Αποστολή στην Siltech: Η επιστήμη πίσω από τα καλώδια ή the last meter of the last mile

Στον χώρο του high-end audio, η ποιότητα του ήχου εξαρτάται όχι μόνο από τα ηχεία και τους ενισχυτές, αλλά και από τις λεπτομέρειες του καλωδιακού συστήματος. Η γεωμετρία, η θωράκιση και οι ακροδέκτες (βύσματα) των καλωδίων παίζουν καθοριστικό ρόλο στην απόδοση του ήχου.

Είχαμε την ευκαιρία στο εργοστάσιο της Siltech να συνομιλήσουμε με τον κ. Sheng Zhou που είναι “Senior Research And Development Engineer” της εταιρείας με εξειδίκευση στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές που αυτή την εποχή ερευνά την κατανόηση και την αντιμετώπιση του φαινομένου crosstalk, δηλαδή της ανεπιθύμητης αλληλεπίδρασης μεταξύ σημάτων που μεταφέρονται από καλώδια.

O κ. Sheng Zhou μας παρουσίασε τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ καλωδίων ηχείων και ρεύματος, με στόχο τη βελτιστοποίηση της ακουστικής απόδοσης μέσω μείωσης του φαινομένου crosstalk. Παρουσιάζονται προσομοιώσεις, μετρήσεις και σχεδιαστικές λύσεις που ενσωματώνονται σε παθητικές συσκευές και καλώδια υψηλής πιστότητας.

Στην αρχή εστιάζαμε στο πόσο σημαντικό είναι τα καλώδια να είναι συνεστραμμένα μας εξήγησε ο κ. Ο κ. Sheng Zhou, αλλά μέσα από προσομοιώσεις ολόκληρου του καλωδίου, από την αρχή ως το τέλος.

Ανακαλύψαμε ότι ο περισσότερος θόρυβος προέρχεται από τις άκρες (κοπές) των καλωδίων. Το στρίψιμο βοηθά στην ακύρωση του μαγνητικού πεδίου, γι’ αυτό και είναι απαραίτητο.

Ακόμα και στον σχεδιασμό των ηχείων μας, προσπαθούμε να «στρίβουμε» τα καλώδια όσο περισσότερο γίνεται για να περιορίσουμε τον θόρυβο. Ωστόσο, στο τέλος (στις άκρες, εκεί που είναι κομμένο το καλώδιο), πάντα υπάρχουν τμήματα με παράλληλους αγωγούς, κάτι που δεν μπορεί να αποφευχθεί. Εκεί βρίσκεται και το τερματικό (βύσμα), το πιο θορυβώδες σημείο κάθε καλωδίου.

Για να μειωθεί αυτός ο θόρυβος στις άκρες ενός καλωδίου, χρησιμοποιούμε διαφορετικά υλικά, συνδέσμους και θωρακίσεις. Στην Siltech κατασκευάζουμε τα δικά μας βύσματα σχεδόν σε όλα τα μοντέλα, χρησιμοποιώντας μονοκρυσταλλικό ασήμι, το ίδιο υλικό που χρησιμοποιούμε και στον αγωγό. Ακόμη και οι ακίδες των βυσμάτων ακολουθούν την ίδια φιλοσοφία.

Η σύνδεση εκεί είναι κρίσιμη, καθώς έχουμε δει σε δοκιμές ότι η χρήση κακής ποιότητας υλικών, όπως οι μπανάνες, οδηγεί σε απώλεια επαφής και παραμορφώσεις στον ήχο. Συχνά, όταν μετράμε ένα ηχείο και παρατηρούμε παραμόρφωση, δεν φταίει ούτε ο πυκνωτής ούτε η αντίσταση του κροσόβερ, αλλά οι συνδέσεις (τα βύσματα).

Προχωρήσαμε σε πιο σύνθετες προσομοιώσεις για να δούμε πώς επηρεάζει ένα καλώδιο ρεύματος τα καλώδια των ηχείων. Παρατηρήσαμε ότι δημιουργείται μαγνητικό πεδίο γύρω από τα καλώδια όσο καλά μονωμένα κι αν είναι.

Οι μετρήσεις μας είναι αντικειμενικές, αν και οι audiophiles συχνά λένε ότι δεν μπορείς να μετρήσεις την ποιότητα του ήχου. Εμείς δείχνουμε ότι μπορούμε!

Το φαινόμενο αυτό δεν είναι μια απλή ακτινοβολία, αλλά μοιάζει περισσότερο με «επικοινωνία» μεταξύ των καλωδίων. Λες και θέλει το ένα καλώδιο θέλει να “συνομιλήσει” με το άλλο. Τα καλώδια ηχείων αντιδρούν στο μαγνητικό πεδίο που δημιουργούν τα ίδια, με αποτέλεσμα να επιρρεάζονται μεταξύ τους. Αυτό είναι το φαινόμενο του crosstalk.

Αν και το crosstalk δεν μπορεί να εξαλειφθεί πλήρως, μας είπε ο κ. Sheng Zhou, προσπαθούμε να το μειώσουμε. Ακόμα και αν είναι συνεστραμμένα τα καλώδια, υπάρχουν τα ηλεκτρονικά κυκλώματα και οι πλακέτες (π.χ. του ενισχυτή) που δημιουργούν περιοχές διαρροής. Έτσι, διαπιστώσαμε ότι το crosstalk μεταξύ των καλωδίων δεν είναι η κυρίαρχη πηγή του προβλήματος.

Το μεγαλύτερο πρόβλημα βρίσκεται στον ενισχυτή. Έτσι, σχεδιάσαμε μια συσκευή (παθητική διάταξη) που τοποθετείται ανάμεσα στον ενισχυτή και στο ηχείο ηχείων. Μπορεί να τοποθετηθεί εξωτερικά ως ξεχωριστό εξάρτημα ή να ενσωματωθεί μέσα στο καλώδιο. (δες παραπάνω φωτογραφία, η συσκευή είναι ακόμη σε εργαστηριακή μορφή).

Η ιδέα είναι ότι σε ένα στερεοφωνικό σύστημα, ακόμα κι αν βάλουμε σε mute (ή κλείσουμε) το δεξί κανάλι, το δεξί ηχείο συνεχίζει να παράγει κάποιο ήχο λόγω του crosstalk από το αριστερό. Η συσκευή αυτή που δημιουργήσαμε έχει ένα ρυθμιστικό για να ελαχιστοποιούμε το φαινόμενο crosstalk για να βελτιώσουμε τη στερεοφωνική εικόνα και γενικά το ήχο που φθάνει στα αυτιά μας.

Η ρύθμιση γίνεται είτε με το αυτί είτε με ειδικό όργανο μέτρησης που δείχνει πόσο σήμα «διαρρέει» από το ένα κανάλι στο άλλο. Όταν το crosstalk μειωθεί στο ελάχιστο, τότε έχουμε το ποθητό αποτέλεσμα.

Στις δοκιμές μας, παρατηρήσαμε ότι η μείωση του crosstalk κατά 3-4 dB, και σε κάποιες περιπτώσεις έως και 10 dB, είναι σημαντική στον ήχο που ακούμε. Το φαινόμενο αυτό δεν αφορά μόνο τα στερεοφωνικά συστήματα, αλλά και τα πολυκάναλα home cinema, όπου η διαχείριση του crosstalk γίνεται ακόμα πιο κρίσιμη. Η συσκευή που ανέπτυξε η Siltech μπορεί να προσφέρει λύση και σε αυτές τις περιπτώσεις, βελτιώνοντας την ακρίβεια και την καθαρότητα του ήχου σε κάθε απαιτητικό σύστημα.

Για τις μετρήσεις παίζουμε πραγματική μουσική και αναλύουμε ολόκληρο το κομμάτι, όχι απλώς σήματα ή sweep συχνοτήτων από γεννήτριες.

Μια άλλη έρευνα που κάνουμε είναι η ανάλυση του φάσματος. Δεν ακούμε απλώς τη μουσική, αλλά την “χρησιμοποιούμε” για να παρατηρούμε στον χώρο των συχνοτήτων. Την χρησιμοποιούμε δηλαδή για μετρήσεις! Για παράδειγμα, αν δούμε κόκκινο χρώμα (με την βοήθεια ενός ειδικού λογισμικού) σε ένα σημείο, αυτό σημαίνει ότι ο “κακόβουλος” ήχος προέρχεται κυρίως από εκεί. Αν δούμε ένταση στο 1ΚHz, ξέρουμε ότι εκεί υπάρχει έντονη δραστηριότητα.

Αναπτύξαμε μια μέθοδο ανάλυσης που μπορεί να ανιχνεύσει ακόμη και τις τάχυστες αλλαγές στον ήχο, κάτι που η παραδοσιακή ανάλυση Fourier δεν μπορεί να κάνει. Η χρονική ανάλυση εδώ είναι πολύ πιο υψηλή. Για παράδειγμα, εδώ έχουμε ανάλυση στα 50 χιλιοστά του δευτερολέπτου, κάτι που είναι πολύ πιο λεπτομερής από το συνηθισμένο.

Κάναμε μετρήσεις ακόμη και σε ηχεία που κατασκευάσαμε [εννοεί τα νέα ηχεία Sphinx που κυκλοφόρησε τελευταία η Siltech], συγκρίνοντας τα με άλλα εμπορικά μοντέλα. Δώσαμε το αρχικό μουσικό σήμα από streamer και καταγράψαμε την έξοδο από τα ηχεία. Μετά συγκρίναμε τα μοτίβα του ήχου. Όσο πιο κοντά είναι το μοτίβο στην αρχική μουσική, τόσο καλύτερο είναι το ηχείο.

Για παράδειγμα, βλέπουμε ότι το δικό μας ηχείο ταυτίζεται πολύ περισσότερο με το αρχικό σήμα απ’ ό,τι άλλα ηχεία. Στα άλλα ηχεία υπάρχουν ήχοι που δεν θα έπρεπε να υπάρχουν. Αυτές οι μετρήσεις δεν έγιναν με εργαστηριακά όργανα της αγοράς, αλλά με δική μας μεθοδολογία και λογισμικό.

Χρησιμοποιούμε μικρόφωνο τοποθετημένο στη θέση του ακροατή. Όσο διατηρείς την ίδια θέση, μπορείς να συγκρίνεις αποτελέσματα. Για τον έλεγχο αυτό παίζουμε πραγματική μουσική και αναλύουμε ολόκληρο το κομμάτι, όχι απλώς σήματα ή sweep συχνοτήτων από γεννήτριες. Με αυτόν τον τρόπο εξάγουμε αριθμούς που περιγράφουν τον μουσικό χαρακτήρα, όπως στα μουσικά όργανα.

Συγκρίνουμε αυτούς τους αριθμούς με το αρχικό αρχείο ήχου (wave file, 48kHz). Όσο πιο κοντά είναι οι τιμές, τόσο καλύτερο το σύστημα. Οι μετρήσεις μας είναι αντικειμενικές, αν και οι audiophiles συχνά λένε ότι δεν μπορείς να μετρήσεις την ποιότητα του ήχου. Εμείς δείχνουμε ότι μποούμε.

Αν μετρήσεις μόνο την απόκριση συχνότητας, όλα τα ηχεία φαίνονται τέλεια. Αλλά αν χρησιμοποιήσεις πραγματική μουσική για μέτρηση, βλέπεις τις διαφορές. Υπάρχει πολύ πληροφορία στον χρόνο που δεν φαίνεται στην απλή φασματική ανάλυση.

Χρησιμοποιούμε καλό μικρόφωνο και δική μας μέθοδο. Το λογισμικό είναι δικής μας ανάπτυξης. Η μέτρηση γίνεται σε 360°, από τη θέση του ακροατή. Όσο διατηρείς σταθερές τις συνθήκες, μπορείς να συγκρίνεις.

Κάναμε επίσης συγκρίσεις με διαφορετικούς πυκνωτές στα φίλτρα (crossover). Μετρήσαμε διαφορές ακόμα και στα καλώδια, είτε μέσα στο ηχείο είτε στα καλώδια σύνδεσης με τον ενισχυτή. Υπάρχουν μετρήσιμες διαφορές, αλλά δεν είναι πάντα εύκολο να τις συνδέσεις με την ακουστική απόδοση. Έχεις δεδομένα, αλλά δεν είναι πάντα εύκολο να τα ερμηνεύσεις.

Για παράδειγμα, αν με ρωτούσες -μας είπε ο κ. Sheng Zhou- να τα αξιολογήσω, θα έλεγα ότι το τάδε καλώδιο αποδίδει καλύτερα σε αυτή την περιοχή συχνοτήτων. Το άλλο είναι καλύτερο σε αυτή την περιοχή, ενώ ένα άλλο είναι καλύτερο, ας πούμε, στις πολύ υψηλές συχνότητες.

Τώρα η έρευνά μας είναι να αναπτύξουμε ένα interconnect που να πλησιάζει όσο το περισσότερο δυνατό το αρχικό μουσικό σήμα.