Vajon az audiofil világban gyakran felmerülő „bőreffektus” kifejezés csupán egy tévedés, vagy ez a jelenség – ahogyan azt J. C. Maxwell 1892-ben leírta – valóban befolyásolja a zene reprodukcióját?
Nikola Tesla feltalálót gyakran emlegetik a „bőreffektussal” kapcsolatban. Egykori bemutatóin elektromos áramot vezetett át saját testén, miközben puszta kézében ritka gázzal töltött csövek világítottak. A Tesla-tekercs segítségével olyan elektromos áramátviteli módszereket mutatott be közönségének, amelyek akkoriban ismeretlenek voltak. Hogyan lehetséges, hogy az elektromos áram nem ölte meg? Nem a bőreffektusnak köszönhető, ahogy azt gyakran tévesen feltételezik. Attól eltekintve, amit Tesla hitt, az az elképzelés, hogy egy Tesla-tekercs árama kizárólag az emberi test felszínén (vagy bőrén) fut, csak egy újabb tévhit. A felületi hatás azonban releváns.
A „bőrhatás” valóban létezik, egy fizikai folyamat, amelyben az elektromos áram kifelé, a vezető felülete felé torlódik. Ez azonban főként fémvezetőkre vonatkozik. A vezetőn átfolyó váltakozó áram (I) mágneses fluxusvonalakat (H) képez, ami körül veszi a vezetőt. Ezek a vonalak örvényeket (Iw) hoznak létre. Az áram és az örvények iránya a felülethez közel megegyeznek, így összeadódnak. Legerősebb „bőrhatás” a tömör, kerek keresztmetszetű vezetőknél figyelhető meg. Egy kábel (sodrat = több vékony, összefonódó vezető) vagy egy lapos keresztmetszetű vezeték korlátozza az örvények erősségét. Rézvezető esetén, 50 Hz átviteli frekvencián a bőrhatás legfeljebb 1%-os veszteséget okoz(!) A „bőrhatás” fokozódik a növekvő frekvencia miatt, a vezető átmérőjének és a vezető anyag vezetőképességének növekedésekor, valamint a vezető növekvő permeabilitása következtében.
A permeabilitás egy anyag áteresztőképességét jelenti, azt, hogy az anyag mennyire engedi át a folyadékokat, gázokat vagy mást. A fizika és a kémia területén is fontos fogalom, az anyag azon képességét jelenti, hogy mennyire könnyen alakul ki benne mágneses mező külső mágneses tér hatására. A mágneses permeabilitás a mágneses indukció és a mágneses térerősség aránya.
Bőrhatás az audio-technikában ott alakul ki, ahol váltakozó áramok folynak. Az erősítő áramforrásától a tranzisztorok vagy elektroncsövek komponensein keresztül, egészen a hangszórókig. A bőrhatás főként a hangszórókábelekre vonatkozik a hosszuk miatt. Ami a hosszukat (azaz a csatlakozó terminál és a hangszóró meghajtó közötti távolságot) és a minőségüket illeti, még a csúcskategóriás hangszórógyártók sem igazán törődnek vele.
Malcolm Raven egy 2015-ben megjelent tanulmánya szerint fémvezetőkben a bőrhatás – bizonyos mértékig, de határozottan – nemcsak a nagyfrekvenciás áramokra, hanem az alacsony frekvenciákra is érvényes. A szerző az elméleti előfeltételeket összehasonlította egy réz-, alumínium- és sárgaréz huzal, valamint egy 0,5 és 4 mm átmérőjű rézdrótsodrony tényleges impedanciamérésével, 100 Hz-től 1 MHz-ig terjedő frekvenciákon. Az eredmény szerint a mérési eredmények összehasonlíthatók a feltételezésekkel, és a bőrhatás a 20 000 Hz-ig terjedő hallható frekvenciákra érvényes.
Ahogy említettük, létezik egy befolyásoló tényező, bár ez határozottan nem létfontosságú. Ha az audio-lánc (erősítő—kábel—hangszóró) tisztán elektromos kapcsolatait vizsgáljuk, minden alkatrésznek megvannak a maga parazita — vagy nemkívánatos — tulajdonságai. Ezek közül a legalapvetőbbnek, a kábelnek, is megvannak ezek. Minden figyelmes elektrotechnikus tudja, hogy minden kábel legfőbb parazita tulajdonsága az elektromos ellenállás, amely függ a hőmérséklettől. Sőt, az ellenállás nincs egyedül! Egy hangszórókábel két szigetelt vezetőből áll. Az áram az egyiken keresztül folyik a hangsugárzóhoz, a másikon pedig az ellenkező irányban. Ezért a kölcsönös induktivitásuk befolyásolja őket. A két vezető között kölcsönös kapacitás is érvényesül. A kábel egy lehetséges alternatív elektromos sémája lehet két ellenállás (impedancia), amelyek szintén induktív és kapacitív kapcsolatban állnak. Mindezen tulajdonságok hatása lényegesen meghaladja a bőrhatásét.
Gyakorlati következtetés
Figyelembe véve az összes fontos parazita tulajdonságot, a nagy érzékenységű hangsugárzóknál a kábelek gyártástechnológiájának különbségei hallhatók. De, még ha mindezeket a tulajdonságokat figyelembe is vesszük, a kábel továbbra is csak egyik része a teljes audio-láncnak, amelyben a legfontosabb szerepet a hangsugárzók és a hallgatótér gyakran figyelmen kívül hagyott akusztikája játssza – de, ez egy másik téma.
És mégis, hogyan csinálhatta ezt Tesla? Az emberi idegrendszer egy bizonyos frekvenciától felfelé nem reagál az elektromos áramra. Ezért Teslának nem kellett aggódnia a szíve miatt (azonban a testben fellépő esetleges átmeneti szövetkárosodás miatt igen). Természetesen az emberi test is vezető. Mégis, a test nem egy darab fém. Ahhoz, hogy a bőrhatás bármilyen változást hozzon, még magasabb frekvenciájú áramra lenne szükség. Az ilyen áramok az is alkalmazást találtak (és a bőrhatást például az orvostudományban az elektro-sebészetben is figyelembe veszik).
