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揭开发烧线材的神秘面纱--各种神线理论大公开!
文章来源:江门市兰格电子有限公司  发布日期:2018-9-17 11:54:44

 

前言

信号线及喇叭线大概是音响系统中最受争议的一个环节,从早期完全漠视其存在,经由怀疑、争论到广为音响迷们所接受,已经历了数个寒暑,反对者坚持导线在理论的根据下,除了极端的特例,对音响系统的声音不会有任何的影响,美国某杂志为了证明此点,特别举行了一次盲眼测试,测试者包含了金耳族、对音响已接触一段时间的人及门外汉,测试是在测试者遮住双眼下进行,其结论是人耳无法从声音中区别出〝好线〞和〝坏线〞,即使是金耳族也不会比一般人强多少,此结果自然也带来不小的震撼,批评之声蜂涌而至,后来经证实常人的听觉会受到视觉的影响,所以盲眼测试不具有代表性,此事之后未再听过类似的测试。。

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高价导线比比皆是

现今导线已进入〝发烧〞的阶段,在音响中的地位大为提昇,肯花数万元买对一米长信号线的大有人在,甚至耗费十馀万元在系统的接线上,比大多数人所拥有的整套音响还贵上许多,一条够水准的接线也要数千元之谱,足可买座普及型彩色电视机。导线为何具有如此大的魅力,能使音响迷们乐此不疲的投下巨资而不悔,原因是每种线都有其个性和特殊的音色,解析力、三度空间的重现能力、音域的均衡性皆有所不同,如能和音响器材搭配得当,可使整体性能充分发挥,声音更上层楼,也可以尝试更换不同的导线,调校出自己喜爱的音色及收截长补短之效,更甚者若是无器材可换或无力换器材,更可藉换线来变变口味。

脑筋动得快的厂商看准此点,不断挖空心思以不同的理念、材质和结构来设计各种导线,以满足音响族追求完美的心态,于是这方面的进展有如一日千裡,设计者们也能从经验的累积下,创造出更佳的产品,价格自然跟着水涨船高,一些发烧线已涨到令人咋舌的地步。导线的生命週期大概是音响器材中最短的,一根价值不菲的名线很往往在一、两年内便被打入冷宫,相信玩过线的朋友都会存留一些古董线,这些线再被拿来用的机会可说是微乎其微,由此可见其竞争之激烈及技术进步之速了。

影响导线的物理特性

这裡所称的导线泛指信号线及喇叭线,当信号在导体中通过时会产生电场和磁场,电场会影响导线的电容和介质,磁场会影响到导线的电感。信号的强度会随着导线的阻抗而减弱,绝不会有增强的现象,一般人所谓某根线高(低)频端延伸特别好,只能说是这根线在这些频段内的信号损失较少。现在将会影响导线声音的特性分成八项来说明:

(1)电阻(RESISTANCE)

OFC.LC-OFC.PCOCC
所谓电阻是指电子在导体中流动,导体有阻止其流动的趋势,同时使电能转变为热能之性质者。导体的电阻愈低,则导电性愈佳,在常温下,银是最佳的导体,铜次之,因此导线的材质几乎都拿这两种金属製成,表一为各种金属和银的导电性相比的情形。因为银价较高,且其机械强度逊于铜,所以大部分导线的材料都用铜,由于氧化物会降低导电性,于是无氧铜(OFC)便成为导线的主要材料,但不论铜的纯度有多高,长处于大气之下仍会慢慢氧化,于是有的厂商便用无氧铜外包银的方式。

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例如 van den Hul,Discrete Technology便是有名的例子,一些用漆包线的设计也有防止钢氧化的功能。另外,Hitachi一再推展其线性结晶无氧铜(LC-OFC),Audio-Technica也推广以「加热铸型式连续铸造法」所铸造出的单结晶高纯度无酸素铜(PCOCC),前者宣称在一公尺内只有20个结晶体,后者则在2米内的结晶仅一个,如此可大大的减少信号传递过程中所经过结晶与结晶间的界线,在声音上的好处是清晰、低杂音及瞬间响应佳。可是由于结晶拉长,很容易在外力的影响下遭到断裂的命运,这种情形在出厂前便有可能发生,在导线的缠绕及编股过程中由于材质的过于歪曲而导致晶体的折断,如果断裂处多,则和一般的无氧铜没多大的差别。

有监于此,除了日本以外,其他地区的导线製造商甚少用这类长结晶铜做为导线的材料,而专注于研究对音质影响更大的其他因素。

Siltech回火处理

另外有名的荷兰Siltech厂,导线用的材质为线性结晶无氧银(LC-OFS),为了防止长结晶在製线过程中被破坏,在製造后採用了一套简单的回火处理,使被破坏结构的晶粒能恢複原状,其过程是将导线以摄氏200度加热4分钟,然后缓慢的让其冷却,纵然如此,在使用这类导线时切忌过度弯曲,以免破坏晶粒结构。

美国的Kimber Cable,在旗舰级的AG系列中,信号线及喇叭线採用的是纯度高达99.9999%的银,银要精练至此地步试非易事,设计者用如此高价位材质的理由是:唯有这种几乎不含杂质的银才能消除从前银线声音过〝亮〞的缺点,由此可见设计者为了追求完美毫不妥协的态度。名家厂商採用种种不同的导线材料,无非是要降低电阻,使信号能在导体中更顺畅的流通。

(2)电感(INDUCTANCE)

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《导线的回路》

电流经过一导体,则会在导体的周围形成磁场,由于导线是连络信号端及负载端,随着电流的去回(如图一所示),磁场随之移动,如此会使导体本身及接近的其他导体产生感应电流,电感量虽然十分微弱,但会随着频率的增高而使导体的电阻产生非线性的现象,如此会导至相位失真。

如何使电感量降低是导线设计的重要课题之一,这可以从下面几个方法来着手:

a.由于导体的电感量由下列公式决定:
电感量=2×导体长度/导体的半径
所以可以增加导体的半径或减短导体的长度或两者并行来降低导线的电感

b.另一公式可计算图一的去回电路的总电感量:
       总电感=L1+L2-2M
       其中L1和L2为图一中两根导线的自感量,M为两根导线的共同电感量。由于二根导线的电流方向相反,所以共同电感量可以降低总电感量,由此可知要减少总电感量只要增加共同电感量便可,这可由减少两线的间距来达成,当两线紧密接合在一起时共同电感最大,但这种情形最好避免,因两线太接近时会产生串音(cross-talk),因而污染了信号,所以两线还是保持相当的间距为宜。

C.采用改绞线的设计,只要使二线离开相交的中心轴线上,则在相交的部分可以大大的降低自感量。

d.如果是同轴设计的导线,要降低电感可从三方面着手:降低介质的导磁率(採用空气或导磁低的物质如铁氟龙、聚乙烯)、增加内导体的半径及减少内外导体间的距离。

(3)集肤效应(SKIN EFFECT)

当直流电流过导体时,通过截面的电子是均匀的。但交流电的情况便不同了,由于受到磁场及电荷交互的影响,使电荷有朝着导体外围移动的现象,在这种情况下,导体截面的电流密度变为不均匀而使中央部分通过的电流比表面为少,频率愈高,导体中央抵制电流的力量愈大,由此可看出,频率增高使有效截面积降低,同时也增加了电阻。

虽然集肤效应是传输射频(Radio Freqllency)或更高频率的主要问题,但对可听频率范围内的高频部分仍有影响,所以设计导线也必须考虑此点。

解决的办法可以在铜线上镜上一层银,增加线的传导率,这层银便成为高频主要载体;由于线径愈粗集肤效应愈严重,传统上将多股的绝缘细线编在一起,藉着表面积增加来降低高频的阻抗。但最近有人提出如果将多股细线紧密的结合在一起,对集肤效应的改善效果反不如同粗的单蕊导体来得好,经实际测量,对于一千Hz以上的频率,多股线的阻抗反而增加得较快。所以选择适当径粗的导体反而比增加表面积更为重要,至于多粗的实心导体才适当?如太粗会使集肤效应严重,太细又会使导体的电阻增加,所以1mm左右是适当的选择。

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(4)微动杂音(MICROPHONY)

两平行之导体,若载有相同方向的电流,则两导体有互相吸引之趋势,若载有异向电流,则有互相排斥而相远离之趋势。如果导体是由许多股细线绞合而成,则在此导体内的每股线皆载有同相电流,所以彼此吸引,但对另一导体而言则是异向电流“参照《导线的回路》”,会产生相斥的现象。

每股线受到临近线相吸或相斥的力量而振动,因而产生了杂音。设计导线为了避免此种现象,传统上将每股线绞得十分紧密及在两根导体的空隙处填满了吸收振动的材料,以抑制振动。但最近Cardas导线的设计者George Cardas,无意中发现这种发生在多股绞线结构导体上的机械谐振,能够用不同粗细的绞线而减轻,他的做法是一股比一股线粗(细)上1.618倍(黄金比率)的多股线绞合在一起,每根导线至少由三种或以上按黄金比率来增加径率的粗细线结构能有效的抑制振动,其原因不明。

(5)电容(CPACITANCE)

导线可以看成一个简单的长电容器,两导体分离,在其间填充绝缘物质,若导体间有电位存在时,有储存电荷的特性,电容阻抗随着所加的频率改变而有显着改变。

假如两导体所传送的电流方向相反且间隔分得很开,那麽将有更多的磁通量出现在其间(即使两导体十分靠近,仍然无法抵消他们的磁反应),其分布电感量也跟着增加,若两导线间隔愈加大,电容量将降得愈低。

由此可知,如要导线的电感低,则电容量必定高,反之亦然。导线上的电容和电感都会使信号损失、失真和形成不需要的相位移,所以在设计导线必须在这两者之间做一取捨,通常较趋向于低电感而非低电容,因为电容对可听范围频率的影响并不严重,另外扩大机以高电容喇叭线来推喇叭而发生不甚稳定现象的情形也甚少见,再加上两导体间使用的介质也会影响导体的电容量,可以改用不同的介质来降低电容量。

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(6)介质(DIELECTRIC)

如何选择两导体间的介质是设计导线另一重要的因素,信号所产生的电场会和介质交互影响,介质内的电子轨道因为带负电的导体排斥另一带正电导体的吸引力而改变,此种改变须要讯源端提供能量,因而增加了损失,某些介质材料如橡胶必须从讯源吸收许多的能量才能改变其原子结构,所以介质损失大,而且介质所吸收的能量会以较慢的速度释放出来,对声音也会有不利的影响。

有些介质的原子的电子路径很容易加以改变,例如空气,只需从讯源吸收很少的能量,以这类物质来当介质其损失非常小,由于用空气来当介质在製线时较为困难,且不利于弯曲,一股高级导线大都採用铁氟龙、聚丙烯等昂贵的材料来当介质,虽然介质损失比空气高,但和其它低价位介质的损失比仍算低。

(7)遮蔽(SHIELDING)

由于射频(RF)的干扰是无所不在的,这包含在大气中传导各种频率的电波,射频也会侵入电源内,暴露在大气中的输电电线有如一个长型的天线,它会吸收电波也会再发射出去,于是电流中也会受到射频的干扰。由于信号线传递的信号十分微弱,所以一定要予以遮蔽,以免受到外来杂讯的干扰,最常见的遮蔽是用铜线编织成十分紧密的遮蔽网,导体包含其内,编织网外再覆以聚丙烯或其它类的合成橡胶,用来防止湿气及机械撞击,除了用钢网来做遮蔽外,还可以铝箔来代替,较为特殊,用其它金属来做遮蔽的也有,但十分少见,总之一定要用非磁性金属。

遮蔽除了使导体免受干扰外,也可防止导线内的信号发射出去干扰其它的系统,另外一项优点是其导线对地平衡,也就是说无论在何处,导线间的电容都是均匀的。但遮蔽层和导体间必须保持适当且均匀的间隔,如果两者完全的接触在一起,遮蔽层会将电磁能反射给最接近的导体。同轴型式的导线,电场和磁场均无法扩展到外导体之外,磁场被限制在两导体之间(如图二),因此同轴线是完全遮蔽线外来的杂讯是进不去的,也可减少发射损失。

至于喇叭线,由于其输送的电流量较信号线大很多,外来杂讯干扰的能量甚微,会被音乐讯号本身所遮蔽而不会有太大的影响,一般喇叭线都是无遮蔽的设计,但有些毫不妥协的喇叭线製造厂商为了避免此种微量的干扰,仍加上遮蔽网。

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《一般平行双导线和同轴导线之磁场分布图》

(8)其它因素

a、发射损失及感应损失

环绕导体的静电场和电磁场在导线中也会引起损失,静电场的作用是对邻近物体产生了充电的现象,另外导电的电流和电压变化所产生的变化磁场,磁力线的一部份从导线发射出去,情况和天线发射能量的方法非常类似,这两种情形都能造成能量的损失,可用接地的遮蔽来减少这类损失。

b、摩擦电流(TRIBOELECTRIC CURRENT)

摩擦电流是由于导体和绝缘层磨擦而产生,自由电子附着于导体上使电荷变为不平衡而导至电流的产生,这种情形会因导线弯曲后导体和绝缘层附着在一起而发生。

c、压电电流(PIEZOELECTRIC CURRENT)

压电电流是当机械应力施加在某种绝缘体上而产生的,同样的情形也会发生在陶瓷及一些塑胶上,铁氟龙及PTEE(聚四氟乙烯)虽然较聚乙烯更不易引起化学作用及更佳的抗潮性,但压电电流较多。所以在设计导线时,其绝缘层材料的选择也是颇为重要的一环,必须全盘的衡量各项优缺点后才能决定。

d.接头、接点、銲锡和銲功

一根导线的性能是否能完全发挥,接头的选择及銲接方面佔了十分重要的角色,是绝对不容轻视的一环,若是这方面处理不当,往往使一根优良的导线产生拙劣的声音,由于这部分牵涉的范围甚广,不是三言两语便能道尽,以后另以专文详加讨论。

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