Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 426. Élet a hangszedő után
Ha egynél több hangtechnikai készüléked van, azonnal szembesülsz a legnagyobb átokkal, a mindenfelé kígyózó kábelekkel.
A lemezjátszókban is több kábel van, s ezek közé tartozik az a drót, amit karkábelnek neveznek. A képen egy gyárilag szerelt, Kondo gyártmányú KSL-Vl típusú kábelt látsz.
A szigetelés alól kibújó vékonyka madzagokra szerelt csatlakozók a papucs kijárataira cuppannak. Ez tehát olyan kábel, ami valóban a hangkarban fut. Vannak azonban olyan kargyártók, amelyek a kar végénél egy újabb csatlakozót helyeztek el.
Bizony, jól látod! Ez az ötpólusú DIN (IEC 60130-9) papája. Úgy tűnik, hogy ettől a rettenettől sosem fogunk megszabadulni.
Ennek a csatlakozónak az az indoka, hogy rajta a földfüggetlenül lehet a jelet kihozni a hangszedőből, a földhurok okozta zavar elkerülése miatt (lásd a sorozat 129. részét). Ám az RCA csatlakozás is lehet földfüggetlen, ha a földvezeték külön drót, miként amúgy az a spéci kábel másik végén is látható.
Az ilyen kábelt tehát célszerűbb lenne hangkar összekötő kábelnek hívni, de akkor nem lehetne összezavarni a nagyérdeműt. Ennek a kábelnek a minősége sem lényegtelen, az ára ezért változik néhány ezer és néhány millió forint között – meg a kufárok kapzsisága okán. Audiofil körökben nem nagyon szeretik ezt a megoldást, mert minden egyes újabb csatlakozó hibaforrás, viszont előnye, hogy kedvedre cserélgetheted a karösszekötő kábeleket, sőt, te magad is készíthetsz tetszőleges hosszúságút, ha az ötpólusú DIN-mami forrasztásánál nincs élvezetesebb perverziód.
Maradjunk tehát annál a spárgánál, ami a hangszedőtől kezdve fut a karban, a következő megállapítások azonban minden kábelre érvényesek. A vita azon szokott lenni, hogy minek mindenféle csodadrót, hiszen pl. a karban futó kábel – a továbbiakban ezt belső kábelt hívom karkábelnek – csak néhányszor 10 cm hosszú, nincs vagy nincs túl nagy szerepe. Nem győzöm ismételgetni, hogy ugyan különböző módon, de minden eszköz, alkatrész minősége beleugat a végeredménybe, így a karkábelé is. Az ideális kábel az lenne, amelyiknek 0 mm az átmérője; tetszőlegesen hosszú lehet; mind az ohmos, mind a váltóáramú ellenállása (impedanciája) 0 Ω; a szerkezete teljesen homogén és irányfüggetlen; a jelek bármilyen frekvencián sem késnek a vezetéken, tehát ahogy megjelennek a hangszedő kimenetén, már ki is rohannak a kábel másik végén. Remélem, nem hagytam ki semmit, de ha mégis, tán nem akkora baj, mert e feltételek egyike sem teljesül.
Kezdem ott, hogy nincs olyan drót, amelyik teljesen homogén volna, ráadásul a kábelnek iránya van. Ugyanis a kábelt nem öntik, hanem húzzák. A húzott drótszálakat egymással össze is csavarhatják, de ezt csak igen jó és – többek között emiatt is – drága kábelekben teszik meg úgy, hogy váltogatják a szálirányokat. Az Audio Note például ügyel erre is. De miért is fontos a szálirány? Azért, mert az elektronok mozgása a vezetékben bizonyos, az adott anyag tulajdonságaitól és a jel frekvenciájától függ: az egyik irányban gyorsabb, a másikban lassabb ez a mozgolódás. Most van az a pillanat, amikor szét kell választanunk két dolgot. Az egyik az áram sebessége, tudományos nevén driftsebesség. A driftsebesség képlete: v=I/(n*A*Q), amelyben v a sebesség, I az áramerősség, n a szabad elektronok száma köbméterenként, Q egy elektron töltése; A pedig a vezeték keresztmetszetének területe. A képletet nehogy megjegyezd, a lényeg, hogy egy rézvezetékben az elektronok sebességéhez képest a csiga futóbajnok; v≈1 m/óra. Az éti csiga sebessége viszont 10-50 m/óra.
A réznek például minden atomjában van 28 kötött és egy szabad elektron. Az előbbiek csak szépen keringenek az atommag körül (hangsúlyozom, a keringés csak szimbólum, hogy mégis érzékeltessünk valamit, valójában ez gólyamese), utóbbi viszont le tud válni az atomjáról, és az elektronfelhő részeként elkóborol, odacsapódik egy másik atomhoz. Ha elektromos teret generálunk, vagyis feszültség alá helyezzük a vezetőt, ez a kóborlás hirtelen rendezett, egyirányú lesz – az elektronok rendezett, egyirányú mozgása az elektromos áram. Az elektronok ugyan iszonyú sebességgel pörögnek-forognak az atommagok körül és lökdösik egymást, de ha összeütköznek, az előrefelé mozgásuk a vezetékben nagyon lomha.
Akkor hogy lehet, hogy az áram terjedését a vezetékben a gyakorlat mégis villámgyorsnak mutatja? Úgy, hogy valójában az elektromos impulzus terjed roppant sebességgel. Úgy képzelheted el legjobban, mint amikor kinyitod a kerti slagot, és a víz szinte azonnal spriccelni kezd a végén. Nem a víz szaladt végig a hosszú csövön, hanem a slagban már benne levő vizet nyomta ki az az utánpótlás, ami a csapból belekerült a túlsó végén. Ezt mutatta be a világ elsőnek tekintett játékfilmje, A megöntözött öntöző is.
Az áramnál is hasonlóan működik a dolog: a vezetékben elkezdik lökdösni az elektronok az előttük levőket, azok az ő előttük levőket, és így tovább, s a nagy lökdösődési hullám halad előre szaporán – miként azt a hang terjedésénél (lásd a sorozat 8. részét) már megismerhetted. Az elektronok lökdösésével szemben kisebb az akadály szálirányban, mint az ellentétes irányban. Fölvetheted, hogy a hangfrekvenciás áram váltóáram, tehát amennyit az egyik félperiódusban késik, annyit a másikban siet, tehát kiegyenlítődnek az időbeli viszonyok, s lesz valamilyen átlagkésés. Ez akkor igaz, ha a jelvezetés szimmetrikus, azonban sosincs tökéletes szimmetria.
A váltóáramnak más következménye is van, amit külfödiül skin-effektusnak, magyarul bőrhatásnak hívnak.
A bőrhatás az áram frekvenciájával és a vezető keresztmetszetével összefüggő jelenség. Egyenáram esetén az áram a vezető anyag keresztmetszetén lényegében egyenletesen oszlik el, az áramsűrűség a keresztmetszet bármely részén azonos, ha az anyag teljesen homogén. Váltóáramnál ez nem érvényes, a huzal ellenállása nagyobb a vártnál, mégpedig annál nagyobb, minél szaporább a rezgés. Az áram kiszorul a drót szélére, bőrére.
A jelenség oka az elektromágneses indukció. Az alábbi ábrán egyenáram (I) folyik felfelé.
Kiválasztunk a drót közepén egy vékony szálat.
Az ebben a szálban folyó áram maga körül örvényes (körkörös) mágneses teret hoz létre. A mágneses tér erővonalainak "száma" a mágneses fluxus (lásd a sorozat 17. részét).
Ha a dróton váltóáram folyik, és éppen nő az áramerősség, akkor a mágneses fluxus is nőni fog.
Az elektromágneses indukció lényege, hogy változó mágneses fluxus (Δφ) körül örvényes elektromos tér (Ei) indukálódik.
Az indukálódó elektromos tér erőt fejt ki a töltésekre, és mivel fémdrótban vagyunk, ahol vannak mozgásba hozható töltések, mozgásba is hozza őket. Ezzel örvényáram (Ii) indukálódik a változó mágneses fluxus körül. Az indukálódó áram a Lenz-törvény (lásd a sorozat 19. részét) alapján olyan irányú lesz, hogy akadályozza az őt létrehozó változást. Esetünkben a drótszálban felfelé növekedő áram volt a kezdeti változás, ezért az indukálódó áramnak ezt kell akadályoznia.
Nézd meg ugyanezt oldalról!
Amennyire ez a két rajzból kiderül, az indukálódó áram a drót közepén akadályozza az áram növekedését, míg a drót szélén segíti. Vagyis a drót belsejében nem tud nagy áram kialakulni, a drót felületén viszont igen. Mivel az indukálódó elektromos tér örvényerőssége a mágneses fluxus változási ütemével arányos, ezért az effektus annál jelentősebb, minél gyorsabban változik a drótban az áram, vagyis a váltakozó áram frekvenciája minél nagyobb. A kérdés ezek után az, hogy mivel a hangfrekvenciás jelek rezgésszáma viszonylag kicsi, érzékelhető-e a bőrhatás? Számos teszt bizonyítja, hogy igen. Ha viszont az a kérdés, hogy mérhető-e, akkor az az őszinte válasz, hogy nem. Tehát olyan jelenségről van szó, amelyet a hallórendszerünk érzékel, az okát is tudjuk, csak nem mérhető. Nem azért nem, mert nem eléggé jók hozzá a műszereink, hanem mert olyan pici a hatás, hogy valószínűleg a kvantumfizika ad magyarázatot az elvi mérhetetlenségre.
A bőrhatásnak több gyakorlati következménye is van. Az egyik, hogy nincs feltétlenül szükség tömör kábelre, a drót lehet belül lyukas is, de a hangkar kábel olyan vékony, hogy ott ez nem játszik. A másik is tetszetősnek tűnik. A lényege, hogy nem feltétlenül kell a kábel drótját a nagyon jól vezető ezüstből készíteni, elég, ha a madzagnak csak a felszíne ezüstözött. Csakhogy a bőrhatás nem azt jelenti, hogy áramvezetés szempontjából nincs átmenet a drót külseje és a belseje között. Éppen ellenkezőleg, egy ilyen ezüstözött drótban az ezüstrétegben és a réz magban is folyik áram, hiszen összességében is kicsi a drót keresztmetszete. Mivel pedig a rézben és az ezüstben eltérő az áram terjedési sebessége, éppen az ezüstözött kábelek teszik karcossá a hangot. Az igazán jó minőségű kábelek emiatt készülnek minél tisztább ezüstből. A bőrhatás mérsékelhető, ha a kábel egy-egy drótját sok kicsi, egymástól elszigetelt vezetékből rakják össze.
Ezt a megoldást litze-huzalnak hívják; a neve német Litzendraht szóból származik, és nincs magyar elnevezése. A sok vékony ér összes felülete nagyobb, mint az azonos keresztmetszetű tömör vezetéké. Litze-huzalból készül pl. a Cardas cég 4*0,0255 mm2 keresztmetszetű kábele; métere kb. 25 ezer forintba kerül.
Ugyancsak litze szerkezetű az USA-beli Nordost cég Reference nevű terméke. Ennek az árát cm-ben adták meg; 1 cm 2 000 Ft-ot kóstál. Oxigénmentes, nagy tisztaságú (99,99999) rézből vannak a drótok. Az oxigénmentesség, pontosabban a nagyon alacsony oxigén tartalom azért fontos, mert ennek eredményeként a drót hosszabb időn keresztül sem oxidálódik, és a legjobb a vezetőképessége a rézmadzagok közül. Ugyanebben a kábelben a késleltetés a fénysebesség 80%-a.
Viszont nagyon gondosan kell megválasztani a szigetelés anyagát és módját, hogy a kábel kapacitása ne legyen nagy. Ebből a szempontból is érdekes a Nordost Reference, ugyanis Micro Mono-Filament fantázianevű szövéstechnikát használ. A Micro Mono-Filamentben jól elválasztható egymástól a vezető szál és az árnyékolás, a vezető 80 %-a levegőben lebeg.
Ha már szóba került, kérdés, mekkora legyen a kábel kapacitása? Ez attól függ, hogy a madzag milyen hangszedőre csatlakozik. Ugyanis a mozgómágneses hangszedőket nagy, 47 kΩ-os ellenállással kell lezárni, az ajánlott lezáró kapacitás néhány 100 pF. Ebben az esetben a kábel ohmos ellenállása nem annyira keseríti meg az életünket, viszont a kapacitása beleszól. Mozgótekercses hangszedőknél fordított a helyzet, ezeknél a lezárás néhány ohm, tehát inkább a karkábel ohmos ellenállása számít.
A hangszedő jele parányi, ezért nagyon fontos, hogy a drót minél jobban védett legyen a külső zavarok ellen. A karkábelek árnyékoltak, azonban a földhurok elkerülése érdekében az árnyékolást sem a fémből készült karhoz, sem a lemezjátszó más részeihez sem célszerű kötni, a lemezjátszót követő fokozatok megteszik majd a magukét. Végül a hangkar kábeleknek is van külső szigetelő és védő csövük, ma már többnyire teflonból vagy poliuretánból.