Cavo audio di qualità artigianale senza effetto pelle. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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In questo articolo, vorrei attirare l'attenzione degli audiofili sull'effetto, che molti hanno recentemente chiamato transistor, alcuni lo combattono da tempo nella tecnologia HF e a microonde, altri, nel combatterlo, producono interconnessioni e cavi per altoparlanti che costano fino a diverse migliaia di dollari americani, alcune persone cercano di presentare questo effetto come nient'altro che semplici... allucinazioni audiofile! Di seguito ti racconterò come, in un paio di sere a casa, dai materiali di scarto, puoi realizzare un ottimo cavo audio (cioè assolutamente neutro in un'ampia gamma di frequenze) che non sia di qualità inferiore ai migliori standard mondiali. Ma prima, affinché tutto vada a posto, dirò questo: tutte le apparecchiature audio e radio ad alta frequenza sono progettate in modo errato!

Di seguito sono riportate le tue probabili domande.

Lo sospettavamo da tempo anche senza di te. Allora qual è il problema?

È noto che quando la corrente alternata attraversa lo strato conduttore di un conduttore o semiconduttore si verifica il cosiddetto effetto superficiale (effetto pelle). In questo caso, la maggior parte delle cariche elettriche in movimento dovute all'induzione elettromagnetica si trovano vicino alla superficie dello strato conduttivo. L'effetto negativo dell'effetto pelle si manifesta nel fatto che gran parte centrale dello strato conduttivo non partecipa al trasferimento di cariche elettriche, il che provoca una maggiore resistenza del conduttore alla corrente elettrica. Inoltre, l'effetto pelle nei fili metallici e nelle armature dei condensatori porta ad una lenta ridistribuzione degli elettroni mobili dal centro alla superficie, con conseguenti effetti indesiderati di direzionalità e di sovrapposizione dei cavi, e aumenta l'effetto memoria nei condensatori. L'effetto negativo dell'effetto pelle su cavi e fili è ulteriormente aggravato dal fatto che i composti chimici del metallo dello strato conduttivo con l'ossigeno e l'azoto dell'aria, formati sulla superficie del filo a seguito della corrosione, hanno proprietà dielettriche e proprietà dei semiconduttori, che, a loro volta, contribuiscono ad un aumento delle perdite e delle distorsioni. Il grado di manifestazione dell'effetto pelle dipende dalla frequenza della corrente. Più precisamente, sulla frequenza istantanea della corrente.

All’aumentare della frequenza diminuisce lo spessore dello strato superficiale attraverso il quale passa la corrente. Nel caso di un segnale a banda larga, dove la frequenza istantanea è difficile da descrivere, l'effetto pelle provoca un completo disordine nel posizionamento degli elettroni mobili attraverso la sezione trasversale del conduttore. La conseguenza di ciò sono distorsioni non lineari, di intermodulazione e di fase-frequenza del segnale elettrico a banda larga che passa attraverso un conduttore o semiconduttore. Nelle apparecchiature audio domestiche e professionali, l'effetto pelle derivante dal collegamento delle interconnessioni e dei cavi degli altoparlanti porta a una distorsione udibile dei segnali, deteriorando la qualità della riproduzione del suono.

Negli apparecchi radioriceventi, le conseguenze dell'effetto pelle (ad esempio, nel cavo che collega l'antenna all'ingresso del ricevitore radio) a causa della distorsione di intermodulazione del segnale a banda larga che crea sono una ridotta selettività, un ridotto rapporto segnale-rumore rapporto e ridotta sensibilità effettiva. È noto che quando la corrente alternata passa attraverso un conduttore, l'onda elettromagnetica principale (utile) si propaga lungo il conduttore in linea retta tra punti con potenziali diversi. A causa dell'effetto pelle, oltre all'onda utile, appare un'onda elettromagnetica parassita indesiderata, diretta dall'asse centrale dell'elemento conduttivo alla sua superficie, perpendicolare alla direzione dell'onda utile, provocando distorsioni di fase del segnale trasmesso.

Nei dispositivi a impulsi digitali, ad esempio i computer, a causa dell'effetto pelle nei conduttori in rame di circuiti stampati e connettori, la forma degli impulsi brevi è distorta, il che porta a errori di sincronizzazione e errori nella registrazione degli impulsi. Questo è l'ostacolo principale all'aumento della velocità di clock nelle schede madri e nei connettori dei computer. A frequenze ultraelevate, l'effetto pelle riduce drasticamente il fattore di qualità degli elementi reattivi: condensatori e induttori.

Di conseguenza, a frequenze superiori a 1 GHz, l'effetto pelle è il principale fattore che limita la miniaturizzazione dei prodotti radioelettronici, come i microcircuiti. È l'effetto pelle responsabile del cosiddetto effetto sonoro transistor. Nei transistor, l'area della sezione trasversale del cristallo è molto più piccola dell'area della sezione trasversale della nuvola di elettroni, così come le aree del catodo e dell'anodo in una lampada. Inoltre, i contatti sulla superficie del cristallo del transistor sono collegati da fili sottili (chi ha mai visto un transistor senza alloggiamento lo sa), in cui l'effetto pelle vive molto liberamente.

Cosa si può fare per contrastare questo fenomeno?

Posso consigliare un modo economico ed efficace per neutralizzare l'effetto pelle. Si basa sul fatto che il materiale della stragrande maggioranza degli elementi conduttori (rame, argento, alluminio, ottone) e semiconduttori (silicio, germanio) ha un indice di permeabilità magnetica relativa m compreso tra 0,9999 e 1,0001, ovvero circa l'unità.

La superficie dell'elemento conduttivo 1 è ricoperta da un guscio paramagnetico 2 (vedi figura), e il guscio non deve adattarsi saldamente; è possibile qualche piccolo spazio. Il guscio è realizzato sotto forma di uno o più strati di materiale paramagnetico solido m maggiore di 1 materiale dielettrico (magnetodielettrico), che a livello macro ha una permeabilità magnetica relativa m che è molte volte maggiore della permeabilità dell'elemento conduttore di corrente , bassa conduttività elettrica e anche basse perdite di inversione di magnetizzazione (ciclo di isteresi). Nella fig. per chiarezza sono mostrati due strati del guscio: strato 3 e strato 4. Il guscio deve essere fissato immobile rispetto all'elemento conduttivo sulla sua superficie; nel caso di un'intercapedine, la sua larghezza non deve superare la metà della lunghezza d'onda della corrente alternata nell'elemento conduttore.

E cosa dà?

La corrente alternata che scorre nell'elemento conduttivo 1 perpendicolarmente al piano del modello crea un campo elettromagnetico trasversale indesiderato dell'effetto pelle all'interno dello strato conduttivo dell'elemento 1. Le linee elettriche 6 di tale campo agiscono su cariche elementari in movimento 5 all'interno dell'elemento conduttivo 1 e sono dirette dal centro dello strato conduttivo alla sua superficie. Allo stesso tempo, la corrente alternata principale (utile) del segnale che scorre attraverso l'elemento conduttivo 1 crea un campo magnetico contrastante negli strati 3 e 4 del guscio paramagnetico 2, le cui linee di forza 7 sono dirette dalla superficie del elemento conduttore 1 al suo centro e influenzano anche le cariche elementari in movimento 5 all'interno del conduttore 1. L'intensità di entrambi i campi aumenta con l'aumentare della corrente e con l'aumentare della frequenza. In questo modo si ottiene una compensazione dell'effetto del campo trasversale parassita e una distribuzione uniforme della corrente elettrica su tutta la sezione trasversale dello strato conduttivo.

Per la maggior parte degli elementi conduttivi a bassa corrente, per ottenere un effetto positivo, il guscio paramagnetico può essere costituito da un materiale con una permeabilità magnetica relativa da 1,5 a 20 con uno spessore di diverse decine di micron o più. Per gli elementi conduttori di potenza, con conduttori di piccole dimensioni, nonché per i dispositivi a bassa frequenza, il guscio può avere uno spessore simile con un valore di m compreso tra 1,5 e 50, se il materiale del guscio ha un valore di m maggiore di 50, e il La lunghezza dell'elemento conduttore è significativa (diversi metri), quindi insieme all'onda trasversale parassita, anche l'onda utile verrà soppressa, l'induttanza propria del cavo e le perdite nella guaina stessa aumenteranno e il segnale passante riceverà sfasamenti.

Per chiarezza, il principio su cui si basa questo metodo per combattere l'effetto pelle può essere paragonato alla focalizzazione magnetica o elettromagnetica di un fascio di elettroni in un tubo a raggi catodici, ad esempio un cinescopio televisivo. In un cinescopio, il flusso di elettroni si muove con accelerazione nel vuoto sotto l'influenza di un'elevata tensione anodica dal catodo all'anodo (schermo). In questo caso, a causa dell'azione reciprocamente repulsiva, il fascio di elettroni incidente sullo schermo forma una macchia sfocata. Pertanto è necessaria la focalizzazione forzata del fascio, per la quale vengono utilizzate bobine che creano un campo elettromagnetico anulare attorno al fascio di elettroni. È così che si raggiungono la focalizzazione e la convergenza.

Per il guscio paramagnetico, suggerisco di utilizzare una miscela di un dielettrico (ad esempio vernice, resina o cloruro di polivinile) con una polvere di materiale magnetico dolce elettricamente conduttivo (ad esempio permalloy frantumato o oxyfer). Il rapporto volumetrico del materiale dielettrico e magnetico è scelto in modo tale che la conduttività elettrica della loro miscela sia trascurabile rispetto alla conduttività elettrica dell'elemento conduttivo. Suggerisco inoltre di utilizzare una miscela di polimero dielettrico con polveri di sostanze quali biossido di cromo CrO2, ossido di ferro gamma Fe2O3, ossido di ferro gamma cobalto CoFe2O3.

Questi materiali magnetici hanno una permeabilità magnetica relativa compresa tra 1,5 e 2,0 e hanno un breve tempo di inversione della magnetizzazione. Sono prodotti industrialmente per nastri audio e video, il loro costo è basso, sebbene in un forte campo magnetico questi materiali abbiano una forza coercitiva relativamente elevata; nella maggior parte degli elementi radioelettronici, la forza della corrente che li attraversa non è sufficientemente elevata per la manifestazione delle proprietà magnetiche dure di questi materiali. Pertanto, in questo caso, le perdite dovute all'isteresi nel guscio sono piccole, il che consente di ottenere un effetto positivo. Quando si realizza un cavo di interconnessione o per altoparlanti flessibile di alta qualità (audiofilo, come è di moda dire) non schermato (l'autore ha utilizzato un normale nastro video al biossido di cromo largo 12,7 mm su una base di Mylar). l'uenta è avvolto con una sovrapposizione di 6 - 10 strati sul conduttore principale in metallo (rame o argento). Come risultato di questa operazione, le distorsioni non lineari introdotte dal cavo vengono drasticamente ridotte e la frequenza di trasmissione superiore del cavo aumenta da 30 MHz a 120 - 250 MHz e oltre, a seconda dello spessore del filo. In questo caso, il cavo è realizzato sotto forma di tre conduttori intrecciati (simile a come lo fa Kimber Kable).

Oltre che per la fabbricazione di cavi, il metodo descritto per combattere l'effetto pelle può essere applicato a livello industriale in relazione ad elementi portatori di corrente di qualsiasi forma e tipo, costituiti da conduttori, superconduttori e semiconduttori con una permeabilità magnetica relativa di circa unità, destinata al passaggio della corrente e al controllo della corrente su un'ampia gamma di intensità e frequenza. Il metodo citato può essere applicato, ad esempio, nella produzione di cavi di comunicazione, cavi di installazione e collegamento, transistor, diodi, circuiti integrati, dispositivi di contatto, connettori, resistori, condensatori elettrici e induttori ad alta frequenza.

E cosa otterremo applicando il metodo da voi proposto?

Godiamoci l'ascolto della musica.

Autore: Sergey Podolyak, Vinnitsa, Classe A; Pubblicazione: audio.ru/class_a/home.php

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