Skin efekt existuje

Je pojem „skin efektve světě audiofilů pouze „woo-doo klam“, nebo má skin efekt, který byl popsán v roce 1892 J.C.Maxwellem skutečně vliv na reprodukci hudby? Kde je pravda?

Slavný vynálezce Nikola Tesla již v roce 1884 využíval skin efektu ke svým poutavým show, kde přes své tělo nechával protékat elektrický proud, sršely z něj blesky a holýma rukama rozsvěcoval trubice plněné vzácnými plyny. Pomocí Teslova transformátoru demonstroval svému publiku v té době nevídané možnosti přenosu elektrické energie. Jak je možné, že elektrický proud Teslu nezabil? Právě díky skin efektu. Teslův transformátor je vysonapěťový vysokofrekvenční generátor, proud tak díky vysoké frekvenci v řádech stovek KHz tekl jen po povrchu jeho těla. Dodnes využívají někteří iluzionisté skin efektu s Teslovým transformátorem při svých velkolepých show.(http://www.highvoltagemagic.cz)

Co je to skin efekt?

Skin efekt (povrchový jev) je fyzikální děj, při kterém dochází k vytlačování elektrického proudu k povrchu vodiče. Elektrický střídavý proud(I) procházející vodičem uzavírá kolem sebe siločáry magnetického toku (H), které v něm tvoří vířivé proudy(Iw). Vířivé proudy mají blíže ke středu vodiče opačný směr než původní elektrický proud a proto se odečítají. Blíže k povrchu vodiče jsou směry souhlasné, tudíž se vířivé proudy sčítají. Nejvíce se skin efekt uplatňuje u plného kruhového průřezu vodiče, lanko (spletení více tenkých vodičů), nebo plochý průřez vliv vířivých proudů omezuje. Při kmitočtu přenosové soustavy 50 Hz u měděných vodičů nepřesahuje skin efekt ztráty větší než 1 %.

Skin efekt je tím větší, čím je větší:

  • frekvence proudu
  • průřez vodiče
  • vodivost materiálu vodiče
  • relativní permeabilita vodiče

Kde se skin efekt v audio technice uplatňuje?

Tam, kde tečou velké střídavé proudy. Od proudového zdroje zesilovače, přes zesilovací prvek tranzistoru, nebo elektronky až do reproduktoru. Nejvíce se tedy skin efekt uplatňuje u reproduktorových kabelů vzhledem k jejich délce. I když někteří výrobci nedbají na vzdálenost a kvalitu kabelů uvnitř reproduktorových soustav (vzdálenost mezi svorkami a reproduktorovým měničem), délka propojovacích reproduktorových kabelů je zpravidla několika násobně větší, má tedy i větší vliv.

Podle studie Malcolma Ravena z roku 2015, se skin efekt rozhodně uplatňuje i na nízkých frekvencích. Autor v ní porovnává teoretické předpoklady se skutečným měřením impedance měděného, hliníkového a mosazného drátu a měděného lanka o průřezu 0,5 a 4mm na frekvencích od 100Hz do 1MHz. Konstatuje, že výsledky měření jsou srovnatelné s teoretickým předpokladem a uplatňují se i na slyšitelných frekvencích do 20KHz.

Má u reproduktorového kabelu skin efekt zásadní vliv?

Vliv ano, ale zásadní určitě ne. Z pohledu čistě elektrického zapojení audio řetězce (zesilovač –  kabel – reproduktor) má každá z těchto součástí své parazitní (nechtěné) vlastnosti. Nejjednodušší z nich – kabel je má samozřejmě také. Bedlivý čtenář (elektrotechnik) ví, že každý kabel má jako hlavní parazitní vlastnost elektrický odpor, který je závislý také na teplotě. Tato parazitní vlastnost není však jediná. Reproduktorový kabel se skládá ze dvou izolovaných vodičů. Jedním teče proud směrem k reproduktoru, druhým se proud vrací opačným směrem. Jsou tedy ovlivňovány vzájemnou indukčností, která se uplatňuje jako druhý parazitní vliv hned po rezistivitě. Mezi vodiči se také uplatňuje vzájemná kapacita. Jako elektrické náhradní schéma kabelu lze tedy uvažovat zapojení dvou rezistorů (impedancí), které mají mezi sebou také indukční a kapacitní vazbu.

Závěr z praxe

Na vysoce citlivých reproduktorových soustavách jsou rozdíly v technologiích výroby kabelů slyšitelné. Je to však jen jedna součást celého audio řetězce, ve kterém nejpodstatnější roli hraje často opomíjená akustika poslechového prostoru. O té ale zase až příště.



[DISPLAY_ULTIMATE_PLUS]

 

Odkazy:

http://www.highvoltagemagic.cz/
https://cs.wikipedia.org/wiki/Skin_efekt
Malcolm Raven
http://www.audioholics.com/audio-video-cables/skin-effect-relevance-in-speaker-cables