Jak przeprowadzić wiarygodne ślepe testy?

W czasopiśmie „Zrozumieć Elektronikę” oprócz ogólnego materiału wprowadzającego, ukazały się dwa artykuły dotyczące bardzo intrygującego, ale i kontrowersyjnego tematu ślepych testów: pierwszy oraz drugi. Poniższy artykuł jest ich praktycznym uzupełnieniem – zawiera szereg ważnych wskazówek technicznych.

Wszystkie najważniejsze i niezbędne informacje o ślepych testach są zawarte we wspomnianych powyżej artykułach: pierwszym oraz drugim. Przypomnę, że przeprowadzenie rzetelnych i wiarygodnych testów sprzętu audio wymaga spełnienia podstawowych warunków podanych poniżej.

• W trakcie testu cały system audio i program muzyczny powinien być ten sam, a wymieniać należy tylko jeden element, który jest testowany/porównywany.
• Nie powinno być znaczących przerw odsłuchu – należy przełączać szybko.
• Ewentualne dodatki (przystawki) służące do przełączania nie powinny mieć wpływu na dźwięk.

W jakiś sposób trzeba szybko przełączać badane urządzenia lub tory sygnałowe. Ręczne przepinanie kabli nie wchodzi w grę, bo trwa zbyt długo – trzeba wykorzystać jakieś przystawki. W zasadzie można wykorzystać dobre ręczne przełączniki, jednak zdecydowanie lepiej zastosować przekaźniki.

Dlaczego zdecydowanie lepiej?

Przeprowadzając naprawdę wiarygodne testy, po pierwsze powinniśmy jak najmniej ingerować w system. Chodzi o to, że na czas testów do systemu audio dołączamy jakąś przystawkę przełączającą i ta przystawka nie powinna wpływać na parametry tego systemu – powinna być „przezroczysta”.

Wszystko to dlatego, żeby nie było wątpliwości, czy aby przystawka pomiarowa nie zmienia dźwięku.

Świat nie jest idealny, oczywiście wpływu przystawki nie uda się zredukować absolutnie do zera, ale można z powodzeniem i w bardzo prosty sposób ten wpływ tak zredukować, by był marginalny, pomijalnie mały. Najprościej biorąc, można to w prosty sposób osiągnąć, jeżeli szeregowe rezystancje i reaktancje (indukcyjne) przystawki będą znikome, a z kolei równoległe rezystancje i reaktancje (pojemnościowe) upływu muszą być ogromne – pomijalnie duże.

Parametry przystawek do ślepych testów

Biorąc pod uwagę rezystancje i reaktancje w systemach audio, które przenoszą sygnały o częstotliwościach do 20 kHz, powiedzmy maksymalnie do 100 kHz, można na początek bardzo restrykcyjnie przyjąć, że w najbardziej newralgicznych obwodach sygnałowych, pojemności nie powinny być większe niż 10 pikofaradów, a indukcyjności – nie większe niż 1 mikrohenr. Rezystancje szeregowe powinny mieć poniżej 0,1 oma, a równoległe – powyżej 1 megaoma.

To są arbitralnie, przyjęte z zapasem, dotyczące torów sygnałowych wartości graniczne, które nie powinny wywołać żadnych kontrowersji. W praktyce przy wykorzystaniu dobrych przekaźników uzyskane parametry przystawek mogą być i będą zdecydowanie lepsze. A w przypadku torów głośnikowych i zasilania wymagania oczywiście mogą być wielokrotnie łagodniejsze.

Warto przypomnieć, że pojemność 10 pF przy częstotliwości 1 kHz ma reaktancję około 16 megaomów, a przy 20 kHz około 800 kΩ, czyli blisko 1 megaoma. Z kolei indukcyjność 1 mikrohenra przy 1 kHz ma reaktancję nieco ponad 6 miliomów (0,006 Ω), a przy 20 kHz tylko około 0,12 oma. Są to oporności liniowe, więc nie wprowadzą zniekształceń nieliniowych.

W praktyce chodzi o to, żeby wszelkie połączenia przystawki przełączającej, używanej podczas ślepych testów były jak najkrótsze, najlepiej poniżej 10 centymetrów. Tak, w miarę możliwości poniżej dziesięciu centymetrów, bo wtedy nie będą miały wpływu na dźwięk. Jeżeli obsługa przystawki ma być wygodna, trudno byłoby to zrealizować za pomocą zwykłych przełączników. Zastosowanie przekaźników pozwala i skrócić połączenia, i zachować wygodę obsługi przez wykorzystanie sterowania zdalnego. Długości połączeń i jak najmniejsze rozmiary to jedno. Druga bardzo ważna sprawa to wykorzystane styki przełączające i ich właściwości.

Styki w przystawkach pomiarowych

Aby uniknąć wątpliwości na pewno trzeba zastosować klasyczne styki, a nie przełączniki elektroniczne – półprzewodnikowe, które jak wiadomo, mogą wprowadzać pewne zniekształcenia. Jednak nie powinny to być pierwsze lepsze styki. Nie wszyscy wiedzą, że materiał styków trzeba dobrać do wielkości prądów i napięć.

Popularna opinia mówi, że najlepsze są styki złocone. Owszem, złoto ma istotne zalety, przede wszystkim to, że w normalnych warunkach nie utlenia się. Złocone gniazda i wtyki powinny być standardem wszędzie tam, gdzie to tylko możliwe.

Teraz jednak rozpatrujemy nie ogólne właściwości złota, tylko konkretne parametry styków w przełącznikach, a przede wszystkim styków w przekaźnikach. Otóż w przekaźnikach, gdzie często przełączane są znaczne napięcia i duże prądy, generalnie NIE STOSUJE się styków złoconych.

Problem w tym, że przy rozłączaniu (podczas przerywania przepływu prądu) wskutek istnienia nieuchronnych indukcyjności występują przepięcia – iskrzenie styków. Każda iskra to powstanie łuku elektrycznego – plazmy o bardzo wysokiej temperaturze. Najprościej biorąc, wysoka temperatura łuku (plazmy) może roztapiać, a nawet powodować parowanie metalu, z którego zbudowane są styki. I właśnie złoto jest nieodporne na takie niszczące procesy.

Dlatego styki dla większych napięć i prądów nie zawierają złota, tylko inne metale i ich stopy, które są dużo bardziej odporne na wypalanie przez łuk elektryczny. Złocone styki przekaźników zwykle mają prąd maksymalny rzędu 1 ampera, niektóre mniej, a tylko nieliczne więcej (o czym za chwilę).

Najprościej biorąc, styki dużej mocy są odporne na wypalanie, ale mają inną istotną wadę: zwykle są zbudowane z metali nieszlachetnych (np. cyny, kadmu, niklu, wolframu pomijając srebro, rod, pallad i platynę) i ich powierzchnia pokrywa się cieniuteńką warstewką tlenków, które zwykle słabo lub w ogóle nie przewodzą prądu elektrycznego.

Warstewka tlenku jest cieniutka i łatwo ulega przebiciu już przy napięciach rzędu kilku woltów. Ale może nie ulec przebiciu przy napięciach rzędu 1 wolta, czyli w przypadku audio – przy sygnałach liniowych. Tego problemu nie ma, gdy styki są złocone – wtedy nie ma tlenku, więc złocone styki nadają się do przełączania małych sygnałów.

Krótko mówiąc, w obwodach głośnikowych należy stosować styki (przekaźniki) przeznaczone do dużych prądów, natomiast w obwodach sygnałowych koniecznie trzeba zastosować styki złocone.

Konfiguracje pomiarowe

Przystawka testowa ma umożliwić włączenie w tor audio jednego z dwóch badanych urządzeń, ale do niektórych ślepych testów nie wystarczy jeden uniwersalny przełącznik, ani nawet para przełączników.

Wydawałoby się, że szybkie przełączanie powinno być zrealizowane według oczywistej idei z rysunku 1.

W praktyce warto wykorzystać nieco inne rozwiązanie, gdy wejścia testowanych bloków są połączone na stałe, a przełączane są tylko wyjścia według rysunku 2. Mogą to realizować styki przekaźnika albo zwyczajny przełącznik ręczny.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze marcowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 3/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 3/2024 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery mam wysłać na podany adres e-mailowy.