СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА АУДИОСИГНАЛА В ТОКОПРОВОДЯЩЕМ КАБЕЛЕ (ВАРИАНТЫ), ТОКОПРОВОДЯЩИЙ КАБЕЛЬ И ТОКОПРОВОДЯЩАЯ ЖИЛА ДЛЯ ЭТОГО КАБЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК H01P3/04 H01B11/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности касается способа повышения качества аудиосигнала в акустических системах и конструкции токопроводящего кабеля, применяемого в бытовой электронике для различных межблочных и компонентных соединений в аудиоаппаратуре.

Известен токопроводящий кабель, содержащий две изолированные друг от друга токопроводящие жилы, помещенные в изоляционную оболочку, и концы которых присоединены к контактным узлам. Из этого же источника известна токопроводящая жила, содержащая два изолированных друг от друга проводника, расположенных в общей изолированной оболочке (Статья Кунегина С.В. «Глава 3. Коаксиальные кабели», выложенная в режиме он-лайн в Интернет по адресу: http://www.aboutphone.info/kunegin/coax/page3.html).

Указанное известное решение принято в качестве прототипа для всех заявленных объектов.

В известном коаксиальном кабеле основной ток передачи концентрируется на внутренней поверхности внешнего проводника, а ток помех - на наружной стороне внешнего проводника. Как основной ток, так и ток помех проникают в толщу проводника лишь на глубину, определяемую коэффициентом вихревых токов. Причем чем выше частота, тем больше отдаляются друг от друга указанные токи и, следовательно, тем лучше защищен кабель от действия посторонних помех. Таким образом, в отличие от всех других типов кабелей, требующих для защиты от помех специальных мер (симметрирования, экранирования и т.д.), в коаксиальных кабелях на высоких частотах это обеспечивается самой их конструкцией. В области высоких частот внутренняя индуктивность проводников мала и индуктивность коаксиального кабеля обусловливается лишь внешней индуктивностью. При расчетах для использования коаксиального кабеля принимается, что сопротивление вдоль цепи R=0, так как не учитываются потери в проводниках кабеля, и внешняя межпроводниковая индуктивность коаксиального кабеля L=(μ/2π)ln(r_b/r_a). Соответственно проводимость G=2πσ/ln(rb/ra), емкость С=2πε/ln(rb/ra), где μ, ε, σ - соответственно магнитная, диэлектрическая проницаемости и проводимость среды, а r_b, r_a - радиусы проводников, определенные из общего центра внутренне расположенного проводника.

Из изложенного следует, что основные преимущества коаксиального кабеля (малое затухание и высокая помехозащищенность) особенно ярко проявляются в высокочастотной части передаваемого спектра частот. При постоянном токе и на низких частотах, когда ток практически проходит по всему сечению проводника, достоинства этого кабеля пропадают. Больше того, коаксиальная цепь как несимметричная относительно других цепей и земли (параметры ее проводников «а» и «б» различны) в низком диапазоне частот по защищенности от помех уступает симметричным кабелям.

Недостатком данного кабеля является то, что он хорошо в части помехозащищенности работает в области высокочастотной части передаваемого спектра частот, в низком диапазоне частот по защищенности от помех уступает симметричным кабелям. В то же время в бытовой электронике для различных межблочных и компонентных соединений аудио и видео как раз и используются проводники для передачи сигналов в низком диапазоне частот. В связи с этим такие параметры кабеля как межпроводниковая емкость приходится учитывать, так как современная аппаратура (аудио- и видеоназначения) строится на использовании малых токов в низком диапазоне частот, и перенос электрического заряда с одного проводника на другой оказывает влияние на чистоту проходящего по проводнику сигнала. Как показали исследования, межпроводниковая емкость в кабеле достигает 75-300 пФ, что является существенной по величине помехой для малоточных сигналов и достаточной для внесения искажений в такой сигнал.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по устранению влияния процессов протекания тока в проводнике на полезный сигнал.

Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении АЧХ акустической аппаратуры за счет улучшения эксплуатационных характеристик токопроводящего кабеля путем уменьшения влияния межпроводниковой емкости (взаимной электроемкости двух проводников) на качество и достоверность передаваемого сигнала.

Технический результат для первого варианта способа достигается тем, что для повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле осуществляют выравнивание амплитуд входного и выходного сигнала в токопроводящем кабеле.

Технический результат для второго варианта способа достигается тем, что в способе повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле уменьшают межпроводниковую емкость в токопроводящем кабеле до уровня не более 25 пФ путем разнесения отрицательной и положительной жил в этом кабеле на расстояние не менее 2 см, а затем на части длины этого кабеля осуществляют сближение жил токопроводящего кабеля до выравнивания амплитуд входного и выходного сигнала в этом кабеле.

Технический результат для третьего варианта способа достигается тем, что в способе повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле путем увеличения расстояния между отрицательной и положительной жилами токопроводящего кабеля уменьшают межпроводниковую емкость в токопроводящем кабеле и одновременно увеличивают межпроводниковую индуктивность.

Технический результат для четвертого варианта способа достигается тем, что в способе повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле путем увеличения расстояния между отрицательной и положительной жилами токопроводящего кабеля до величины не менее 2 см уменьшают межпроводниковую емкость в токопроводящем кабеле до величины не более 25 пФ и одновременно увеличивают межпроводниковую индуктивность до величины не менее 600 Гн.

Технический результат для пятого варианта способа достигается тем, что в способе повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле уменьшают межпроводниковую емкость в токопроводящем кабеле до уровня не более 25 пФ путем разнесения отрицательной и положительной жил в этом кабеле на соответствующее расстояние, измеряемое в сантиметрах и зависящее от площади сечения проводника в соответствии со следующим алгоритмом:

для сечений проводника до 1 мм² - не менее 2 см,

для сечений проводника от 1,1 мм² до 2 мм² - не менее 3 см,

для сечений проводника от 2,1 мм² до 4 мм² - не менее 5 см,

для сечений проводника от 4,1 мм² до 6 мм² - не менее 7 см,

для сечений проводника от 6,1 мм² до 7,5 мм² - не менее 8 см,

для сечений проводника от 7,6 мм² до 9 мм² - не менее 8 см, более 9 мм² расстояние получают умножением величины площади сечения на 2.

Технический результат для шестого варианта способа достигается тем, что в способе повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле регулирование тонального баланса звукового тона осуществляют уменьшением межпроводниковой емкости в токопроводящем кабеле путем разнесения отрицательной и положительной жил в этом кабеле на расстояние не менее 2 см по крайней мере на части длины этого кабеля.

При этом технический результат для устройства достигается тем, что в токопроводящем кабеле, содержащем две изолированные друг от друга токопроводящие жилы, помещенные в изоляционную оболочку, и концы которых присоединены к контактным узлам, для обеспечения регулирования по параметру межпроводниковой емкости изоляционная оболочка представляет собой ленту, по краям которой закреплены токопроводящие жилы, расположенные на ленте на участке между контактными узлами на расстоянии друг от друга не менее 2 см, при этом указанная лента выполнена с возможностью соединения ее краев между собой по крайней мере на части ее длины для сближения токопроводящих жил.

Технический результат для второго варианта устройства достигается тем, что в токопроводящем кабеле, содержащем две изолированные друг от друга токопроводящие жилы, помещенные в изоляционную оболочку, и концы которых присоединены к контактным узлам, для обеспечения регулирования по параметру межпроводниковой емкости токопроводящие жилы, расположенные на расстоянии друг от друга на участке между контактным узлам, связаны между собой по длине замком типа «молния» для удаления указанных жил друг от друга при растегивании последней.

Технический результат так же достигается тем, что в токопроводящей жиле, содержащей два изолированных друг от друга проводника, расположенных в общей изолированной оболочке, согласно изобретению в указанной оболочке оба проводника выполнены скрученными по длине токопроводящей жилы, при этом скручивание представляет собой чередующиеся равные по длине участки скрутки по часовой стрелке и участки скрутки против часовой стрелки, имеющие равное количество витков в каждой скрутке.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг.1 - общий вид кабеля по первому варианту исполнения;

фиг.2 - вид кабеля в сечении по фиг.1 после соединения краев ленты;

фиг.3 - общий вид кабеля по второму варианту исполнения;

фиг.4 - пример исполнения кабеля;

фиг.5 - схема скручивания проводников в кабеле;

фиг.6 - изображение взаимного положения проводников в токопроводящей жиле при скручивании;

фиг.7 - сечение токопроводящей жилы по фиг.6;

фиг.8 - сечение проводника в токопроводящей жиле по фиг.6;

фиг.9 - график изменения амплитуды звукового сигнала от частоты в спектре слышимых частот для кабеля с межпроводниковой емкостью 5 пФ;

фиг.10 - график изменения зависимости амплитуды звукового сигнала от частоты в спектре слышимых частот для кабеля с межпроводниковой емкостью 8 пФ;

фиг.11 - график изменения зависимости амплитуды звукового сигнала от частоты в спектре слышимых частот для кабеля с межпроводниковой емкостью 12 пФ;

фиг.12 - график изменения зависимости амплитуды звукового сигнала от частоты в спектре слышимых частот для кабеля с межпроводниковой емкостью 16 пФ.

Согласно настоящего изобретения рассматривается конструкция токоподводящего кабеля, предназначенного для применения в бытовой электронике для различных межблочных и компонентных соединений аудио и видео. Более конкретно, данный кабель используется для соединения блоков акустических или видеосистем, к которым предъявляются повышенные требования к качеству передаваемого сигнала. В рамках настоящего изобретения рассматривается токоподводящий кабель с уменьшенной межпроводниковой емкостью, что позволяет существенно повысить достоверность сигнала, передаваемого из одного компонента системы другому.

Традиционно выпускаемые токоподводящие кабели, независимо от исполнения и применяемых материалов, имеют межпроводниковую емкость, равную примерно 75-300 пФ. В результате исследовательских работ установлено, что при разнесении токопроводящих жил друг от друга на расстояние не менее 2 см существенно достигается снижение межпроводниковой емкости кабеля до 5 пФ. Ограничение по нижнему пределу обусловлено тем, что разнесенные токопроводящие жилы по своим концам сближаются для соединения с контактными узлами. Ограничение по верхнему пределу - не более 25 пФ, что подтверждается многочисленными экспериментами и опытами.

В результате исследований установлено, что конструктив компонентов (изделий) радиотехники - электроники должен иметь монтаж таким образом, чтобы все компоненты комплектующих деталей имели минимальный показатель емкости между собой не более 25 пФ между плюсом и минусом проводников и находились на расстоянии не менее 2 см друг от друга, или должны находиться в изоляторе по отдельности, способном устранять межпроводниковую емкость.

Различные комплектующие радиодетали, компоненты блоков питания, печатные платы, чипы (микросхемы), входящие в конструктив схемотехники какого-либо радиотехнического устройства (прибора), должны быть расположены таким образом, чтобы расстояние между положительной токопроводящей жилой и отрицательной жилой было не менее 2 см. А численный показатель, измеряемый в пФ, межпроводниковой емкости должен иметь не более 25 пФ. Кроме того, межпроводниковая индуктивность должна превышать показатель 600 Гн или отсутствовать вообще.

Параллельные проводники токопроводящих жил, положительная (+) и отрицательная (-), должны находиться как можно дальше друг от друга для обеспечения минимального показателя межпроводниковой емкости. Живой звук напрямую связан с межпроводниковой емкостью, обеспечивая наивысшую степень верности звучания, в отличии от старых стандартов HI-FI и High-End.

С помощью регулировки малого числового значения в пФ, но огромного визуально слышимого тонального баланса, удалось создать первый в мире кабель, позволяющий регулировать в тракте не только ВЧ, СЧ и НЧ частоты в АЧХ (амплитудно-частотной характеристике), но и звуковой визуальный сигнал в ту или иную сторону (прозрачнее или менее, резче или мягче, ярче или вуаль, гулкий бас или нет, упругий бас или менее), а так же регулировать тон голоса. Тем самым, с помощью данного кабеля появилась возможность идеально настроить (согласовать) звуковой тракт.

В результате исследований и экспериментов установлено, что качество аудиосигнала в токопроводящем кабеле зависит от разницы амплитуд входного и выходного сигнала в токопроводящем кабеле, а также разности показателей на разных измеряемых частотах. При выравнивании этой разницы (то есть сведении ее до нуля) появляется возможность получения чистого звукового сигнала, что подтверждается АПЧ, показанными на фиг.9-12. Выравнивание амплитуд входного и выходного сигнала в токопроводящем кабеле осуществляют уменьшением межпроводниковой емкости в токопроводящем кабеле до уровня не более 25 пФ путем разнесения отрицательной и положительной жил в этом кабеле на расстояние не менее 2 см, а затем на части длины этого кабеля осуществляют сближение жил токопроводящего кабеля до выравнивания амплитуд входного и выходного сигнала в этом кабеле. При этом повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле добиваются путем увеличения расстояния между отрицательной и положительной жилами токопроводящего кабеля для уменьшения межпроводниковой емкости в токопроводящем кабеле и одновременно увеличивают межпроводниковую индуктивность до уровня, превышающего 600 Гн.

В результате исследований установлена зависимость величины разнесения проводников от сечения проводника. Повышение качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле при уменьшении межпроводниковой емкости в токопроводящем кабеле до уровня не более 25 пФ достигается путем разнесения отрицательной и положительной жил в этом кабеле на соответствующее расстояние, зависящее от квадрата (площади сечения проводника в мм²) проводника в соответствии со следующим алгоритмом:

для сечений проводника до 1 квадрата - не менее 2 см,

для сечений проводника от 1,1 квадрата до 2 квадратов - не менее 3 см,

для сечений проводника от 2,1 квадрата до 4 квадратов - не менее 5 см,

для сечений проводника от 4,1 квадрата до 6 квадратов - не менее 7 см,

для сечений проводника от 6,1 квадрата до 7,5 квадратов - не менее 8 см,

для сечений проводника от 7,6 квадрата до 9 квадратов - не менее 8 см, более 9 квадратов расстояние получают умножением величины квадрата на 2.

Настоящий способ позволяет регулировать тональный баланс звукового тона путем уменьшением межпроводниковой емкости в токопроводящем кабеле путем разнесения отрицательной и положительной жил в этом кабеле на расстояние не менее 2 см по крайней мере на части длины этого кабеля.

Для достижения результатов по способам сконструирован специальный регулируемый кабель.

Согласно первого варианта исполнения токопроводящий кабель (фиг.1) содержит две изолированные друг от друга токопроводящие жилы 1, помещенные в изоляционную оболочку 2, и концы которых присоединены к контактным узлам (не показаны). Для обеспечения регулирования по параметру межпроводниковой емкости изоляционная оболочка представляет собой ленту 3, по краям которой закреплены токопроводящие жилы, расположенные на ленте на участке между контактными узлами на расстоянии друг от друга не менее 4 см, при этом указанная лента выполнена с возможностью соединения ее краев между собой по крайней мере на части ее длины для сближения токопроводящих жил (фиг.2). На концевых участках лента выполняется с вырезом 4 между токопроводящими жилами для обеспечения возможности сближения свободных концов токопроводящих жил и их соединения с контактным узлом. Возможность соединения краев ленты между собой (как это показано на фиг.2) по крайней мере на части ее длины для сближения токопроводящих жил обеспечивается тем, что края ленты выполняются как элементы замка Zip-Lock 5, используемого широко для упаковочных полиэтиленовых пакетов, либо застежки-молнии или скользящей застежки. Таким образом, для изменения характеристик кабеля по параметру межпроводниковой емкости необходимо соединить между собой края ленты и перемещением застежки молнии добиться требуемого параметра.

На фиг.9-12 показаны графики изменения амплитуды звукового сигнала от частоты в спектре слышимых частот для кабеля. При этом изменением длины соединенного участка ленты получили графики для кабелей с межпроводниковой емкостью 5 пФ, 8 пФ, 12 пФ и 16 пФ. Как видно из графиков, с увеличением межпроводниковой емкости полезный сигнал начинает сильно искажаться.

По второму варианту исполнения токопроводящий кабель (фиг.3) так же, как и в первом варианте исполнения, содержит две изолированные друг от друга токопроводящие жилы, помещенные в изоляционную оболочку, и концы которых присоединены к контактным узлам. Однако для обеспечения регулирования по параметру межпроводниковой емкости токопроводящие жилы, расположенные на расстоянии друг от друга на участке между контактным узлом, связаны между собой по длине замком 6 типа «молния» для удаления указанных жил друг от друга при расстегивании последней. В этом токопроводящем кабеле регулирование по параметру межпроводниковой емкости производится разведением изначально сближенных токопроводящих жил.

Для указанных вариантов исполнения токопроводящего кабеля применяется токопроводящая жила из двух изолированных друг от друга проводников 7, расположенных в общей изолированной оболочке. Каждый проводник выполнен из токопроводящего провода (жилы), покрытой изоляционным лакированным покрытием 8, охваченным изоляционным тканевым покрытием 9. Однако в указанной оболочке оба проводника выполнены скрученными по длине токопроводящей жилы (фиг.5. 6), при этом скручивание представляет собой чередующиеся равные по длине участки скрутки по часовой стрелке и участки скрутки против часовой стрелки, имеющие равное количество витков в каждой скрутке. В каждой скрутке проводники скручены с одной и той же силой скручивания. Указанные параметры токопроводящей жилы являются существенными и определяющими для процесса переноса заряда с одного проводника на другой. Таким образом, жила представляет собой последовательно расположенные чередующиеся участки, на одном из которых проводники скручивают в одном направлении, а на следующем участке эти же проводники скручивают в обратном направлении с образованием между участками зоны 10 «реверса» (фиг.6).

При таком исполнении происходит взаимогашение образованной на одном участке скрутки межпроводниковой емкости с одним знаком равной по величине, но обратной по знаку емкостью, образованной на следующем участке.

Изобретение позволяет конструировать радиотехнику с учетом минимального показателя пФ: не более 25 пФ при прохождении аудио или видеосигнала по проводнику, имеющему минимальный показатель пФ - межпроводниковой емкости с параллельно проходящим отрицательным проводником. Изобретение позволяет идеально сконструировать аудио(видео) схему, имеющую минимальный показатель «паразитной» емкости, тем самым получая идеальные показатели в аудио(видео) тракте не только в тембрах ВЧ, СЧ, НЧ диапазоне в АЧХ (амплитудно-частотной характеристике), но и в тонах тонального баланса. Наивысшая передача звукового сигнала по проводнику напрямую зависит не только от параметров сопротивления, как считалось ранее (этот параметр минимально влияет на характер звукового сигнала), и индуктивности (этот параметр влияет на диапазон НЧ не в самой основной составляющей слышимого диапазона и легко решается с помощью реверсированного проводника), а, как выяснилось, самым важным электрическим параметром, влияющим на самую слышимую часть звукового сигнала, воспринимаемого человеческим ухом в диапазоне от 40 Гц до 20000 кГц (именно до 20000 Гц увеличивается визуальное восприятие ухом при уменьшении показателя межпроводниковой емкости и сопротивления), является показатель в пФ межпроводниковой емкости между плюсом и минусом передающего сигнал(ы) проводника. Между двумя параллельными токопроводящими жилами - положительной (+) и отрицательной (-) показатели значений межпроводниковой емкости в цифровых показателях пФ настолько минимальны, что одна единица в пФ-емкости (единица измерения емкости) между проводниками имеет серьезное влияние на конечный результат аудио или видеосигнала. Показатели емкости с шагом в 1 пФ имеют огромную разность значений не только в реальном слышимом диапазоне человеческого уха и реальной видимости глаз визуально, но и четко отражаются в измерительных звуковых графиках АЧХ и на тестовых видеосетках. Чем меньше показатель межпроводниковой емкости в пФ, тем чище сигналы аудио или видео. По многочисленным экспериментам измерений практика показала, что 100% производимых в мире токопроводящих межблочных соединительных кабелей имеют показатели от 50 пФ до 300 пФ межпроводниковой емкости на один погонный метр длины. Именно за счет минимального числового показателя межпроводниковой емкости с разнице в 1 пФ/на метр погонный, а на самом деле огромного шага измерения показателей (в данном случае десятки пФ прохождения аудио или видеосигналов), люди - слушатели, меломаны и аудиофилы слышат отчетливую разницу в звуке аудио при сравнении различных соединительных кабелей (межблочных и акустических), а так же различают разность качества видеоизображения на одном и том же мониторе, подключенном разными видеокабелями.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как может быть реализовано с использованием технологий, применяемых при производстве кабелей в электротехнической промышленности.

Изобретение относится к электротехнике. Способ повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле заключается в том, что уменьшают межпроводниковую емкость в токопроводящем кабеле до уровня не более 25 пФ путем разнесения отрицательной и положительной жил в этом кабеле на расстояние не менее 2 см, а регулирование тонового баланса звукового сигнала осуществляют сближением жил токопроводящего кабеля до выравнивания амплитуд входного и выходного сигнала в этом кабеле. Токопроводящий кабель содержит две изолированные друг от друга токопроводящие жилы, помещенные в изоляционную оболочку, и концы которых присоединены к контактным узлам. Для обеспечения регулирования по параметру межпроводниковой емкости изоляционная оболочка представляет собой ленту, по краям которой закреплены токопроводящие жилы, расположенные на ленте на участке между контактными узлами на расстоянии друг от друга не менее 2 см, при этом указанная лента выполнена с возможностью соединения ее краев между собой по крайней мере на части ее длины для сближения токопроводящих жил. Изобретение позволяет устранить влияние процессов протекания тока в проводнике на полезный сигнал. 7 н. и 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле, заключающийся в том, что уменьшают межпроводниковую емкость в токопроводящем кабеле до уровня не более 25 пФ путем разнесения отрицательной и положительной жил в этом кабеле на расстояние не менее 2 см, а затем на части длины этого кабеля осуществляют сближение жил токопроводящего кабеля до выравнивания амплитуд входного и выходного сигналов в этом кабеле.2. Способ повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле, заключающийся в том, что путем увеличения расстояния между отрицательной и положительной жилами токопроводящего кабеля уменьшают межпроводниковую емкость в токопроводящем кабеле и одновременно увеличивают межпроводниковую индуктивность, а также межпроводниковое сопротивление устанавливают равным на разных частотах.3. Способ повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле, заключающийся в том, что путем увеличения расстояния между отрицательной и положительной жилами токопроводящего кабеля до величины не менее 2 см уменьшают межпроводниковую емкость в токопроводящем кабеле до величины не более 25 пФ и одновременно увеличивают межпроводниковую индуктивность до величины не менее 600 Гн.4. Способ повышения качества аудиосигнала в токопроводящем кабеле, заключающийся в том, что уменьшают межпроводниковую емкость в токопроводящем кабеле до уровня не более 25 пФ путем разнесения отрицательной и положительной жил в этом кабеле на соответствующее расстояние, зависящее от площади сечения проводника в соответствии со следующим алгоритмом:

для сечений проводника до 1 мм² - не менее 2 см,

для сечений проводника от 1,1 мм² до 2 мм² - не менее 3 см,

для сечений проводника от 2,1 мм² до 4 мм² - не менее 5 см,

для сечений проводника от 4,1 мм² до 6 мм² - не менее 7 см,

для сечений проводника от 6,1 мм² до 7,5 мм² - не менее 8 см,

для сечений проводника от 7,6 мм² до 9 мм² - не менее 8 см, более 9 мм²

расстояние получают умножением величины площади сечения проводника на 2.