Interkonnekt (összekötő) kábelek



2019.02.21.

Az interkonnekt kábelek (audió összekötő kábelek, sztereó RCA kábelek) még ma is a hangrendszerek fontos részét képezik. A jelforrás vonalkimenetét ('line out') vagy fülhallgató kimenetét kötik össze az erősítő vonalbemenetével ('line in'). A csatlakozók lehetnek: RCA, XLR vagy fülhallgató ('jack'). Az összekötő kábeleken legfeljebb 2 Volt amplitúdójú jelek közlekednek és az erősítő vonalbemenete sokkal barátságosabb terhelést jelent a jelforrás számára, mint a hangsugárzó a végfoknak.

A Földön a leghosszabb 'interkonnekt' kábelek az óceánok alatt futnak: ilyenek például a transzatlanti kommunikációs kábelek és a Csendes-óceán alatt húzódó kábelek. Európa és Észak-Amerika között az analóg telefonkábelek a 90-es évek közepéig üzemeltek és egy közepes átvitelű koax kábel teljes sávszélessége elérte a 400 kHz-et. Cél a beszédérthetőség volt minél több egyidejű kapcsolat létesítése mellett (a csúcs 10000 telefonvonal per kábel) és nem a hi-fi hangminőség. Ma már persze az adatforgalom optikai kábeleken zajlik. Csak azért említettem meg, mert mindig akadnak olyanok, akik túlmisztifikálják az audió kábeleket.

Az összekötő kábelek 'analíziséhez' a helyettesítő kapcsolási rajzra (RC modell) lesz szükségünk. Amennyiben 'csak' 100 kHz-ig szeretnénk vizsgálni a jelenségeket (ami ötszöröse a hangfrekvenciás tartománynak!) akkor az egyszerű RC modell 200 méterig tökéletesen helytálló (75 Ohm-os koax kábellel 400 méter a modell érvényessége). Azt hiszem ezzel a távolsággal jócskán túlléptünk a szobai méreteken. Az elektromágneses hullám terjedése tehát normál összekötő kábelekben elhanyagolható.


aszimmetrikus vonalkimenet és összekötő kábel modellje

Aszimmetrikus vonalkimenet és összekötő kábel legegyszerűbb modellje (földelések nélkül)

A rajzon az Ug feszültségforrás és az Rg kimeneti ellenállás reprezentálja a vonalkimenetet vagy a fülhallgató kimenetet. Az Rbe az erősítő bemeneti ellenállása, az Ube a bemeneti ellenálláson eső feszültség, amit a végfokozat tovább erősít. Az Rs a vezeték ellenállása (oda-vissza), Cp a vezeték és árnyékolása közötti kapacitás. A nagy bemeneti ellenállás miatt (minimum 600 Ohm) az induktivitás hatása elhanyagolható, ezenkívül a kábel ellenállása 200 méteres hosszúság alatt szintén nem befolyásolja az átvitelt, tehát az is kihagyható a további elemzésből. A szkin hatás pedig nem jelentős audió kábelekben.

A vonali rendszerek a feszültséggenerátoros táplálás elvére épülnek, ahol a kis kimeneti ellenállású jelforrás vezérli a nagy bementi ellenállású erősítőt. Egy ilyen rendszerben a legfontosabb paraméter a vonalkimenet ellenállása és a kábel kapacitása. A kábel kapacitása a jelforrás kimeneti ellenállásával együtt egy aluláteresztő szűrőt alkot. Minél nagyobb a kábel kapacitása (lényegében minél hosszabb) illetve minél nagyobb a jelforrás kimeneti ellenállása, annál alacsonyabb a töréspont frekvenciája. Ebből következik, hogy egy kábelnek (csak úgy mint minden elektronikai elemnek) önmagában értelmezhetetlen a 'frekvenciaátvitele'. Hangkaraktert, dinamikát tulajdonítani egy összekötő vagy hangszóró kábelnek elég téves gondolat.


interkonnekt kábel (RCA kábel) frekvenciaátvitele erősítővel

A fenti ábrán egy 10 méter hosszú összekötő kábel frekvenciaátvitele látható egy 600 Ohm-os kimeneti ellenállású feszültségforrásról hajtva (TINA szimuláció). A szimulációban a bemeneti ellenállás értéke 10 kOhm, a kábel méterenkénti kapacitása 300 pF/méter (300 pikofarád per méter, azaz 3000 pikofarád az összkapacitás). Ez lényegében egy "worst-case" szimuláció, mivel a 300 pF/m és a 600 Ohm egy felső határértéknek vehető. Eltérés a lineáris átviteltől csak 0,21 dB 20 kHz-en!

Az árnyékolás és a vezető közötti szigetelés döntően befolyásolja a fajlagos kapacitást. A két leggyakrabban használt szigetelőanyag a polivinil-klorid (PVC) és a polietilén (PE). Külső köpenynél nincs túl nagy variáció: szinte mindig PVC. A legolcsóbb, nagyon vékony (1 mm átmérőjű) PVC vezető szigetelésű kábelek fajlagos kapacitása általában 300 pF/m. Polietilén szigetelésű kábeleknél 150 pF/m körüli értékekkel lehet találkozni.

Az alábbi táblázat összefoglalja a kábelek maximális hosszát különféle kimeneti ellenállásokhoz és csillapításokhoz. A kábel fajlagos kapacitása 300 pF/m, a csillapítás pedig a 20 kHz-en mérhető relatív csillapítás (dB-ben):


Maximális hosszúság
Kimeneti ellenállás [méter]
[Ohm] 0,1 dB 0,3 dB 0,5 dB
100 40 70 93
200 20 35 47
400 10 18 24
600 7 12 16

A fenti táblázat 300 pF/m fajlagos kapacitású kábelre vonatkozik ami a legolcsóbb kábeleket foglalja magában. Polietilén belső szigetelésű kábeleknél (150 pF/m) a táblázatban található kábelhosszak duplájával lehet számolni.

A kábel kapacitásához hozzáadódik még a line-in bemenetén levő zavarszűrő kondenzátor kapacitása (100 pF - 330 pF), ami nem sokat változtat az átvitelen. Ha ezt is bele akarjuk számolni, akkor 300 pF/m-es kábelnél egy métert, a 150 pF/m-es kábelnél (duplázás után) két méter kell kivonni a táblázat értékeiből.

600 Ohm-os vonalkimenetet használva a teljes hangfrekvenciás tartomány átvihető 0.1 dB-es hibahatáron belül 7 méter hosszú nagy kapacitású kábelen vagy 14 méter hosszú normál kapacitású kábelen. Szerencsére a mai modern berendezések jóval alacsonyabb kimeneti ellenállással rendelkeznek (100 - 200 Ohm), így a hangfrekvenciás jelek otthoni vagy akár professzionális audió rendszerben történő továbbítása nem jelent problémát.

Interkonnekt kábelekben a nemlineáris torzítás és a fáziskésés teljesen irreleváns. Ha az átviteli hiba 20 kHz-en nem haladja meg a 0,5 dB-t (amihez elég hosszú vezetéket jelent), akkor a szigetelés kapacitásnak és ellenállásának olyan elenyésző a hatása az átvitelre, hogy a torzításnak még a lehetősége is teljesen kizárható. Az ún. 'szivárgási áram' még a legrosszabb szigetelőnél, a PVC-nél is csak 1 MHz felett válik jelentőssé. A fáziskésés pedig önmagában semmit se jelent, ami lényeges az a csoportfutási idő változás, azaz az időkésés változása a frekvencia függvényében. Ha 20 kHz-en a relatív csillapítás 0,5 dB, akkor a kábel által okozott eltérés 20 Hz és 20 kHz között 300 nanoszekundum. Ez 1000-szer kisebb, mint az az késés, amit az emberek még képesek érzékelni a legérzékenyebb tartományban (2 kHz-en).

Tipikus értékek (line out, line in, kábel):

Általában két probléma merül fel az interkonnekt kábelekkel. Az egyik a nem megfelelő árnyékolás, bár ez inkább csak a hosszabb kábeleket érinti. A másik pedig az, hogy hajlamosak megtörni a csatlakozónál. A DVD, CD lejátszó, lemezjátszó tisztítása közben a kábelek mozognak, és az olcsóbb összekötő kábeleknél előfordul, hogy pár év alatt kontakthibásak lesznek. Erre az egyik megoldás a csere, a másik pedig az, hogy inkább masszívabb csatlakozójú kábelt vásárolunk. Ugyanakkor több tízezer forintot kiadni különleges kivitelű interkonnekt kábelekre fölösleges.

Horváth Csaba

Facebook    Google



Vissza a főoldalra