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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Selbstgemachtes Qualitäts-Audiokabel ohne Skin-Effekt. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Lautsprecher In diesem Artikel möchte ich die Aufmerksamkeit von Audiophilen auf den Effekt lenken, den viele neuerdings als Transistor bezeichnen, manche bekämpfen ihn seit langem in der HF- und Mikrowellentechnik, manche stellen im Zuge der Bekämpfung Verbindungen und Lautsprecherkabel her Es kostet bis zu mehrere tausend US-Dollar. Manche Leute versuchen, diesen Effekt als nichts weiter als nur... audiophile Halluzinationen darzustellen! Im Folgenden erzähle ich Ihnen, wie Sie an ein paar Abenden zu Hause aus Abfallmaterialien ein hervorragendes (d. h. in einem weiten Frequenzbereich absolut neutrales) Audiokabel herstellen können, das qualitativ den besten Weltstandards in nichts nachsteht. Aber damit alles passt, sage ich zunächst Folgendes: Alle Audio- und Hochfrequenzfunkgeräte sind falsch konstruiert! Nachfolgend finden Sie Ihre wahrscheinlichen Fragen. Das haben wir auch ohne Sie schon lange vermutet. Was ist also die große Sache? Es ist bekannt, dass beim Durchgang von Wechselstrom durch die leitende Schicht eines Leiters oder Halbleiters der sogenannte Oberflächeneffekt (Skin-Effekt) auftritt. In diesem Fall befinden sich die meisten bewegten elektrischen Ladungen aufgrund elektromagnetischer Induktion in der Nähe der Oberfläche der leitenden Schicht. Der negative Effekt des Skin-Effekts zeigt sich darin, dass ein großer zentraler Teil der leitfähigen Schicht nicht an der Übertragung elektrischer Ladungen teilnimmt, was zu einem erhöhten Widerstand des Leiters gegenüber elektrischem Strom führt. Darüber hinaus führt der Skin-Effekt in Metalldrähten und in den Platten von Kondensatoren zu einer langsamen Umverteilung mobiler Elektronen vom Zentrum zur Oberfläche, was zu unerwünschten Richtungseffekten und Überlappungen von Kabeln führt und der Memory-Effekt in Kondensatoren zunimmt. Die negative Auswirkung des Skin-Effekts auf Kabel und Leitungen wird dadurch noch verstärkt, dass chemische Verbindungen des Metalls der leitenden Schicht mit Sauerstoff und Stickstoff in der Luft, die durch Korrosion auf der Oberfläche der Leitung entstehen, dielektrische Eigenschaften haben und Halbleitereigenschaften, was wiederum zu einer Zunahme von Verlusten und Verzerrungen beiträgt. Der Grad der Ausprägung des Hauteffekts hängt von der Frequenz des Stroms ab. Genauer gesagt aus der Momentanfrequenz des Stroms. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Dicke der Oberflächenschicht ab, durch die der Strom fließt. Bei einem Breitbandsignal, bei dem die Momentanfrequenz schwer zu beschreiben ist, führt der Skin-Effekt zu einem völligen Durcheinander bei der Platzierung mobiler Elektronen über den Leiterquerschnitt. Die Folge davon sind Nichtlinearität, Intermodulation und Frequenz-Phasen-Verzerrungen des elektrischen Breitbandsignals, das durch einen Leiter oder Halbleiter läuft. In Haushalts- und professionellen Audiogeräten führt der Skin-Effekt bei der Verbindung von Verbindungsleitungen und Lautsprecherkabeln zu hörbaren Signalverzerrungen, wodurch die Qualität der Tonwiedergabe beeinträchtigt wird. Bei Funkempfangsgeräten sind die Folgen des Skin-Effekts (z. B. im Kabel, das die Antenne mit dem Eingang des Funkempfängers verbindet) aufgrund der von ihm erzeugten Intermodulationsverzerrung des Breitbandsignals eine verringerte Selektivität und ein verringertes Signal-Rausch-Verhältnis Verhältnis und verringerte tatsächliche Empfindlichkeit. Es ist bekannt, dass sich die elektromagnetische Hauptwelle (nützlich) entlang des Leiters geradlinig zwischen Punkten mit unterschiedlichen Potentialen ausbreitet, wenn Wechselstrom durch einen Leiter fließt. Aufgrund des Skin-Effekts entsteht zusätzlich zur Nutzwelle eine unerwünschte parasitäre elektromagnetische Welle, die von der Mittelachse des leitenden Elements zu seiner Oberfläche senkrecht zur Richtung der Nutzwelle gerichtet ist und Phasenverzerrungen des übertragenen Signals verursacht. In digitalen Impulsgeräten, beispielsweise Computern, kommt es aufgrund des Skin-Effekts in den Kupferleitern von Leiterplatten und Steckverbindern zu einer Verzerrung der Form kurzer Impulse, was zu Synchronisationsfehlern und Fehlern bei der Impulsregistrierung führt. Dies ist das Haupthindernis für die Erhöhung der Taktraten bei Computer-Motherboards und -Anschlüssen. Bei ultrahohen Frequenzen verringert der Skin-Effekt den Qualitätsfaktor reaktiver Elemente – Kondensatoren und Induktivitäten – stark. Daher ist bei Frequenzen über 1 GHz der Skin-Effekt der Hauptfaktor, der die Miniaturisierung radioelektronischer Produkte wie Mikroschaltungen begrenzt. Es ist der Skin-Effekt, der für den sogenannten Transistor-Soundeffekt verantwortlich ist. Bei Transistoren ist die Querschnittsfläche des Kristalls viel kleiner als die Querschnittsfläche der Elektronenwolke, ebenso wie die Flächen von Kathode und Anode in einer Lampe. Darüber hinaus sind die Kontaktpads auf der Oberfläche des Transistorkristalls durch dünne Drähte verbunden (wer schon einmal einen Transistor ohne Gehäuse gesehen hat, weiß das), in denen der Skin-Effekt sehr frei zur Geltung kommt. Was kann man tun, um diesem Phänomen entgegenzuwirken? Ich kann eine kostengünstige und effektive Möglichkeit empfehlen, den Hauteffekt zu neutralisieren. Es basiert auf der Tatsache, dass das Material der überwiegenden Mehrheit der Leiter (Kupfer, Silber, Aluminium, Messing) und Halbleiterelemente (Silizium, Germanium) einen relativen magnetischen Permeabilitätsindex m von 0,9999 bis 1,0001 aufweist, d. h. etwa eins. Die Oberfläche des leitfähigen Elements 1 ist mit einer paramagnetischen Hülle 2 bedeckt (siehe Abbildung), und die Hülle muss nicht fest sitzen; ein kleiner Spalt ist möglich. Die Hülle besteht aus einer oder mehreren Schichten aus festem paramagnetischem dielektrischem Material mit einem Wert von mehr als 1 (magnetodielektrisch), das auf der Makroebene eine relative magnetische Permeabilität m aufweist, die um ein Vielfaches größer ist als die Permeabilität des stromleitenden Elements , geringe elektrische Leitfähigkeit sowie geringe Ummagnetisierungsverluste (Hystereseschleife). In Abb. Der Übersichtlichkeit halber sind zwei Schichten der Schale dargestellt: Schicht 3 und Schicht 4. Die Schale muss relativ zum leitfähigen Element auf ihrer Oberfläche bewegungslos befestigt sein; Im Falle eines Spalts sollte seine Breite die halbe Wellenlänge des Wechselstroms im leitfähigen Element nicht überschreiten. Und was gibt es?
Der im leitenden Element 1 senkrecht zur Musterebene fließende Wechselstrom erzeugt ein unerwünschtes transversales elektromagnetisches Feld des Skin-Effekts innerhalb der leitenden Schicht des Elements 1. Die Kraftlinien 6 dieses Feldes wirken auf elementare Wanderladungen 5 im Inneren des leitenden Elements 1 und sind von der Mitte der leitenden Schicht zu ihrer Oberfläche gerichtet. Gleichzeitig erzeugt der durch das leitfähige Element 1 fließende Haupt-(Nutz-)Wechselstrom des Signals in den Schichten 3 und 4 der paramagnetischen Hülle 2 ein entgegenwirkendes Magnetfeld, dessen Kraftlinien 7 von der Oberfläche des gerichtet sind Sie leiten das leitende Element 1 in seine Mitte und beeinflussen auch die elementaren Wanderladungen 5 im Inneren des Leiters 1. Die Intensität beider Felder nimmt mit zunehmendem Strom und mit zunehmender Frequenz zu. Auf diese Weise wird eine Kompensation der Wirkung des parasitären Querfeldes und eine gleichmäßige Verteilung des elektrischen Stroms über den gesamten Querschnitt der leitfähigen Schicht erreicht. Um bei den meisten Niedrigstrom-Leitelementen einen positiven Effekt zu erzielen, kann die paramagnetische Hülle aus einem Material mit einer relativen magnetischen Permeabilität von 1,5 bis 20 und einer Dicke von mehreren zehn Mikrometern oder mehr bestehen. Bei leistungsleitenden Elementen mit kleinen Leitergrößen sowie bei Niederfrequenzgeräten kann die Hülle eine ähnliche Dicke mit einem m-Wert von 1,5 bis 50 haben, wenn das Hüllenmaterial einen m-Wert von mehr als 50 hat und der Ist die Länge des leitenden Elements erheblich (mehrere Meter), dann wird neben der parasitären Transversalwelle auch die Nutzwelle unterdrückt, die Induktivität des Kabels und die Verluste im Mantel selbst nehmen zu und das Durchgangssignal erfährt Phasenverschiebungen. Der Klarheit halber kann das Prinzip, auf dem diese Methode zur Bekämpfung des Skin-Effekts basiert, mit der magnetischen oder elektromagnetischen Fokussierung eines Elektronenstrahls in einer Kathodenstrahlröhre, beispielsweise einer Fernsehbildröhre, verglichen werden. In einer Bildröhre bewegt sich der Elektronenfluss im Vakuum unter dem Einfluss einer hohen Anodenspannung mit Beschleunigung von der Kathode zur Anode (Bildschirm). In diesem Fall bildet der auf den Bildschirm einfallende Elektronenstrahl aufgrund der gegenseitigen Abstoßung einen unscharfen Fleck. Daher ist eine erzwungene Fokussierung des Strahls erforderlich, wofür Spulen verwendet werden, die ein ringförmiges elektromagnetisches Feld um den Elektronenstrahl erzeugen. Dadurch werden Fokus und Konvergenz erreicht. Für die paramagnetische Hülle schlage ich die Verwendung einer Mischung aus einem Dielektrikum (z. B. Lack, Harz oder Polyvinylchlorid) mit einem Pulver aus einem elektrisch leitfähigen weichmagnetischen Material (z. B. zerkleinertes Permalloy oder Oxyfer) vor. Das Volumenverhältnis von dielektrischem und magnetischem Material wird so gewählt, dass die elektrische Leitfähigkeit ihrer Mischung im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit des leitfähigen Elements vernachlässigbar ist. Ich empfehle außerdem die Verwendung einer Mischung aus dielektrischem Polymer und Pulvern aus Substanzen wie Chromdioxid CrO2, Gamma-Eisenoxid Fe2O3, Kobalt-Gamma-Eisenoxid CoFe2O3. Diese magnetischen Materialien haben eine relative magnetische Permeabilität von 1,5 bis 2,0 und eine kurze Magnetisierungsumkehrzeit. Sie werden industriell für Audio- und Videobänder hergestellt, ihre Kosten sind gering, obwohl diese Materialien in einem starken Magnetfeld eine relativ hohe Koerzitivfeldstärke aufweisen; in den meisten radioelektronischen Elementen ist die Stärke des durch sie fließenden Stroms nicht hoch genug die Manifestation der hartmagnetischen Eigenschaften dieser Materialien. Daher sind in diesem Fall die Verluste aufgrund der Hysterese in der Hülle gering, wodurch ein positiver Effekt erzielt werden kann. Bei der Herstellung eines flexiblen, hochwertigen (audiophilen, wie man heute sagt) ungeschirmten Verbindungs- oder Lautsprecherkabels (der Autor verwendete ein normales 12,7 mm breites Chromdioxid-Videoband auf Mylar-Basis). uenta wird mit einer Überlappung von 6 - 10 Lagen auf einen Hauptleiter aus Metall (Kupfer oder Silber) gewickelt. Durch diesen Vorgang werden die durch das Kabel verursachten nichtlinearen Verzerrungen stark reduziert und die obere Übertragungsfrequenz des Kabels erhöht sich je nach Drahtstärke von 30 MHz auf 120 - 250 MHz und höher. In diesem Fall besteht das Kabel aus drei geflochtenen Leitern (ähnlich wie bei Kimber Kable). Neben der Herstellung von Kabeln kann die beschriebene Methode zur Bekämpfung des Skin-Effekts auf industrieller Ebene auf stromführende Elemente jeglicher Form und Art aus Leitern, Supraleitern und Halbleitern mit einer relativen magnetischen Permeabilität von etwa angewendet werden Einheit, die für den Stromdurchgang und die Stromsteuerung über einen weiten Stärke- und Frequenzbereich ausgelegt ist. Das genannte Verfahren kann beispielsweise bei der Herstellung von Kommunikationskabeln, Installations- und Verbindungsdrähten, Transistoren, Dioden, integrierten Schaltkreisen, Kontaktgeräten, Steckverbindern, Widerständen, elektrischen Kondensatoren und Hochfrequenzinduktivitäten angewendet werden. Und was werden wir durch die Anwendung der von Ihnen vorgeschlagenen Methode erreichen? Lassen Sie uns genießen, Musik zu hören. Autor: Sergey Podolyak, Winniza, Klasse A; Veröffentlichung: audio.ru/class_a/home.php
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