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

(Árnyékolás, zavarszűrés most kimaradt, esetleg majd később...)

Facebook    Google



Vissza a főoldalra

www.000webhost.com