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以下全文:
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) j: E4 q. ?. u0 a& X B V7 ^" a测量可证实的优质音响电缆 技术报告981 Analysis Plus,Inc. (API)利用前沿技术提供电子器件和系统的研究咨询。不少API的客户是有名的高级音响器材和家庭影院设备的制造商。这些制造商依靠API公司的成员的技能,声誉,和专业水平来帮助它们做新产品的开发。 - I' N3 D/ }/ P; q* d3 M% w; I
我们在音响电缆设计上的新发明是基于这样一个意识:我们都具有电气工程背景,也都是音响爱好者。我们愿意并且能够对当前的电缆设计进行实质性地改进,从而改良电缆性能,做出市场上所能找到的最好的音响电缆。 怎样才是好的音响电缆?
( a( [+ [0 T$ r* p5 I8 X3 c e在为几家有名的电缆制造商测试和分析产品中,我们发现每一家都有不同的好坏准则。一家认为是好的指标会被另一家认为是坏的,互相矛盾。而各自都声称自家的产品优于它家。仔细研究一下所提供的宣传资料和技术文献,没有一家提供令人信服的科学证据及测量数据来支持自已的宣称。反而不断地宣称:利用了高级优质(昂贵的代名词)的材料来制造电缆。
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例如,许多制造商认为,电缆的电容是一个重要因素,电容量越低越好。理由是高频信号被短路掉了。为了取得低电容指标,特意将电缆的两根导线分得很开。两根并行导线到底有多大的电容确实同导线间距有关。但由于导线之间必有的绝缘层厚度,10M长的电缆造成的电容很小(大约几十到几千pf而已)。对于20Hz 到20KHz的音频信号来说,这个并联电容(与扬声器并联)所呈现的阻抗最小也在10K欧左右。而扬声器的阻抗一般是几欧而已,被短路掉的高频信号实在是小的可怜。将导线分开的坏处是增加了噪声干扰。因为导线及所构成的环路形成一个很好的低频天线。很容易捡起市电,照明,家用电器,汽车发动机,无轨电车换线,雷电等的干扰电磁波。
0 U* B, V) H1 {1 b有一家制造商宣称使用了复合有机材料缆芯来减小导体电阻,但没有提供任何比较数据来证实。更有一家制造商宣称:自家的电缆因是扁平状的,无扭曲,因此,无电感!有电磁场基本知识的人都知道任何导体都有电感,仅仅是大小不同而已。象诸如此类的,无科学根据的,无科学实证的宣传不一胜举。
; b0 D D5 L( `" E, H' |有很多因素影响一个好的音响电缆设计。我们认为,要有效地,高保真地传输音频信号,好音响电缆必须能提供低均匀阻抗音频电磁传输。传输质量的好坏应该能够用测量来证实。这成为API电缆设计的目标。利用先进的计算机电磁分析技术和现代化的电磁测量手段,我们测试和研究了许多市场上现有的音响电缆。找出了各种影响低均匀阻抗音频电磁传输的原因,从而打下了进行好的音响电缆设计的基础。
圆型导体与趋肤效应和集束效应 $ [2 K7 ^# n( u' f5 |$ Q+ L/ V G
市面上可见的音响电缆中,大多使用圆型导体作为载流体。由于音响电缆工作在交变电磁场中,电流的趋肤效应会对由圆导体构成的电缆造成较大的影响,严重地降低电缆低均匀阻抗音频电磁传输的性能。
5 V( ^/ j% i7 v" ~' h一个常见的错误概念是认为电缆中的电力转输完全象直流电转输,甚至某些有经验的电气工程师也常常忽视交变电频率对电缆转输性能的影响。在直流电转输时,电流均匀地分布在整个导体截面上。单位长度电缆的电阻仅仅是导线截面积及构成导线的导电材料电导率的简单函数。在交流电转输时,情况变得复杂些。由于趋肤效应,在导体边界的电流密度会比在导体中心的电流密度高。随着交流电频率的增高,这种趋势越来越大。等效地来说,导体的有效截面积变得越来越小。换句话说,导线的电阻越来越大。
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趋肤效应可用电磁波的穿透深度来做量性描述,对于以铜为材料的导体来说在各种频率下的穿透深度如下表所示: 频率 (Hz) | 60 | 1k | 10k | 100k | 穿透深度 (mm) | 8.5 | 2.09 | 0.66 | 0.21 |
要得到一个量性概念,可以一根AWG-9圆导体在真空中传输交流电为例。AWG-9圆导体的半径是1.45mm(57mil)。在60Hz时电流还比较均匀地分布在整个截面上。但在10KHz时,电流基本上聚集于内半径为0.78mm,外半径为1.45mm的圆环中了。这个例子明显地说明了为什么双圆导体(包括多圆导体),大间距的音响电缆设计会失败的一个原因。随着频率的增高,导电材料的利用率越来越低,信号的传输效率越来越小,造成高频失真。 Figure 1a & 1b 4 q ^; L$ t0 G/ m/ h9 i
集束效应(又称近体效应)是指相邻导体中异向交变电流倾向于在相近的边缘中流动的现象。下面插图中的计算机分析结果明显地显示了集束效应对圆导体,近间距的电缆设计中信号传输的影响。其最终结果同趋肤效应影响的结果一样。随着频率的增高,导电材料的利用率越来越低,信号的传输效率越来越小,造成频率失真。 Figure 2a & 2b 长方导体截面设计的缺陷 为了避免趋肤效应和集束效应所造成的频率失真,有些电缆制造商选用了近距长方型导体截面的设计。这类电缆的频率失真要比任何圆导体截面的电缆设计的频率失真小得多。传输效率和材料利用率均大大提高。这在音响电缆的设计上是一个突破。 但是,这些长方型导体截面的设计常常选用长方型截面的固体作为导体。长方型导体截面的尖锐角在它们附近造成高电场强度。下面插图中的计算机分析结果明显地显示了锐角附近的高电场强度。随着使用时间的增加,这种高电场会逐渐破坏导体间绝缘介质的绝缘性能,改变绝缘体的介电常数。从而造成电缆性能的时效变化。尤其在用这类电缆推动大功率扬声器的情况下,电缆性能的时效变化非常明显。发烧友们常说要烧系统,使用这类电缆的系统要大烧特烧。 Figure b &c 这种固体长方型导体截面的电缆设计,还有一个非常要命的机械缺陷。这类电缆一点不柔软。不能承受强烈的或多次的弯折。如果你这样做了,很可能导致导体局部断裂,导体刺穿绝缘体,造成短路。 这种长方型截面的电缆设计还有一个不多见的缺陷。只在配有高度反馈的功率放大器的系统中能出现。由于这种电缆具有较低的容抗,较小的电感和电阻,电缆同扬声器在某些频率上构成反馈系统中的极点,使得功率放大器不能正常工作。需要串入一只小电阻,从而损耗输出功率。 空心椭圆型的电缆设计
, w0 w. b" |$ W m4 h8 L* I在大量的计算机分析和实际测试的帮助下,API的工程师们最终获得了一个独特的答案:空心椭圆型导体截面构成最优音响电缆导体截面。原因是:首先,椭圆型导体截面使得集束效应影响很小。两条平行导线可以挨得很近,又不至于产生锐角电场集中的弊病。其次,空心设计使得物尽其用,增加材料利用率。更重要的是,空心设计使得趋肤效应的影响大大减小。从而保证了电缆的均匀频率特性。同时,椭圆型导体截面给电缆的阻抗设计带来了极大的自由度
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