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各種神線剖析 揭開發燒線材神秘面紗

來源:投影時代 更新日期:2019-10-29 作者:pjtime資訊組

    高價導線比比皆是

    現今導線已進入“發燒”的階段,在音響中的地位大為提升,肯花數萬元買對一米長信號線的大有人在,甚至耗費十余萬元在系統的接線上,比大多數人所擁有的整套音響還貴上許多。一條夠水準的接線也要數千元,足以可買一臺普及型彩色電視機。

    導線為何具有如此大的魅力,能使音響迷們樂此不疲的投下巨資而不悔,原因是每種線都有其個性和特殊的音色,解析力、三度空間的重現能力、音域的均衡性皆有所不同,若能和音響器材搭配得當,可使整體性能充分發揮,聲音更上層樓;也可以嘗試更換不同的導線,調校出自己喜愛的音色,取得截長補短之效,更甚者若是無器材可換或無力換器材,更可藉換線來變變口味。

    腦筋動得快的廠商看準此點,不斷挖空心思以不同的理念、材質和結構來設計各種導線,以滿足音響族追求完美的心態,于是這方面的進展有如一日千里,設計者們也能從經驗的累積下,創造出更佳的產品,價格自然跟著水漲船高,一些發燒線已漲到令人咋舌的地步。

    導線的生命周期大概是音響器材中最短的,一根價值不菲的名線往往在一兩年內便被打入冷宮,相信玩過線的朋友都會存留一些古董線,這些線再被拿來用的機會可說是微乎其微,由此可見其競爭之激烈及技術進步之快了。

    影響導線的物理特性

    這里所稱的導線泛指信號線及喇叭線,當信號在導體中通過時會產生電場和磁場,電場會影響導線的電容和介質,磁場會影響到導線的電感。信號的強度會隨著導線的阻抗而減弱,絕不會有增強的現象,一般人所謂某根線高(低)頻段延伸特別好,只能說是這根線在這些頻段內的信號損失較少。現在將會影響導線聲音的特性分八項來說明:

    (1)電阻(RESISTANCE)

    OFC.LC-OFC.PCOCC

    所謂電阻是指電子在導體中流動,導體有阻止其流動的趨勢,同時使電能轉變為熱能之性質者。導體的電阻愈低,則導電性愈佳,在常溫下,銀是最佳的導體,銅次之,因此導線的材質幾乎都拿這兩種金屬制成,表一為各種金屬和銀的導電性相比的情形。

    因為銀價較高,且其機械強度遜于銅,所以大部分導線的材料都用銅,由于氧化物會降低導電性,于是無氧銅(OFC)便成為導線的主要材料,但不論銅的純度有多高,長處于大氣之下仍會慢慢氧化,于是有的廠商便用無氧銅外包銀的方式。 例如 van den Hul,Discrete Technology便是有名的例子,一些用漆包線的設計也有防止鋼氧化的功能。另外,Hitachi一再推廣其線性結晶無氧銅(LC-OFC),Audio-Technica也推廣以「加熱鑄型式連續鑄造法」所鑄造出的單結晶高純度無酸素銅(PCOCC),前者宣稱在一公尺內只有20個結晶體,后者則在2米內的結晶僅一個,可以大大減少信號傳遞過程中所經過結晶與結晶之間的界線,在聲音上的好處是清晰、低雜音及瞬間響應更佳。

    可是由于結晶拉長,很容易在外力的影響下發生斷裂,這種情形在出廠前便有可能發生,在導線的纏繞及編股過程中由于材質過于歪曲而導致晶體折斷,如果斷裂處過多,則和一般的無氧銅沒多大的差別。

    有鑒于此,除了日本以外,其他地區的導線制造商甚少使用這類長結晶銅作為導線的材料,而是專注于研究對音質影響更大的其他因素。

    Siltech回火處理

    另外,著名的荷蘭Siltech廠,導線用的材質為線性結晶無氧銀(LC-OFS),為了防止長結晶在制線過程中被破壞,在制造后采用了一套簡單的回火處理,使被破壞結構的晶粒能恢復原狀,其過程是將導線以攝氏200度加熱4分鐘,然后讓其緩慢冷卻,縱然如此,在使用這類導線時切忌過度彎曲,以免破壞晶粒結構。

    美國的Kimber Cable,在旗艦級的AG系列中,信號線及喇叭線采用的是純度高達99.9999%的銀,銀要精練到如此地步絕非易事,設計者用如此高價位材質的理由是,唯有這種幾乎不含雜質的銀才能消除從前銀線聲音過“亮”的缺點,由此可見設計者為了追求完美毫不妥協的態度。名家廠商采用種種不同的導線材料,無非是要降低電阻,使信號能在導體中更順暢的流通。

    (2)電感(INDUCTANCE)

    導線的回路

    電流經過導體,會在導體的周圍形成磁場,由于導線是連絡信號端及負載端,隨著電流的去回(如上圖所示),磁場隨之移動,如此會使導體本身以及接近的其他導體產生感應電流,電感量雖然十分微弱,但會隨著頻率的增高而使導體的電阻產生非線性現象,導致相位失真。如何使電感量降低是導線設計的重要課題之一,這可以從下面幾個方法來著手:

    a.由于導體的電感量由公式(電感量=2×導體長度/導體的半徑)決定,所以可以增加導體的半徑或減短導體的長度或兩者并行來降低導線的電感。

    b.另一公式(總電感=L1+L2-2M)可計算上圖去回電路的總電感量,其中L1和L2為圖一中兩根導線的自感量,M為兩根導線的共同電感量。由于二根導線的電流方向相反,所以共同電感量可以降低總電感量,由此可知要減少總電感量只要增加共同電感量便可,這個可由減少兩線的間距來達成,當兩線緊密結合在一起時共同電感最大,但這種情形最好避免,因為兩線太接近時會產生串音(cross-talk),污染信號,所以兩線還是保持相當的間距為宜。

    C.采用改絞線的設計,只要使二線離開相交的中心軸線上,則在相交的部分可以大大降低自感量。

    d.如果是同軸設計的導線,要降低電感可從三方面著手:降低介質的導磁率(采用空氣或導磁低的物質如鐵氟龍、聚乙烯)、增加內導體的半徑以及減少內外導體間的距離。

    (3)集膚效應(SKIN EFFECT)

    當直流電流過導體時,通過截面的電子是均勻的,但交流電的情況就不同了,由于受到磁場及電荷交互的影響,使電荷存在朝導體外圍移動的現象,在這種情況下,導體截面的電流密度變得不均勻,中央部分通過的電流比表面為少,頻率愈高,中央抵制電流的力量愈大。由此可看出,頻率增高使有效截面積降低,同時也增加了電阻。

    雖然集膚效應是傳輸射頻(Radio Freqllency)或更高頻率的主要問題,但對可聽到的頻率范圍內的高頻部分仍有影響,所以設計導線也必須考慮此點。

    解決的辦法可以在銅線表面鍍上一層銀,增加線的傳導率,這層銀便成為高頻主要載體;由于線徑愈粗集膚效應愈嚴重,傳統上將多股的絕緣細線編在一起,藉著表面積增加來降低高頻的阻抗。

    但最近有人提出,如果將多股細線緊密結合在一起,對集膚效應的改善效果反而不如同粗的單蕊導體好,經實際測量,對于一千Hz以上的頻率,多股線的阻抗反而增加得較快。所以選擇適當徑粗的導體反而比增加表面積更為重要,至于多粗的實心導體才適當?如太粗會使集膚效應嚴重,太細又會使導體的電阻增加,所以1mm左右是適當的選擇。

    (4)微動雜音(MICROPHONY)

    兩個平行導體,若載有相同方向的電流,則兩個導體有互相吸引之趨勢,若載有異向電流,則有互相排斥而相遠離之趨勢。如果導體是由許多股細線絞合而成,則在此導體內的每股線皆載有同相電流,所以彼此吸引,但對另一導體而言則是異向電流(參照《導線的回路》),會產生相斥現象。

    每股線受到臨近線相吸或相斥的力量而振動,因而產生雜音。設計導線為了避免這種現象,傳統上將每股線絞得十分緊密且在兩根導體的空隙處填滿了吸收振動的材料,以抑制振動。但最近Cardas導線的設計者George Cardas,無意中發現這種發生在多股絞線結構導體上的機械諧振,可以用不同粗細的絞線而減輕,他的做法是一股比一股線粗(細)上1.618倍(黃金比率)的多股線絞合在一起,每根導線至少由三種或以上按黃金比率來增加徑率的粗細線結構能有效的抑制振動,其原因不明。

    (5)電容(CPACITANCE)

    導線可以看成一個簡單的長電容器,兩導體分離,在其間填充絕緣物質,由于導體有儲存電荷的特性,若導體之間有電位存在,電容阻抗就會隨著頻率改變而顯著改變。

    假如兩導體所傳送的電流方向相反,且間隔很大,那么將有更多的磁通量出現(即使兩導體十分靠近,仍然無法抵消他們的磁反應),其分布電感量也隨之增加,若兩導線間隔加大,電容量將降低。

    由此可知,如要導線的電感低,則電容量必定高,反之亦然。導線上的電容和電感都會使信號損失、失真或形成不必要的相位移。所以,在設計導線時必須在這兩者之間作一取舍,通常比較趨向于低電感而非低電容,因為電容對可聽范圍頻率的影響并不嚴重,另外放大機以高電容喇叭線來推動喇叭,發生不甚穩定現象的情形也甚少見,再加上兩個導體間使用的介質也會影響導體的電容量,因此可以改用不同的介質來降低電容量。

    (6)介質(DIELECTRIC)

    如何選擇兩個導體間的介質是設計導線考慮的另一重要因素,信號所產生的電場會和介質相互影響,介質內的電子軌道會因為帶負電的導體排斥另一帶正電導體的吸引力而改變,此種改變需要訊源端提供能量,因而增加了損失,某些介質材料如橡膠,必須從訊源吸收很多能量才能改變原子結構,所以介質損失大,而且介質所吸收的能量會以較慢的速度釋放出來,對聲音也會有不利影響。

    有些介質的原子的電子路徑很容易加以改變,例如空氣,從訊源吸收的能量很少,以這類物質來當介質其損失非常小,由于用空氣來當介質在制線時較為困難,且不利于彎曲,因而一股高級導線大都采用鐵氟龍、聚丙烯等昂貴的材料來當介質,雖然介質損失比空氣高,但和其它低價位介質的損失比仍然算低。

    (7)遮蔽(SHIELDING)

    由于射頻(RF)的干擾是無所不在的,這包含在大氣中傳播的各種頻率的電波,射頻也會侵入電源,暴露在大氣中的輸電電線有如一個長型的天線,它會吸收電波也會再發射出去,于是電流中也會受到射頻的干擾。

    由于信號線傳遞的信號十分微弱,所以一定要予以遮蔽,以免受到外來雜訊的干擾,最常見的遮蔽是用銅線編織成十分緊密的遮蔽網,導體包含其內,編織網外再覆以聚丙烯或其它合成橡膠,用來防止濕氣及機械撞擊,除了用鋼網來做遮蔽外,還可以鋁箔來代替;其它金屬遮蔽也有,但十分少見,總之一定要用非磁性金屬。

    遮蔽除了使導體免受干擾之外,也可防止導線內的信號發射出去干擾其它系統,另外一個優點是其導線對地平衡,也就是說,無論在何處,導線間的電容都是均勻的。但遮蔽層和導體間必須保持適當且均勻的間隔,如果兩者完全接觸在一起,遮蔽層會將電磁能反射給最接近的導體。同軸型式的導線,電場和磁場均無法擴展到外導體之外,磁場被限制在兩導體之間(如圖二),因此同軸線是完全遮蔽線外來的雜訊是進不去的,也可減少發射損失。

    一般平行雙導線和同軸導線之磁場分布圖

    至于喇叭線,由于其輸送的電流量較信號線大很多,外來雜訊干擾的能量甚微,會被音樂訊號本身所遮蔽,因而不會有太大的影響,一般喇叭線都是無遮蔽的設計,但有些毫不妥協的喇叭線制造廠商為了避免此種微量的干擾,仍加上遮蔽網。

    (8)其它因素

    a.發射損失及感應損失

    環繞導體的靜電場和電磁場在導線中也會造成損失,靜電場的作用是對鄰近物體產生充電的現象,另外導電的電流和電壓變化所產生的變化磁場,磁力線的一部份從導線發射出去,情況與天線發射能量的方法類似,這兩種情形都能造成能量的損失,可用接地的遮蔽來減少這類損失。

    b.摩擦電流

    摩擦電流是由于導體和絕緣層磨擦而產生,自由電子附著于導體上使電荷變為不平衡而導致電流產生,這種情形會因導線彎曲后導體和絕緣層附著在一起而發生。

    c.壓電電流

    壓電電流是當機械用力施加在某種絕緣體上而產生的,同樣的情形也會發生在陶瓷及一些塑膠上,鐵氟龍及PTEE(聚四氟乙烯)雖然較聚乙烯更不易引起化學作用及更佳的抗潮性,但壓電電流較多。所以在設計導線時,其絕緣層材料的選擇也是頗為重要的一環,必須全盤衡量各項優缺點后才能決定。

    d.接頭、接點、銲錫和銲功

    一根導線的性能是否能完全發揮,接頭的選擇及銲接方面占據十分重要的角色,是絕對不容輕視的一環,若是這方面處理不當,往往使一根優良的導線產生拙劣的聲音。

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