Правда и мифы о возможностях кабелей питания

Главная задача любого аудио и видео кабеля, неважно цифрового или аналогового, - доставлять актуальный аудио или видеосигнал от одного устройства к другому.  Это необходимо, так как кабели является звеньями сигнальной цепи. Часто слишком много уделяется внимания влиянию характеристик кабеля на качество видео и аудио, но справедливости ради стоит отметить, что любой кабель в сигнальной цепи, т.е. использующийся для проведения сигналов, имеет, по крайней мере, потенциальную возможность оказать влияние на качество звука на аудио- или видеовыходе вашей системы.

Кабели питания - совсем другое дело. Они никоим образом не участвуют в передаче сигналов, они просто передают питание от основного источника энергии к устройствам. Это, несомненно, важно, т.к. ни одно устройство не будет работать без кабеля питания. Но вопрос заключается не в том, насколько важным является кабель питания, а есть ли различия в производительности между правильно сконструированными кабелями. И ответ на этот вопрос простой: нет.

Как работает кабель питания

Правильно сконструированный кабель питания - необходимость, потому что некачественный кабель может привести к неоптимальной работе системы. Основное внимание требуется обратить на размер кабеля, и иногда совет заменить кабель питания на более толстый действительно может быть полезным и не понесет за собой значительных затрат.

Чтобы понять, насколько важен размер кабеля, опишем работу кабеля и блока, который он питает. Большинство схем, используемых в бытовой электронике, работают на напряжениях постоянного тока от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. В идеале, напряжение в линиях постоянного тока должно быть постоянным. Однако то электричество, которое попадает в нашу розетку, является переменным электрическим током. Переменный ток, подающийся в наши дома, меняет свое напряжение резко от момента к моменту. Такие изменения в идеале представляют синусоиду с частотой 50 Гц. 

 

Очевидно, что схемы с постоянным током, где требуется чистое стабильное напряжение, не могут быть просто подключены к сети переменного тока. И устройства оснащаются блоком питания, который принимает переменный ток из розетки и преобразует его в нужное напряжение. Классическое и самое распространенное устройство блока питания состоит из трансформатора, выпрямителя и фильтра; в современных моделях добавляется еще регулятор напряжения. Ток поступает через специальный разъем и идет на трансформатор, который, как правило, представляет собой железное ядро с плотно намотанной вокруг него медной проволокой. Благодаря свойству индуктивности, энергия, проходя через обмотку трансформатора, индуцирует поле в других обмотках и вызывает протекание тока в них. В результате переменный ток из розетки превращается в переменный ток с необходимым напряжением. 

Но это все еще переменный ток, непригодный для схем с постоянным током, но уже с нужным напряжением. Следующий шаг - пустить ток через выпрямитель, который обычно представляет собой набор диодов, которые действуют как односторонние клапаны для электрического потока. Конфигурация диодов, известная под термином "мостовой выпрямитель", позволяет "перевернуть" отрицательное напряжение в каждом цикле и превратить его в положительное напряжение, или, наоборот, по мере необходимости. Теперь вместо напряжения, которое колеблется от отрицательного до положительного через ноль, получается напряжение, которое колеблется от положительного к нулю и от нуля до положительного и так далее.

Выпрямленный ток по-прежнему не подходит для схем с постоянным током, где требуется постоянное напряжение. Поэтому следующий шаг - это фильтрация. Блок питания обычно имеет фильтр с конденсатором и дросселями.

 К перечисленным компонентам блока питания может быть добавлен регулятор напряжения, который предназначен для предотвращения случаев, когда напряжение  превышает определенные значения. Предполагая, что блок питания сконструирован правильно, мы получим пригодный для использования постоянный ток, что и требуют схемы используемых нами устройств. 

Когда кабель питания становится негодным

Мало что может повредить кабель питания, но существует один момент, который, несомненно, имеет значение. Неподходящий по размеру кабель питания (имеется ввиду кабель недостаточного размера для существующего тока) может быть опасным, потому что он может перегреться и стать причиной пожара. Помимо угрозы жизни и здоровью, шнур неподходящего размера может также при определенных обстоятельствах влиять и на качество аудио сигнала.

Мы обычно думаем о напряжении, которое поступает на вход блока питания как о том же самом напряжении, которое подается к дому,  на самом деле это не совсем так. Если провода в вашем доме являются суперпроводниками, то каждый метр проводки на пути создает небольшое сопротивление, в результате некоторая часть тока превращается в тепло. Для большинства устройств эти сопротивления в проводке являются несущественными и могут быть игнорированы. Тем не менее, в соответствии с законом Ома, энергия, путешествуя по цепи, потребляется элементами схемы в зависимости от их сопротивления. Устройства с высоким сопротивлением и низкой мощностью, такие как зарядное устройство сотового телефона,  потребляют почти все небольшое количество энергии, текущей в цепи, но устройства с низким сопротивлением и высокой мощностью, такие как обогреватель, в силу своего низкого внутреннего сопротивления, могут стать причиной того, что часть энергии будет сжигаться в проводе. Когда это произойдет, изменится одно свойство схемы: напряжение на входе блока питания. Если напряжение тока составляет 220 вольт, а сопротивление устройства составляет 10 Ом, в то время как сопротивление провода равно 1 Ом, 1/22 от подводимой мощности будет сгорать в проводе, и блок питания получит не 220 вольт, а 210 вольт. Падение напряжения приводит к пропорциональному падению напряжения на выходе, что может вызвать некоторые проблемы.

Блок питания усилителя полагается на конденсатор фильтра, который держит достаточный заряд для обеспечения необходимого напряжения на выходе блока питания при низком входящем выпрямленном напряжении. Некоторые сигналы могут заставить проводить ток быстрее, например тяжелые басы. Предположим, что мы имеем плохо подобранный шнур питания и проигрываем музыку с тяжелыми басами через усилитель. Бас понижает уровень конденсатора , и блок питания пытается пополнить заряд. Однако, чем больше тока требуется блоку питания, тем меньше становится его сопротивление и с кабелем питания маленького размера это означает, что  напряжение блока питания падает. Если падение напряжения достаточно велико, конденсатор фильтра не будет полностью заряжаться на следующем цикле высокого напряжения, а это означает понижение напряжение самого усилителя. Это явление будет происходить в прямой зависимости от количества громкого баса от того. А это значит, что бас теперь будет модулировать весь выход усилителя, что приводит в свою очередь к увеличению искажения интермодуляции.

Чтобы избежать такой ситуации, следует следить за следующими параметрами: достаточная емкость конденсатора фильтра, достаточный размер кабеля питания, наличие регулятора напряжения для остановки на нем колебаний напряжения. Но даже если учтены все эти факторы, кабель питания все равно может иметь негативное влияние на качество звука.

Как же решить эту проблему? Ответ заключается в применении кабеля достаточно большого размера. Но если и это не решит вопрос, значит, проблема заключается в конструкции самого блока питания, а тут уж не поможет никакой кабель. Откажитесь от экзотического дизайна, серебряных проводников, переплетенных проводов,  экранирования, тефлона и тому подобного; нужно выбрать другой провод того же размера, потому что единственная проблема заключается в слишком большом сопротивлении кабеля. 

Размер провода - это величина, основанная на площади поперечного сечения. Хотя некоторые источники указывают метрические размеры, обычно используется стандарт AWG (American Wire Gauge). Чем больше AWG, тем меньше размер провода. Например, провод 30 AWG в 10 раз больше по площади поперечного сечения, чем провод 40 AWG и в 10 раз меньше, чем провод 20 AWG. Так как сопротивление при постоянном токе прямо пропорционально площади поперечного сечения провода, шкала AWG говорит о том, что сопротивление провода 10 AWG будет в 10 раз меньше, чем сопротивление провода 20 AWG и так далее. Так как сопротивление преобразует электрическую энергию в тепловую, размер провода определяет для данного электрического потока сколько тепла рассеивает провод. И это очевидно имеет непосредственное отношение к электрической безопасности, потому что как только провод становится достаточно горячим, изоляция начинает деформироваться, плавится и даже гореть. Электрические коды определяют предел того, сколько тока может проводить кабель определенного размера, поскольку повреждение провода может привести к увеличению опасности удара электрическим током.

В статье мы ведем разговор о медных проводах, потому что медь является наиболее распространенным материалом, используемым в кабелях питания. Серебро обладает большей проводимостью, но проблематично при использовании в качестве кабеля питания, потому что является достаточно хрупким и дорогостоящим материалом; другие материалы, например, алюминий, используются реже, потому что обладают меньшей электропроводностью.

Соответственно, чем ниже значение AWG, тем меньше потерь будет нести кабель. Как говорилось выше, насколько важно влияние сопротивления будет зависеть от нагрузки.

Электрическая безопасность

Основное отличие кабелей питания от аудио и видео кабелей заключается в том, что кабели питания несут опасные напряжения и токи. Аудио соединение может нести одно-вольтовый сигнал, в то время как кабель питания несет переменный ток с напряжением в несколько сотен вольт, который может быть опасным для жизни человека. 

Опасность для человека может быть не только непосредственной, но и как реальная потенциальная опасность возникновения пожара: короткое замыкание, искра, чрезмерная жара - могут стать причиной пожара. Поэтому так необходимо быть уверенным в безопасности кабеля питания. 

Соответствие кабеля международному стандарту (UL listing) является лучшей рекомендацией. Это означает, что кабель не только произведен из соответствующих материалов, но и что его сборка соответствует нормам пожарной безопасности. Существует множество необычных кабелей, несоответствующих международному стандарту. Возможно, некоторые и соответствуют нормам, но производители не проводят соответствующее тестирование; другие же не тестируются как раз потому, что заведомо не смогут пройти тестирование. Иногда проблемы возникают из-за дизайна кабеля. Например, трудно создать экранированный кабель питания, который бы отвечал UL-стандарту, потому что экранирование приводит к снижению тепловыделения. Поэтому мы настойчиво рекомендуем использовать кабели питания, прошедшие UL-стандартизацию.

Так чего же ждут пользователи от нестандартных проводов?

Трудно описать все ожидания, связанные с кабелями питания, и некоторые ожидания настолько расплывчаты, что их трудно понять. Самое распространенное ожидание, которое имеет долю смысла, это понижение шумов. Обсудим ниже этот вопрос.

Снижение шума

Часто утверждается, что кабели питания класса high-end помогают подавлять шум, уменьшая системный шум и обеспечивая более чистый звук в силу экранирования или поворотной геометрии. Такие ожидания не учитывают два важных соображения. Во-первых, кабель питания редко является источником шума. И если усилитель обладает правильно сконструированным блоком питания, возможность получения шума от кабеля питания становится практически малореальной. Трансформатор, в  частности, с его чрезвычайно высокой индуктивностью, как правило выступает в качестве препятствия против высокочастотных помех. Во-вторых, даже если  несколько-метровый кабель питания между розеткой и усилителем действует в качестве антенны, понижение шума в этих нескольких метрах не будет существенным. Между  основным источником переменного тока и блоком питания усилителя расположены сотни метров проводов открытых пиний электропередачи. Так что экранирование и скручивание последних 5-6 метров кабеля, имеющие целью уменьшение шума, приносят незначительную разницу.

Если все-таки случается весьма нестандартная ситуация, когда высокочастотный шум как-то попадает в систему через точку входа питания, лучшим решением будет попытаться ликвидировать шум на входе, поставив ферритовый фильтр на внешней стороне кабеля питания вблизи усилителя. И опять же, это решение не потребует сколь либо значимых затрат. 

Лучший звук

Кроме подавления шумов, часто встречаются ожидания от кабелей питания, что они влияют на улучшение звука. Подобные заявления очень трудно подтвердить, а силе внушения сложно сопротивляться - если слушатель убежден, что его кабель питания сделает звук более "последовательным", чтобы это ни означало, он и будет более "последовательным" для него во время использования данного кабеля. В данном случае эффективно экспериментальное двойное "слепое" тестирование, но аудиофильное сообщество весьма негативно относится к такому тестированию. 

Как только получится добиться объективного тестирования, когда слушатель почувствуют разницу  между двумя кабелями, не находясь под воздействием внушений производителей, следующим шагом станет инженерное изучение продукта для выявления физических причин улучшения качества звука. Без сомнения, если бы производители точно знали, как сконструировать кабель питания, который позволит улучшить звук любой системы, к которой он подключен, это был бы, конечно, лучший кабель питания в мире. Но сейчас есть веские причины сомневаться, что такой идеальный кабель существует или может существовать в природе. 

Умение слушать - это то же, что и умение различать запахи и вкусы, что-то, что наш мозг делает с информацией, поступающей из внешнего мира. Наши уши сообщают мозгу именно то, что они слышат, но мозг может обрабатывать одну и ту же информацию по-разному. Наши ожидания, настроения, наша личность - все это влияет на наш опыт прослушивания музыки. И даже тренированный критически настроенный слушатель с трудом сможет различить какие-либо изменения. В результате, те, кто заинтересован в настоящем научно изолированном тестировании, применяют слепое тестирование. Например, компания Harman-Kardon инвестировала значительные средства в лаборатории по прослушиванию, которые действительно полезны для изучения таких вещей, как выбор акустики и ее размещение.

Заключение: относитесь проще

Понятно, что качественно сделанный блок питания получает ток, который поступает из розетки и что правильно сконструированный кабель с правильным размером не влияет на передачу тока. Это не означает, что кабель питания не имеет отношения к качеству аудио и видео в отдельных случаях, но для безупречной работы кабелю требуется не так уж и много. И на качество совершенно не влияют какие-то необычные конструкции и материалы кабеля.

На что нужно обратить внимание при выборе кабеля питания? Вот основные моменты:

Механическая надежность - надежная конструкция обеспечит безопасность

UL стандартизация - лучшая гарантия, что кабель сконструирован для противостояния опасным напряжениям и возможности возгорания при использовании его в допустимых нагрузках

Адекватный размер - кабель питания не должен вызывать значительных падений напряжения и обеспечит блок питания устройства необходимым током даже при пиковой нагрузке. 

Ни один из этих параметров не должен делать кабель питания слишком дорогим. Если же вас убеждают в каких-то сверх способностях кабеля питания, стоит задуматься и выбрать что-то простое, надежное, правильного размера и по разумной цене.