Zakręcona technologia firmy CARDAS Audio

Cardas to firma znana i lubiana. Ktokolwiek interesuje się sprzętem audio musiał gdzieś - choćby przypadkiem - trafić na jakiś jej produkt. Na stronie internetowej nie znajdziemy pompatycznego opisu jak to pradziadek właściciela wyciągał w garażu miedziany drut na czym dorobił się milionów.

W audiofilskich dyskusjach często daje się słyszeć spory o wyższości jednych kabli nad innymi. Siła poezji w tym wymiarze osiąga często swoje paranoiczne apogeum i niebezpiecznie zbliża się do tematów politycznych. Zwolennicy jednej marki twierdzą, że ich kable bez trudu połykają inne - i to razem z wtykami i oplotem. Podczas gdy inni relacjonują sytuacje, w których te pierwsze obezwładniły te znacznie droższe i grubsze szykując się do kolejnej audiofilskiej uczty... znacie to prawda?

Kilka akapitów historii

Kiedy jeszcze w XIX wieku przesył danych był w powijakach, a współczesna fizyka dopiero się kształtowała, wykorzystywane były przewody izolowane papierem. Niestety, ich parametry nie pozwalały na przesyłanie sygnału na duże odległości. Przełomem był rok 1904, gdy jegomość nazywający się Michael Pupin wygrał, organizowany przez firmę AT&T konkurs na poprawę parametrów transmisji. Jego rozwiązanie opierało się na zastosowaniu cewek na pewnych określonych długościach przewodów. Miało to na celu dopasowania propagacji sygnału w przewodniku do wolniejszej propagacji w dielektryku. Tutaj w ramach wyjaśnienia wtrącę, że różnica tych prędkości potrafiła przy dużych długościach przewodu wprowadzić tak duże zakłócenia, że sygnał na odbiorniku nie przypominał już ani trochę tego, co zostało nadane.

Jak nietrudno się domyśleć, takie rozwiązanie było niezwykle prymitywne, choć niewątpliwie skuteczne. Do 1956 nie wydarzyło się nic nadzwyczajnego, ale własnie w tym roku nastąpił pewien przełom. Po raz pierwszy użyto pary ogromnych, niekierunkowych kabli współosiowych z izolatorem z polimeru. Umieszczono je w sztywnych, miedzianych rurach. Mogły one przesyłać 48 linii o paśmie 3 kHz na dystans ponad 2.200 km ze Szkocji do Nowej Szkocji, używając prawie 100 repeaterów. Zanim ta technologia trafiła pod strzechy, musiało minąc trochę czasu, więc lokalne sieci telefoniczne nadal używały cewek. Na krótkie dystanse używano cewek, wzmacniaczy i filtrów, dłuższe transmisje przesyłane były cyfrowo.

W latach 60-tych ubiegłego wieku, audio zaczęło ustanawiać swoje własne standardy. Stratne linie zbalansowane 600 Ohm zostały porzucone nawet przed pojawieniem się stereo, a urządzenia tranzystorowe w latach 70-tych oferowały znacznie mniejszą impedancję wyjściową, niż urządzenia lampowe. Systemy kabli o minimalnej impedancji stały się uniwersalne. bardzo efektywne, ale oferujące słabe lub żadne tłumienie rezonansów w przewodach. Jakość sygnału została utracona, a winą za to obciążono sprzęt tranzystorowy. W rzeczywistości urządzenia tranzystorowe były tylko częścią skomplikowanego problemu. System kontroli rezonansów w kablach został zaniechany w dążeniu do prostoty, kompatybilności komponentów, większej dynamiki i ekonomii konstrukcji. Źródłem jasnego, męczącego dźwięku, było echo dni minionych, ponieważ zapomnieliśmy o kablach!

Kable w audio

Rozwój technologii opartej na tranzystorach tylko powiększył ilość problemów. W latach 70-tych XX wieku zauważono, że kable są w jakimś stopniu odpowiedzialne za jakość dźwięku i czas ten to początek licznych eksperymentów, których celem było z jednej strony odkrycie praw regulujących te zależności, z drugiej zaś wynalezienie materiałów, które zadowoliły by ówczesnych konstruktorów sprzętu audio.

Lata 80-te to początek erupcji pomysłów. Prace badawcze nad kablami dość szybko udowodniły wpływ podstawowych zależności pomiędzy przewodnikiem a dielektrykiem. Urozmaicono ilość surowców, z których produkowano drut oraz wynaleziono nowe geometrie, nowe sposoby izolacji, takie jak indywidualnie izolowanie w kablach typu Litz, eksperymentowano ze splotami i różnymi kształtami przewodników. Zaczęto także stosować jako przewodnik węgiel, a jako izolator - powietrze.

W efekcie wpływ dielektryka został zredukowany, a geometria kabla ewoluowała. W latach 90-tych badano powiązania rezonansów z metalami i dielektrykami, mikrofonowanie, prądy wirowe i wiele innych zagadnień pracy kabla. Do roku 2000 większość kart była już na stole. Główni gracze byli zajęci produkowaniem kabli na pełna skalę.

Obecnie nasza wiedza jest na nowym poziomie. Asymetryczny sposób ładownia i rozładowywania ładunku w dielektrykach powoduje niewielkie zniekształcenia subtelnych sygnałów, pływanie poziomu stałego, szum podczas transjentów i rozmywanie mikro-informacji. Jest także odpowiedzialne za ISI (Inter Symbol Interference) i jitter. Właśnie dlatego stałe dielektryczne wydają się zmieniać wraz z częstotliwością. Jest to najbardziej podstawowy problem, który musi zostać rozwiązany w konstrukcji kabla.

Prędkość propagacji w pełnych przewodnikach i wiązkach wynosi 127% prędkości najlepszych izolatorów. To w jaki sposób zrównoważy się różnice jest kluczem do jakości kabla. Proste redukowanie wpływu dielektryków czy dołączenie cewek na końcu kabla nie jest rozwiązaniem. Dobierając prędkość sygnału w przewodnikach do stałej dielektrycznej, rezonanse i zniekształcenia sygnału można wyeliminować, bez redukcji pasma czy dynamiki w kablach obciążonych sygnałami okresowymi, wyeliminować można też odbicia i zniekształcenia w kablach nieobciążonych. Sygnał w kablu może być przedstawiony jak łódź wpływająca do kanału z dużą szybkością. Na początku łódź tnie powierzchnię wody tworząc duże turbulencje. Gdy zaczyna zwalniać generuje łagodną falę (ładunek wbudowany w dielektryk), a gdy prędkość łodzi osiągnie prędkość fali, turbulencje zanikają. Łódź może teraz podróżować z prędkością fali nie tworząc turbulencji. Prędkość ta jest prędkością propagacji fali w wodzie. Dobranie prędkości propagacji przewodnika do stałej dielektrycznej, pozwala na zbudowanie kabla, który zachowuje czysty, z naturalnymi harmonicznymi, niezniekształcony sygnał.

Zadziwiające jak działa uwaga człowieka. Potrafimy zignorować duże zniekształcenia sygnału basowego i zniekształcenia wprowadzane przez zwrotnice, a zauważamy bardzo małe sygnały przez przejrzyste okna systemu. Detale na poziomie -60dB względem podstawowego sygnału są nadal istotne, detale te silnie zależą od jakości zastosowanego kabla.

Ślimak Cardas

Cardas to firma znana wszystkim. Jako jedna z niewielu nie ma na stronie pompatycznego opisu jak to pradziadek właściciela ciągnął drut (moi drodzy, ciągnienie drutu to proces technologiczny, bez uśmieszków pod nosem proszę) w szopie sąsiada szwagra i na tym dorobił się milionów.

Co czyni ich przewody tak dobrymi? Cardas oferuje nam przede wszystkim technologię. Przeglądając ofertę, warto zwrócić uwagę na to, że każdy kabel posiada adnotację wskazującą, jakia technologia została użyta do tego konkretnego produktu. Po przejrzeniu kilku z nich widać, że to naprawdę pokręcone przewody.

Złota spirala – szczególny przypadek spirali logarytmicznej, w której współczynnik b jest stałą zależną od φ (gdzie φ jest „złotą liczbą”). Cechą charakterystyczną złotej spirali jest to, że co 90° jej szerokość zwiększa się (lub zmniejsza) dokładnie φ razy. Na jej podstawie powstał tak zwany ciąg Fibonaciego, w którym pierwsza wartość jest równa zeru, druga jest równa 1, a każda następna jest sumą dwóch poprzednich.

Pierwszy punkt: dopasowana propagacja. Fakt, że prędkość propagacji fal elektromagnetycznych jest różna w przewodnikach i dielektrykach (o około 22% mniejsza w tych drugich), powoduje zanik detali o niskim natężeniu w dźwięku. Cardas postanowił zatem skręcić indywidualnie izolowane przewodniki. Mamy tu do czynienia z rozwinięciem rozwiązania typu litz. Dzięki temu uzyskujemy mniejszy wpływ przewodu na fazę sygnału, oraz redukujemy rezonanse. Złota zasada numer jeden Cardasa wskazuje jaki skok i sposób skręcania kolejnych warstw pozwala zniwelować te efekty.

Punkt drugi: czystość przewodnika. Kiedy pojawiające się na rynku nowe fabryki, zaczęły stosować szybsze i tańsze metody robienia miedzianego drutu, tradycyjne metody zaczynały znikać, a z nimi zaczęła zanikać jakość. Niezadowolony ich jakości Cardas, kupił jeden z upadających zakładów wykorzystujących stare, tradycyjne metody. Następnie eksperymentując z prędkością ciągnienia drutu i atmosferą w jakiej to się odbywa, udało mu się uzyskać niezwykle czysty i doskonały przewodnik. Pomysł na tak jednorodną miedź nie wziął się znikąd. Naprowadziły go na to dwa wydarzenia: Najpierw skontaktował się z nim ktoś szukający przewodów do niezwykle dokładnych pomiarów napięcia stałego. Zanieczyszczenia w miedzi potrafiły przekłamywać wyniki. Drugą wskazówką był problem z przewodnictwem ciepła w miedzi o niejednorodnej i  zanieczyszczonej budowie. Ze względu na zanieczyszczenia pojawiają się różnice w polu magnetycznym. One z kolei wywołują powstawanie prądów Eddy'ego, które zakłócają sygnał.

Każdy przepływ prądu zmiennego przez przewodnik powoduje swoiste drgania. Pozwolę sobie zacytować, że „przewodnik drży jak struna gitary”. Jeżeli mamy więcej takich strun wiele - ich wspólny ton się potęguje, a następnie wręcz moduluje, zwiększając jeszcze bardziej oddziaływanie na sygnał przezeń przepływający. Tu na ratunek przychodzi złota proporcja: 1:1,6180… znana jako ciąg Fibonacciego. Dzięki zastosowaniu jej w rozmiarach żył, Cardas niweluje rezonanse i wpływ jednego przewodnika na drugi. Przewodnik z wielu żył, w którym każda indywidualna żyła nie dzieli rezonansu z pozostałymi, a odpowiednie ich ułożenie względem siebie pozwala niwelować szum który wytwarzają, w rezultacie pozwala uzyskać niezniekształcony sygnał.

Niby prosty kabel, a tyle technologii. To co napisałem dotyczy głównie interkonektów. Drugie tyle możemy znaleźć na temat przewodów głośnikowych. Szczególnie spodobał mi się filmik pokazujący wnętrze zagniecionego wtyku widełkowego. Nie można dostrzec różnicy między miedzią wtyku, a miedzią przewodu. Imponujące. Zapraszam was do zajrzenia na tę stronę firmy Cardas - jest po prostu fascynująca.