝缘体的介电常数(Er)和损耗(Tan?)如下所示:
绝缘子 | 呃 | 约10kHz处的Tan? | 聚氯乙烯(PVC) | 4.0-8.0 | 0.01?0.05 | 聚乙烯(PE) | 2.6 | 0.0002 | 聚丙烯(PP) | 2.25 | 0.0004 | 聚四氟乙烯(PTFE) | 2.1 | 0.002 | 空气(供参考) | 1.0006 | 几乎0 | 真空(参考) | 1.0000 | 0 |
电容也由导体的间距和直径决定。给定电介质中的任何两个导体之间的间隙越大,电容越小(电感的相反情况)。快速查看上表应该非常明显的是,当使用质量差的电介质时,设计具有低电感和电容的电缆是特别困难的。
大多数低价电缆和我们的样品中的许多电缆使用PVC电介质,这导致固有地更大的电容和介电损耗。无论使用导体间距和直径,这种电缆都具有明显的缺点,具有更大的电容或电感(或两者)。
电缆电导
影响电缆性能并且与介电损耗相关的电介质的另一个质量是电导(G)。电导是两个导体彼此绝缘的程度的量度。电导(G)越低,绝缘电阻(Rp)越大。较高质量的电介质本质上是更好的绝缘体,因为当施加信号时,在材料内携带电流的“自由”电子较少。
电容的影响
从理论上讲,电缆电容对系统性能的影响很小,因为电缆是由非常低的源阻抗驱动的,对于大多数功率放大器来说通常是几分之一欧姆。虽然当连接到该阻抗时电容形成低通滤波器,但是其对频率响应的影响通常很小。更隐蔽地,扬声器电缆中的过大的电缆电容可以指示差的电介质质量和高的介电损耗。
一些深奥电缆使用多个单独绝缘的平行电线来形成两个导体。对于某些几何形状和低级材料,这可能导致电容上升到高水平。在我们的测试组中的一个这样的样本具有大约137??5pF的并联电容,与10米长度的500pF的平均样本电容相比。
扬声器电缆要考虑的另一个因素是放大器稳定性。在某些情况下,输出端有一点额外的电容会使放大器振荡,过热甚至自毁。或者它可能在操作期间在高无线电频率下瞬间振荡,并且没有显示明显的症状。良好设计的放大器通常具有良好的增益/相位裕度,这确保由于增加的电容而导致的小的额外相移不会引起这样的问题。不幸的是,一些商业设计对于无条件稳定性没有足够的增益/相位裕度,并且这些会导致长度较长的较高电容电缆的问题。具有讽刺意味的是,对于高电容电缆,电感可能较低,导致稳定性余量的进一步降低。即使不是向外不稳定,声音质量也会受到影响,由于放大器处于不稳定的边缘,声音质量会变得粗糙和前向声音。图。图10示出了由于高电容电缆作为“快速”方波信号上的振铃的不稳定性。
电容与电感
使用给定电介质中的单对导体,减小它们的间隔减小了电感并且提高了电容,而增加它们的间隔具有相反的效果。因此,通常假设不可能克服这种趋势并且减小电感而不增加电容。事实上,它几乎已经嵌入音乐民俗法。然而,即使具有类似的总导体横截面积(因此类似的直流电阻),在不同导体布局之间进行的比较显示,即使使用相同的电介质材料,也可以简单地通过重新布置导体(见表1)。
这些是对Genesis研究出来的电缆进行的测试的结果,并且示出了说明几何的深远影响。电阻,电感和电容均使用标准Qudos和Profile 8测量。标准Qudos是两个79 / 0.2的布线图。轮廓8是8个平行布局的19 / 0.2的束。横截面和因此的直流电阻大致相同。在这两种情况下都使用LDPE绝缘。因此,电感和电容的任何差异都是由几何引起的。
| Qudos | 轮廓8(内/外) | 配置文件8(左/右) | C(pF / m) | 35.6 | 37.2 | 21.3 | 环路L(μH/ m) | 0.55 | 0.39 | 0.54 | 环路R(mOhms / m) | 14.0 | 15.0 | 15.0 | Z o(Ohms / m) | 118.5 | 104.7 | 159.6 | 表格1
配置文件8可以以多种方式配置。表1示出了内部四个和外部四个用作一对,并且左四和右四用作一对的结果。与标准Qudos相比,使用内部和外部连接的Profile 8显示出电感的显着减小,实际上电容略微减小,这与经常引用的“经验法则”相悖。相反,左/右配置给出与Qudos相似的电感,但电容几乎减半。感兴趣的是,几何形状也影响所示的特性阻抗,尽管这只是学术上的兴趣。
声串扰
当使用某些扬声器电缆时,听者经常注意到的一个主观效果是声场宽度的增加。乍一看,考虑到立体声通道之间的高电隔离,很难看到这是如何发生的。我们认为一种解释可能是通过扬声器本身在左右声道之间存在声耦合。理想情况下,左扬声器只能使用左声道信号振动,反之亦然。
放大器的每个通道理想地向其自己的扬声器施加电磁断开,从而防止其被来自另一个的空气波移动。由于其非常低的源电阻,但是在使用低电阻电缆时,它应该实现这种断开或阻尼。练习电缆电阻介入,增加扬声器“看到”的源阻抗,减少阻尼。因此,每个扬声器可以与来自另一个扬声器的(延迟的)输出同步地振动,伴随着声场的随后的变窄。如果这是真的,低电阻电缆将给予更宽的音场。
虽然看起来很牵强,但是扬声器端子电压的测量 图11和12仅显示了这种效果。用“X”标记的峰值是由非驱动扬声器的振动膜响应于馈送到其它通道扬声器的测试音调的运动产生的信号的振幅。使用图1所示的低电阻电缆,500Hz端电压降低约10dB。12。
瞬态性能
如前所述,扬声器通常是非常复杂的电负载,其产生反馈到放大器(也称为反EMF)的电压(由于来自外部的声音和存储在内部的能量)。这可以如在最后一节中讨论的那样发生,或者当扬声器将“振铃”时经受信号幅度的突然改变,从而当没有输入时产生输出。振铃量取决于放大器和电缆的“阻尼”结合能力,并控制不需要的振荡。清楚地示于图1。13是放大器的输出和扬声器端子处的电压。
在紧接着2.4ms之后,当放大器输出下降到零时,扬声器电压继续负向,然后在稳定之前上升并“正向过冲”。这会阻止不必要的隔膜移动。如图所示。图14是具有较低电阻电缆的相同扬声器:测量的改进是清楚的。电缆电感也增加了放大器和扬声器之间的总阻抗,我们的测量显示这对瞬态性能有进一步的有害影响。扬声器的复杂机械/电气系统在整个频率范围内尽可能低阻抗地工作,而不是仅仅在锥形运动由直流电阻控制的低频下,效果最好。
电缆 - 引起的失真
扬声器电缆以几种方式将扬声器与放大器电气地隔开,如我们所发现的,具有DC电阻损坏频率响应,阻尼和分离。此外,测量扬声器输入端子处的失真显示出比在放大器输出处显着更高的数字(特别是二次谐波)。
我们发现质量的恶化(和对原始的保真度)很大程度上取决于电缆的直流电阻和扬声器类型。如图1所示。图15和16是二次谐波与频率的曲线图。每种情况下的顶部迹线示出了扬声器处的失真,而底部迹线示出了放大器的输出。。15(高电阻电缆(0.065欧姆每米),失真大约是图16中的低电阻(0.004欧姆每米)电缆的三倍。
相反,图17示出了使用相同电缆的不同扬声器负载的效果。注意,电缆本身不会引起失真(其直流电阻基本上是线性的),而是其存在防止放大器的反馈精确地校正由扬声器系统内的非线性产生的失真。
将放大器直接连接到扬声器显示失真准确地校正到放大器无负载条件的一小部分内。需要进一步研究,但似乎低频失真部分地受到扬声器箱的谐振频率的影响。
此外,中频和高频失真数字由于电缆电感的增加而明显恶化,这增加了电缆阻抗,从而降低了放大器和电缆在扬声器上的阻尼效应。
多股线VS单芯线失真
存在这样的观点,即由于电子在电缆内的股线之间的电流跳跃,因此多股电缆引入“二极管”效应,并且因此当电子从一端和另一端行进时,在股线之间交叉非常多的金属/氧化物/金属结。(这有时被称为由于在高频下将电流推向表面的“趋肤效应”引起或恶化)。
假设电流会跳跃(没有证据表明这一点,但是,我们发现,皮肤效应似乎不会是一个显着的影响),我们通过一条链放置信号,并测量差分线的结果。即使使用音频精度AP1下降到最低水平,与使用所有链相比,也不会发生失真增加(参见图18)。这显示了两种情况 - 如此接近,他们可以很容易地重复测试相同的测量。在这种情况下,这是一个没有证明的情况。看来串间二极管不存在,或者它们被通过在电缆长度上压在一起的许多良好导体短路。
特性阻抗
这个术语有时与音频电缆有关,虽然它主要与传输线有关。特性阻抗对于确定高频传输线的正确负载和源阻抗是至关重要的,以防止产生不想要的反射和驻波。为了正确工作,传输线必须在两端由等于特性阻抗的电阻负载端接。
扬声器电缆不是传输线,因为最长的只是最高音频频率的波长的一部分。在任何情况下,即使它们是,它们不能以正确的阻抗在两端终止(8欧姆源阻抗将破坏阻尼,同时严重损害频率响应和失真)。
方向性
测试样品中的电缆不对称性的测量,其中一些由其制造商定向标记,显示几乎没有暗示方向性的存在。盲听测试还表明,听者不能区分电缆方向。另一方面,电缆的铺设对性能具有可测量的影响,因此为了可靠,任何听音或测量测试将需要对于每个方向的相同电缆定位。
结论
虽然总有人对扬声器电缆的重要性持怀疑态度,但我们的研究结果清楚地表明,根据所使用的扬声器电缆,系统性能可能会提高或降低。分析编译数据显示声音质量和测量性能之间存在相当程度的相关性。
研究结果可概括如下:
直流电阻
如果要获得高声音性能,低电缆电阻是至关重要的,但这不应以牺牲其他关键参数为代价来实现。高电缆电阻导致几种不期望的后果:频率响应畸变,受损的瞬态响应,增加的感应失真和降低的通道间分离。
所有表现出高电阻的电缆在这些区域测得很差。主观上,他们的表现高度依赖于合作的扬声器。这些电缆提供的前向中频与其精细形状的频率响应密切相关。高电缆电阻还降低了重音乐的动态冲击。
2.电感
电缆电感是高频衰减和相移的主要原因。电感会导致阻抗随频率上升,从而导致扬声器端子上非常高的频率范围衰减,有时甚至会出现峰值。此外,电感增加了扬声器端子处的失真,并降低了扬声器的总体瞬态响应。因此,需要低电感以实现平坦的频率和相位特性,低失真和来自扬声器的良好的瞬态响应。
3.皮肤效应
当考虑具有适度横截面积的电缆时,皮肤效应显示出较小的重要性。具有较大导体的电缆,尽管表现出较大的趋肤效应,但也倾向于更为感性,这导致较高的高频信号损失。
只有在远高于音频范围的频率处,皮肤效应增加到可以被认为是显着的点。尽管高横截面的AC阻抗的百分比上升是导体将大于低横截面积导体的百分比上升,但其有效AC阻抗(和DC电阻)仍将较低。皮肤效应还具有降低由高频下电缆电感引起的相移水平的意想不到的副作用。
4.绝缘质量
耗散因子证明是声音质量的非常强的指示器。大多数更好的探测电缆使用优良的电介质材料:聚氯乙烯绝缘电缆给出最差的声音质量。对于介电损耗测量不佳的电缆看起来不太能揭示细微的细节,损失了由具有优良电介质的更好的电缆显示的一些气氛。
5.性能一致性
扬声器电缆与放大器和扬声器相互作用。因此,一些电缆在不同的系统中给出不同的结果。那些最一致的是具有最小电感,电容和电阻的那些。除非放大器依赖于电感来保持稳定性,否则保持扬声器电缆尽可能短以优化性能。最好避免高电缆电容,因为它可能导致放大器不稳定,这会损坏声音质量并降低放大器的可靠性。
6.方向性
尽管制造商定向标记电缆的趋势增加,但在受控条件下没有发现支持扬声器电缆是定向的概念的证据。另一方面,发现仅仅敷设不同的电缆可能影响电感和电容。
7.实芯与绞线
最近,实心导体的普及程度增加,因为如果足够薄,固体导体在高频和低频时的损耗变化比较厚的绞合导体小。我们的研究结果表明,更有可能是许多实心电缆的绝缘和几何形状,这些电缆通常比绞线导体具有更高的性能。在任何情况下,简单地并联导体,无论是实心还是绞合,都会降低电感,其影响远大于趋肤效应。
测试的绞合电缆具有比其通常使用单独绝缘的导线(给出较低的电感)和较高质量的电介质(给出较低的泄漏损耗)的许多实心芯对应物更高的电感和泄漏。没有发现任何证据支持流行的理论,绞合电缆遭受由于二极管效应之间的扭曲,所以这似乎是一个红色的鲱鱼。
冶金
使用高纯度铜(> 99.99%纯度)的电缆的导电性略好。用镀银铜和纯银导体发现对导电性的更大改进。通常,在这组电缆中,在确定电缆声波性能时,几何形状和介电材料比导体冶金学更重要。
创世记 - 结果
如(1,2,3,4和5)所概述的,最准确和一致的扬声器电缆将具有最小的DC电阻,电感和电容以及低介电损耗。我们的所有研究结果证实了这个简单的结论。设计具有小横截面的导体试图避免皮肤效应(这在音频频率下不是问题)具有较高的直流电阻,具有明显的有害后果。
通过Genesis,QED的工程师克服了过度简化的“电容与电容相关的规则”。通过选择合适的高质量绝缘材料(低密度聚乙烯)减小了电容和介电损耗。此外,最小化绝缘壁厚度和设计窄腹板(与机械完整性一致),空气与固体电介质的比率已经得到改善,因此进一步减小了电容和介电损耗。通过最佳地定向多个并联的绞合导体,QED已经能够将电感和电容都减小到低于由单对相同的DC电阻预测的电感和电容。使用具有良好总截面的绞合导体使直流电阻保持低。结果是一系列低损耗透声扬声器电缆具有卓越的性能。绝缘和声音质量之间的相关性也影响QED的互连的设计,其使用发泡LDPE增加空气/固体介电比和最大化声音质量。
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