zasilanie sprzętu audio (1)

Wydajność wysoce wyrafinowanych elektronicznych urządzeń, z których złożono system audio w high-end’owy układ, jest uzależniona od czystych i stabilnych dostaw prądu elektrycznego. Jednak współczesny świat, z niezliczoną liczbą urządzeń elektrycznych w gospodarstwach domowych podłączonej do tej samej linii 230V, z siecią bezprzewodowej transmisji internetowej i bluetooth, czy wreszcie opleciony falami radiowymi, szkodzi bardzo w zachowaniu czystości przebiegu energii elektrycznej. Powinniśmy dołączyć jeszcze zły wpływ fal elektromagnetycznych do wyżej wymienionych, by szkodliwy obraz uzupełnić. Stale rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną wywołuje przeciążenia linii energetycznych, zwłaszcza tych z przestarzałego już systemu- elektrowni i sieci dystrybucji. Problemów przybywa wraz z cywilizacyjnym rozwojem. A my- audiofile, musimy się jakoś uporać z artefaktami prądu elektrycznego by nasza pasja nie ucierpiała za bardzo. Żeby wiedzieć jak walczyć musimy poznać wroga!

Pierwszy wróg-

W godzinach szczytu zapotrzebowania na energię elektryczną  większość audiofilskiej braci nie lubi słuchać muzyki ze swoich systemów audio. Czekają na późną porę, bo w tym czasie zauważają lepszą jakość dźwięku. Każdy z nas ma swoje doświadczenie, jaki ma wpływ na jakość dźwięku zmieniające się napięcie zasilania. Najkorzystniej jest wtedy gdy mierząc napięcie w gniazdku zobaczyć, przy 50Hz, na skali napięcie 230V (+/- 10% wg. obowiązujących norm). Normy dopuszczają napięcie od 207V do 252V. Trudno nazwać napięcia zbliżające się do granic normy za idealne dla optymalnej pracy wzmacniacza czy odtwarzacza! Niestety, nasze ultra-czułe urządzenia z rzadka, jeśli w ogóle to się zdarza, pracują w warunkach idealnych. Występują wahania napięcia- spadki i piki, a więc i różnice wydajności urządzeń obliczanych przecież na wzorzec i na niewielkie wahnięcia (rzędu +/- 5%), muszą występować. Jeśli te wahania napięcia są krótkotrwale, to możemy ich nie zauważyć, ale te dłuższe to może usłyszymy? Zbyt niskie napięcia nie są tak niebezpieczne jak zbyt wysokie.  Moc wyjściowa wzmacniacza jest bezpośrednio zależna od napięcia sieciowego, bo gdy napięcie spadnie poniżej punktu, w którym producent określił moc znamionową, dostępna będzie moc niższa. Przeciwieństwo obniżonego napięcia- przepięcia, które przyjmują wartości nawet tysięcy woltów i zawierają sporo energii, mogą wywoływać uszkodzenia zarówno widoczne, jak i niewidoczne gołym okiem. Taka energia, jaką niesie ze sobą gwałtowny wzrost napięcia, może spowodować zniszczenie urządzenia elektronicznego, a uszkodzenia będą widoczne w postaci osmalonych elementów. Przepięcia nie zawsze powodują takie widoczne uszkodzenia. Skok napięcia, zawierający mniejszą porcję energii, zniszczy materiał półprzewodnikowy jedynie na poziomie mikroskopowym. To zjawisko (nazywane „elektroniczną rdzą”) powoduje, że uszkodzony element stopniowo ulega degradacji, a uszkodzenie narasta przy powtórnym narażeniu nawet na mniejsze wahnięcie napięcia sieci. W efekcie, po czasie, komponent psuje się bez widocznych uszkodzeń. Niestabilność prądową próbują zwalczać kondycjonery sieciowe firmy, które monitorują kształt prądowej sinusoidy i ją poprawiają w czasie rzeczywistym. Zniekształcona sinusoida zawiera również niepożądane częstotliwości oraz harmoniczne, które gdy przedostaną się poprzez układy zasilające do układów audio, zmieniają je wprowadzając zniekształcenia intermodulacyjne, mające wielce szkodliwy wpływ na jakość sygnału audio.

Jakość napięcia zasilającego jest więc nie tylko problemem szumów i zniekształceń, bo po podaniu go do układu zasilającego jest dodatkowo degradowane w samych urządzeniach. Po przejściu przez kondycjoner niepożądane harmoniczne w zakresie słyszalnym są usuwane, a sinusoida jest przywracana do stanu pierwotnego. Podobnych urządzeń stabilizujących napięcie jest więcej, niestety wielu audiofilów nie jest przekonana, że tak duża ingerencja w charakter prądu ma przełożenie w atrakcyjne brzmienie systemu audio.

Drugi wróg–

Gdy prąd osiągnie cel, czyli główną skrzynkę przyłączeniową w gospodarstwie domowym, inne niż niestabilność,  niebezpieczeństwa na nią czyhają.  Podczas drogi od skrzynki bezpiecznikowej do zestawu audio wszystko, co podłączone do gniazdek elektrycznych, ma wystarczający potencjał, by wpłynąć na dostępny prąd. Urządzenia takie jak lodówki, pralki, komputery, klimatyzatory i im podobne są winowajcami pogorszenia jakości energii elektrycznej w  linii AC nie dość, że poprzez dodanie szumów to i chwilowe produkowanie skoków napięcia. O ile mi wiadomo, nikt nie przeprowadza badań wpływu hałasu na linii zasilania sprzętu audio. Każdy wie, że taki wpływ jest, ale nie wie jak jest duży. Mamy drugą dekadę XXI wieku, a mimo  że w 1974 roku dwóch naukowców z firmy IBM oceniło problemy linii AC na podstawie danych zebranych w ciągu kilku lat w kilkudziesięciu różnych lokalizacjach. Chociaż badanie koncentruje się na skutkach zaburzeń w komputerach, wyniki nadal posiadają znaczenie dla audiofilów. Wnioski z tych badań wypłynęły takie, że 88,5% problemów związanych z zakłóceniami wynikają z oscylacji przełączania kondensatorów i z pojawiających się skoków napięcia (np. wywołanych uderzeniami piorunów, przełączeniami zasilania sieciowego i eksploatacji sprzętu użytkownika). Te właśnie brudy elektryczne pogorszają wydajność systemów audio w takim samym stopniu co i systemy komputerowe. Należy pamiętać, że badanie przeprowadzono w 1974, a od tego czasu  warunki eksploatacyjne energii elektrycznej się znacznie pogorszyły.

Co to wszystko (co do tej pory omówiłem) oznacza dla słuchacza? Wiemy, że zaburzenia w liniach energetycznych muszą negatywnie wpływać na jakość dźwięku uzyskiwanego z systemu audio- a to na zakłócenie, objawiające się pod postacią „kliknięcia” bądź „puknięcia”, a to w bardziej szkodliwy sposób, jako subtelne zniekształcenie zasłaniające muzykę, przez dodanie jakichś artefaktów. Doświadczenie audiofila podpowiada, że być może nawet bardziej wrażliwe na problemy wynikające z zakłóceń linii AC, niż wzmacniacze końcowe, mają sprzęty sygnałowe- przedwzmacniacz, odtwarzacz CD, gramofonu i inne źródła. Uważa się, że omówione zaburzenia można usunąć, albo przynajmniej zminimalizować. Starają nie to robić produkowane przez wielu producentów dystrybutory prądu zasilającego, posiadające aktywne, bądź pasywne układy filtrujące. Są one różnie oceniane… W najnowszej generacji dystrybutorach konstruktorzy najczęściej rezygnowali z transformatorów separujących na rzecz rozbudowanej, wielostopniowej filtracji równoległej, tylko z tego powodu, że źle wpływały na wartości brzmieniowe urządzeń systemu. Kondycjonery mogą być również wyposażane w układ eliminujący niepożądaną składową stałą sieci elektrycznej (DC offset blocker). Składowa stała jest zjawiskiem, które występuje niemal w każdej sieci elektrycznej. Objawia się niesymetrycznością sinusoidy napięcia przemiennego i ma negatywny wpływ na pracę wszelkich urządzeń wykorzystujących transformatory.

Trzeci wróg–

Szumy- RFI (radio frequency interference) oraz EMI (electromagnetic interference).

Oba typy szumów- EMI jak i RFI, mogą być  wywoływane przez wiele źródeł-  elektryczność statyczną, urządzenia AGD, wadliwe lampy elektryczne,  transformatory energetyczne, stacje radiowe i inne urządzenia nadawcze. Często zapomina się, że fale radiowe pochodzą też od wyładowań atmosferycznych, zjawisk geologicznych zachodzących we wnętrzu Ziemi, od gwiazd i radiogalaktyk. Są po prostu wszechobecne! Zewnętrzne  źródła impulsów elektrycznych mogą mieć wpływ na jakość sygnału elektrycznego przesyłanego w przewodach, bo one działają niczym antena odbiorcza, mało tego- każdy pojedynczy przewód w kablu może tak działać. Te same przewody są również „antenami nadawczymi”. Przewód absorbuje elektryczne sygnały z innych przewodów w kablu oraz źródeł elektrycznych znajdujących się poza kablem. Szum daje znać o sobie tak w transmisji analogowej jak i cyfrowej. W analogowej  szum przekłada się bezpośrednio na jakość dźwięku, na zanik w obrazie dźwiękowym tzw. ciemnego tła, rozdzielczości sygnału i wszystkich efektów pochodnych. Sygnał cyfrowy z kolei ulegnie zniekształceniu, bo bity „0” mogą ulec zamianie na „1” lub odwrotnie. Problem to wielki, bo większość systemów cyfrowych pracuje w ramach częstotliwości z zakresu od 1 do 100 MHz, a więc  tej, którą wykorzystują radiowe sygnały FM i sygnały TV.

Jak z tego typu szumami walczyć? Istnieją sposoby ich ograniczania na przykład- zwiększając rozmiar kabli przewodzących, polepszeniem jakości użytych materiałów izolacyjnych i ich konstrukcji.

Niektórzy producenci redukują wpływ szkodliwych fal wykorzystując zjawisko powstawania małego pola elektromagnetycznego powstającego podczas przepływu prądu tym przewodem. Kierunki linii pola elektromagnetycznego będą się znosiły gdy umieści się blisko siebie przewodniki (np. przez skręcenie ze sobą przewodów), w których przez jeden płynie prąd od źródła ujemnego napięcia do celu, a drugim wracają do źródła.

Tym samym dwa pola elektromagnetyczne redukują się wzajemnie. Redukują, niejako przy okazji, wszystkie zewnętrzne pola elektromagnetyczne. Efekt ten wzmacnia skręcenie ze sobą przewodów (nawet w bardzo skomplikowany sposób, gdzie jeden odcinek kabla jest prawoskrętny, a inny lewoskrętny). Redukują, ale nie chronią systemu w takim zakresie w jakim sobie życzylibyśmy. Z ratunkiem przychodzą firmy, które opracowały metody odfiltrowywania sprzętów audio z szumów EMI/RFI. Tych radzących sobie z problemem jest mało, a z doskonałymi rozwiązaniami inżynierskimi jeszcze mniej, ale są. Realizują zadanie w różny sposób, dla przykładu na zasadzie zamiany zakłóceń na energię cieplną, konstrukcyjnie przypominających anteny bądź filtru połączonego przewodem z masą urządzenia filtrowanego. Audiofil nie zaspokoi swoich potrzeb wyjaśnieniami fizyków czy elektroników, a nawet  poznając rozwiązania techniczne, gdy one nie przekładają się na atrakcyjny efekt dźwiękowy, lub przynajmniej satysfakcjonujący. Poznałem działanie tego rodzaju filtrów… Mało tego, kupiłem ich kilka.

Czego się po nich spodziewać? Przede wszystkim efektywne zmniejszenie wpływu zakłóceń EMI/RFI skutkuje obniżeniem poziomu szumów, a tym samym pojawia się silnie słyszalne tzw. ciemne tło. Dzięki temu zwiększa się rozdzielczość i staje się łatwiejsze wyławianie mikro-szczegółów. Filtry tego typu z reguły nie zmieniają barw instrumentów, co jest przesądzającym argumentem gdy chcemy zachować cechę dźwięku sprzed zastosowania omawianych akcesoriów. Przez to, że tło jest oczyszczone z szumów radiowego i magnetycznego pochodzenia instrumenty wydają się głośniejsze, bliższe i większe.

Przedstawieni wrogowie  naszego audio są wyjątkowymi szkodnikami. Bo niedocenianymi! Może jest inaczej- może nie bagatelizujemy ich wpływu, ale że walka z nimi jest bardzo kosztowna to niektórzy fani muzyki wolą o nich jednak zapomnieć. Ostatecznie można słuchać muzyki, nie stosując kondycjonerów (ja też za nimi nie przepadam), aktywnych filtrów (też nie jestem sympatykiem) i filtrów pasywnych (te narzędzia poprawy uwielbiam!). Spisek szumów i zakłóceń linii AC jest jednak faktem. Czynią spustoszenie- przede wszystkim obniżają muzykalność słuchanych utworów, zaburzają scenę muzyczną i nie pozwalają pokazać wszystkich harmonicznych w jakie są wyposażone dźwięki instrumentów. Zauważyć proszę, że piszemy w artykule  o części wstępnej systemu audio- o zasilaniu, więc co na wstępie spaprzemy (przez zły dobór sprzętu) to tego już nie naprawimy, a prawidłowo zaprojektowany przewód zasilający oraz dystrybutor prądu działają jako pierwsza linia obrony poprzez izolowanie zasilaczy od energii szkodliwego promieniowania, która otacza elektronikę.

Jeśli komuś się wydaje, że będzie zdolnym się wykpić, dobierając kable głośnikowe w nadziei, że skoryguje (dla przykładu) wyeksponowanie wyższych składowych częstotliwości pomniejszając ich wpływ kablem tłumiącym ten zakres, to miejmy świadomość zamiany jednego zła w drugie. Zanim kiedykolwiek w przyszłości przystąpicie do takich prób to przypomnijcie sobie o tym, że pierwszym winowajcą może być zakłócenie… A przyszłość rysuje się źle- można z dużą pewnością wyrokować, że problem zaburzeń linii energetycznych będzie tylko narastał!

---