Lutowanie kabli – Zrób to sam

W obecnej sytuacji z uwagi na pandemię, być może część z Was ma trochę więcej czasu na majsterkowanie. Postanowiłem przygotować ten poradnik dla wszystkich, którzy chcą zaczerpnąć wiedzy w zakresie prac serwisowych dotyczących okablowania, prostych prac serwisowych sprzętu i stworzenia własnych koncepcji np. stageboksów, powerboksów, które z powodzeniem będzie można użyć na scenie lub w domowym studio. W pierwszej części poradnika rozpoczniemy od zapoznania się z podstawowymi rodzajami przewodów oraz złącz używanych w branży pro audio, żeby następnie przejść do prostych połączeń lutowanych i skręcanych oraz „zaciskanych”. To pomoże Wam przygotować własne okablowanie instrumentalne, mikrofonowo-sygnałowe, sieciowe oraz kable głośnikowe i zasilające dla swoich potrzeb. Postaram się, żeby w artykułach było więcej praktycznych wskazówek, a mniej samej teorii, ale najpierw jednak przyda nam się garść wiedzy.

Umiejętność przygotowania własnego okablowania ma sporo zalet.

Zalety własnego okablowania
Umiejętność przygotowania własnego okablowania daje sporo zalet. Porządek i estetyka – to przede wszystkim. Począwszy od możliwości przygotowania właściwych długości kabli (przykładowo na biurku) od interfejsu audio do monitorów studyjnych oraz innych urządzeń, czy zrobienia odpowiednich długości kabli do urządzeń rozmieszczonych na scenie. W razie jakiejkolwiek usterki przewodu możemy ją zlokalizować i naprawić. Tej możliwości nie mamy w przypadku złącz „zalewanych”. Umiejętność lutowania docenią także gitarzyści, którzy często używają kilku kabli pomiędzy gitarą, pedalboardem i wzmacniaczem np. do wejścia wzmacniacza oraz do wysyłki i powrotu efektów, a także wykorzystują króciutkie połączenia typu jack-jack pomiędzy efektami w „podłodze”. Kolejną zaletą jest możliwość „znakowania” swoich kabli za pomocą drukowanych rurek termokurczliwych, czy korzystając z gotowych rozwiązań typu pierścienie z numerkami lub napisami już w trakcie samego montażu okablowania. W zaawansowanej opcji można także skorzystać z grawerowania laserowego na złączach i rurkach termokurczliwych. Umiejętność obróbki okablowania i lutowania pozwala także stworzyć w następstwie bardziej zaawansowane „produkty” takie jak stageboksy, powerboksy, panele audio, splittery itp. Właściwie to potem liczyć się będzie wyłącznie Wasza kreatywność.

Zanim przystąpimy do pracy warto zadbać o odpowiednie narzędzia i akcesoria.

Co będzie potrzebne?
Do pracy z podstawowym okablowaniem będzie potrzebne kilka akcesoriów i urządzeń takich jak: lutownica (transformatorowa dla bardziej zaawansowanych lub punktowa dla początkujących), gąbeczka do wyczyszczenia grotu, kalafonia, spoiwo lutownicze (polecam stop bezołowiowej cyny z 4% dodatkiem srebra Sn96Ag4, który bez problemu znajdziemy na popularnym serwisie z zakupami) lub cyna z topnikiem (dla początkujących), odsysacz do cyny, mini szczypce, ściągacz izolacji do obróbki kabla oraz nożyczki. Przyda się także tzw. „trzecia ręka” – urządzenie, do którego zamontujemy poszczególne elementy podczas lutowania. Natomiast do skręcania złącz głośnikowych typu speakon oraz prądowych typu powercon dodatkowo potrzebny będzie wkrętak – najlepiej z oznaczeniem PZ1. Dla niepewnych swojej precyzji przydadzą się dla bezpieczeństwa także okulary ochronne do lutowania i przycinania.

Ważny jest wybór odpowiednich komponentów

Wybór komponentów
Obecnie na rynku mamy mnóstwo dobrych producentów przewodów oraz złącz audio, więc jest w czym wybierać. Przestrzegam jednak przed „chińskimi” wyrobami, które są często niskiej jakości, co bezpośrednio wpływa na trwałość naszego gotowego wyrobu, a także komfort pracy. Złącza, które są produkowane ze słabej jakości tworzyw, są bardziej podatne na topienie się elementów. W zakresie okablowania audio dobrymi producentami są Klotz, Cordial, Sommer Cable, ale także nasz rodzimy Bitner, który ma bardzo szeroką ofertę przewodów. Jeśli chodzi o złącza w prostych połączeniach typu XLR, jack, RCA, czy speakon, to uważam, że warto zaufać markom Neutrik, Hicon, czy Amphenol. Oczywiście od Was zależy, co wybierzecie lub co też macie w swoich zasobach – warto będzie użyć ich w trakcie rozpoczęcia przygody z lutowaniem i nauki. Do wyboru mamy złącza tzw. proste, ale także kątowe, które mogą się sprawdzić w różnych sytuacjach, np. w trakcie obszywania sygnałowego racka z urządzeniami, gdzie złącza mają być wpięte na stałe i umożliwi to swobodne zamknięcie klap case’a.

Ze względu na zastosowanie kabli możemy je podzielić na kilka kategorii

Rodzaje kabli i rodzaje złącz
Ze względu na zastosowanie kabli możemy je podzielić na kilka kategorii:

Kable do połączeń niesymetrycznych – tzw. instrumentalne, np. pomiędzy gitarą i wzmacniaczem, czy pomiędzy instrumentem klawiszowym i di-boksem. W tym wypadku zastosujemy przewód instrumentalny do transmisji sygnałów niezbalansowanych, z ekranem i jedną żyłą. Najczęściej będą to kable typu jack-jack (TS, mono, a także stereo rozdzielone na dwa kanały) lub ze złączami typu RCA (tzw. cinch). Wraz z wzrostem długości kabla musimy się liczyć ze spadkiem jakości sygnału, z uwagi na podatność takiego przewodu na zakłócenia. W skrócie, im dłuższy przewód instrumentalny tym niższa jakość dźwięku – najmocniej jest to słyszalne w spadku wyższych częstotliwości. Dlatego lepiej użyć kabla do gitary o długości 3-4,5 m zamiast 10 czy 15 m. Warto wspomnieć w tym miejscu o ciekawych rozwiązaniach, jakie oferuje nam firma Neutrik, w postaci tzw. silent plug. To wtyk, który nie będzie „strzelał” w trakcie podłączania i rozłączania instrumentu np. gitary elektrycznej. Drugim ciekawym rozwiązaniem jest timbre plug, który oferuje zmianę barwy brzmienia gitary. Warto sprawdzić działanie tego złącza jako ciekawostkę dla gitarzystów. Przewody instrumentalne występują często w dwóch parach, wtedy jednym przewodem możemy podłączyć oba kanały, przykładowo, instrumentu klawiszowego do di-boksów.

Kable sygnałowe i mikrofonowe – służące do transmisji sygnałów zbalansowanych. Tutaj najczęściej spotkamy dwie żyły i ekran. Kable symetryczne pozwalają przesyłać sygnał na znacznie większe odległości z uwagi na zdolność do niwelowania zakłóceń poprzez odbicie jednego sygnału w fazie o 180 stopni, a następnie ponowne zsumowanie, tym samym pozbywając się zakłóceń „zebranych” po drodze. W połączeniach symetrycznych najczęściej spotkamy złącza typu XLR, jack (TRS), bantam. Przewody mogą być także wieloparowe, czyli składające się z kilku, kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu przewodów w jednym grubym kablu – wtedy możemy się spotkać także z rozwiązaniami wielopinowymi typu Harting, Syntax, D-sub itp. Kable symetryczne służą między innymi do połączeń z mikrofonami oraz urządzeniami scenicznymi takimi jak miksery-wzmacniacze, nadajniki i odbiorniki bezprzewodowe itp., dodatkowo w studio pomiędzy konsoletą a urządzeniami studyjnymi, krosownicami itp.

Kable głośnikowe – służą do transmisji sygnału pomiędzy wzmacniaczami a głośnikami. Składają się z dwóch lub większej ilości żył, ponieważ jednym przewodem możemy przesłać więcej niż jeden kanał z końcówki mocy, zachowując większy porządek na scenie i mniejszą plątaninę. W kablach głośnikowych najczęściej będziemy mieli do czynienia z wtykiem typu speakon, ale mogą to być także złącza jack, którymi łączymy wzmacniacze gitarowe z kolumną. Wtyki speakon mogą mieć postać nie tylko dwu, ale także cztero- i ośmiopolową, gdzie analogicznie można przesłać 1, 2 lub 4 kanały bezpośrednio z końcówki mocy do zestawów głośnikowych. Oprócz złącz typu speakon i jack w wielopolowych postaciach również możemy zastosować złącza okrągłe jak np. CA-COM (często spotykane w sprzęcie L’Acoustics) lub Syntax czy Harting (dopasowując właściwe przekroje pinów). Podczas wyboru naszych kabli głośnikowych bardzo ważne jest aby odpowiednio dopasować przekrój przewodów do mocy urządzeń głośnikowych, zważając na długość, ponieważ przy kablach głośnikowych zależy nam na minimalizacji tłumienia SPL oraz niskiej rezystancji przewodu, na co ma wpływ właśnie przekrój przewodnika i jego długość.

Kable sieciowe – kategorii 5/6/7, służące w naszej branży do przesyłu sygnałów cyfrowych np. pomiędzy konsoletą i stageboksami cyfrowymi, niezbędne także w sieciach typu Dante, Soundgrid itp. To bardzo rozległy temat i zajmiemy się nim w kolejnych częściach poradnika.

Kable zasilające – służące do transmisji prądu do urządzeń. Tu również bardzo ważne dla bezpieczeństwa naszych własnoręcznych wyrobów są przekroje naszych przewodów. Temat przekrojów jest bardzo obszerny i zależy też od wielu czynników, ale żeby nieco uprościć, skupimy się na podstawowych parametrach. Przykładowo, budując powerbox, którego maksymalne obciążenie będzie wynosić 3680 W (16A), powinniśmy zastosować przewód minimum 3 x 1,5 mm².

Poniżej szczegółowa tabelka dla podstawowych przekrojów przy przewodach wielożyłowych (bo takimi będziemy się posługiwać) przedstawiająca maksymalny prąd ciągły dla przewodu w zależności od przekroju kabla, przy napięciu zmiennym 230 V – na przykładzie myślę, że dobrze nam znanego kabla Titanex H07RN-F (który jest świetnym wyborem w przypadku sytuacji scenicznych):

3G 1.5 – połączenie ruchome Idd – 22A (5060W)
3G 2.5 – połączenie ruchome Idd – 30A (6900W)
3G 4.0 – połączenie ruchome Idd – 40A (9200W)
3G 6.0 – połączenie ruchome Idd – 51A (11730W)

Zwróćcie uwagę, że to maksymalne natężenia pozwalające na dobrą pracę przewodu. Powyżej tych wartości producent nie zapewnia właściwych warunków pracy i możemy doprowadzić do stopienia się przewodu i w konsekwencji zwarcia. Dla bezpieczeństwa pracy warto przyjąć nieco zaniżone wartości, które mogą się bezpośrednio przełożyć na zastosowane popularnie w rozdzielnicach zabezpieczenia nad-prądowe.

3G/5G 1.5 – obciążenie maksymalne 16A
3G/5G 2.5 – obciążenie maksymalne 20A
3G/5G 4.0 – obciążenie maksymalne 25A
3G/5G 6.0 – obciążenie maksymalne 32A

Kable wieloparowe i hybrydowe. W każdej z powyższych kategorii możemy wyodrębnić przewody tzw. wieloparowe, a ponadto ciekawostką są przewody tzw. hybrydowe, czyli połączenie w jednym kablu kilku transmisji takich jak: zasilanie, sygnał audio, CAT5E itd. Pozwala to na zachowanie większego porządku na scenie w okablowaniu, a także niebywale przyspiesza montaż i demontaż. Przykładowo, w jednym kablu na bębnie możemy mieć 2x zasilanie, 2x przewód CAT5E, 2x DMX – co pozwala w prostszych przypadkach na położenie jednego kabla pomiędzy sceną a FOH-em, zaoszczędzając nam sporo czasu przy montażu i „zwijce”.

Przygotowanie do lutowania prostych złączy jack i XLR
Garść teorii za nami, więc przejdźmy do praktyki. Jeśli już dokonamy wyboru naszych poszczególnych komponentów, takich jak złącza i przewody, których będziemy używać do lutowania, powinniśmy sprawdzić na stronie internetowej danego producenta wytyczne co do przygotowania kabla i obróbki jego izolacji przed przystąpieniem do montażu. Znajdziemy tam informację na temat złożenia samego złącza, obróbki izolacji i długości poszczególnych przewodów do przygotowania. Będą tam także informacje o zakresach grubości kabli mieszczących się w złączu oraz danych na temat rozmiarów przewodu, dlatego ważne jest żebyśmy sprawdzali te dane przed zakupem okablowania, dopasowując parametry przewodu do danego złącza i upewnieniu się, że będzie ok. Kiedy mamy już właściwą długość naszego przyszłego gotowego kabla, korzystając ze ściągacza izolacji przygotowujemy przewód według wytycznych producenta. Skręcamy porządnie „wykrojone” druciki i możemy przystąpić do montażu i lutowania. Wtedy właśnie przyda się nam tzw. „trzecia ręka”, w której unieruchomimy kabel i złącze, które będziemy lutować.

Skręcamy porządnie „wykrojone” druciki i możemy przystąpić do montażu i lutowania. Wtedy właśnie przyda się nam tzw. „trzecia ręka”, w której unieruchomimy kabel i złącze, które będziemy lutować.

Jeśli mamy cynę z dobrej jakości topnikiem, to świetnie – na początek będzie super, ponieważ będziemy mogli lutować bez użycia kalafonii, która pełni podobną funkcję. Topnik i kalafonia służą do zniwelowanie warstwy tlenków, które znajdują się na powierzchniach lutowanych. Ważna w lutowaniu prostych złączy audio jest właściwa temperatura grota, dlatego polecam stosowanie lutownicy transformatorowej minimum 75W-100W, wtedy proces lutowania będzie całkiem sprawny. Podczas lutowania złącz każdy nasz ruch powinien być pewny, wręcz stanowczy, ale nie chaotyczny.

Ważnym momentem podczas lutowania jest podgrzanie powierzchni, gdyż cyna bardzo szybko zmieni swój stan skupienia przez jej roztopienie, a podobna temperatura powierzchni lutowanych i grota zapewni trwałe, równe połączenie.

Po umiejscowieniu we właściwych „pinach” naszych wcześniej przygotowanych kabelków (z użyciem np. „trzeciej ręki” lub innego narzędzia pozwalającego na unieruchomienie złącza i przewodu) przystępujemy do podgrzania za pomocą grota lutownicy obu powierzchni – kabelka i „pina”, do którego będziemy lutowali i dopiero po chwili przykładamy cynę. Ważnym momentem podczas lutowania jest właśnie podgrzanie powierzchni, gdyż cyna bardzo szybko zmieni swój stan skupienia przez jej roztopienie, a podobna temperatura powierzchni lutowanych i grota zapewni trwałe, równe połączenie.

Prace zakończone. Teraz trzeba sprawdzić poprawność połączeń.

Ważne jest, żeby nie podgrzać za mocno elementów złącza, które zawiera elementy z tworzywa, które mogłyby się roztopić pod wpływem zbyt wysokiej temperatury – trzeba na to uważać. Podczas lutowania nie przenośmy roztopionej cyny na grocie lutownicy i starajmy się utrzymywać grot w czystości, do czego może nam posłużyć gąbeczka do „zbierania” resztek z grota. Do sprawdzenia poprawności połączeń, które wykonaliśmy, może nam posłużyć tester okablowania, a jeśli takiego nie mamy, to zwykły multimiernik, który ustawimy w pozycji diody, co pozwoli na przetestowanie „przechodzenia” sygnału, przykładając końcówki multimiernika do odpowiednich pinów.

Do sprawdzenia poprawności połączeń, które wykonaliśmy, może nam posłużyć tester okablowania lub zwykły multimiernik.

Powyższy tekst to zaledwie wstęp i garść podstawowych informacji potrzebnych do rozpoczęcia przygody z lutowaniem i świadomym tworzeniem swojego okablowania do zastosowań w domu czy w firmie. W kolejnych artykułach będę starał się pomagać Wam w rozwinięciu kolejnych umiejętności związanych z tematem. W następnym poradniku spróbujemy wziąć pod lupę złącza wielopinowe i okablowanie wieloparowe w połączeniach symetrycznych i głośnikowych.

Tekst i zdjęcia: Mateusz Dudziński – realizator dźwięku (DWS projekt, Bass Astral x Igo: w tym projektów Orchestra i Ensemble oraz kooperacji ze Stokłosa Collective Orchestra, Męskie Granie Orkiestra 2020, Jakub Skorupa, TWU), a także manager studia produkcji muzycznej Azymut.