音频碎碎念（四）—— 线材的玄学

今日HiFi玄学：线材。学习了以后，我发现其实线材是一个博大精深的领域。从电报时代开始，它一百多年发展的核心在于对抗电磁干扰。目前常用的两种对抗干扰的方法是：

1. 双绞线。一个电磁干扰会同时在两个线里面产生幅度相同，方向相反的干扰，正好就被抵消了。现代的双绞线可以非常精确地匹配两根线的电容电感阻抗等等，从而组成一个平衡线。双绞线的主要问题是，在同时有多对线的时候，不同线对绕转的速率不能相同，否则会互相干扰。但这样又会导致不同线对的长度不一样，造成不同的延时（delay skew）。但这个只对几MHz以上长距离的应用有影响，不影响模拟音频应用，因为频率只有最多几十kHz。
2. 同轴电缆。同轴电缆没有绕转设计，不是平衡系统，对抗电磁干扰主要靠屏蔽。它的特点是高频性能，比如100kHz以上的性能，比双绞线更好。不过这对低频应用如模拟音频来说也没有优势，因为频率太低了。

在此之外有很多复杂的电磁屏蔽方法，可以独立应用在双绞线或同轴电缆上。尤其是又要施工方便（容易现场切割，容易用接头接上），又要屏蔽能力好，往往面临工程上的trade off。但这些优化大都针对高频应用，尤其是电磁波的波长到毫米级别以后甚至可能从传统的网状屏蔽的网眼中间泄露。低频应用如模拟音频其实根本不用考虑这些。有人做了实验，就用最土的双绞线，什么额外屏蔽都没有，在40kHz以下的信号里，电磁干扰导致的噪声在-100dB以下。好一点的设计可以到-110dB以下，这个远远超过人耳的听力极限，甚至超过了很多测量仪器的极限。所以说了这么多，对模拟音频传输来说，就用最便宜的无屏蔽双绞线就好，更贵的也不会更好。

当然在电磁干扰之外，线缆还有很多讲究。一个是电阻。交变电流有集肤效应，这导致越高频的信号，它的传输越会集中在表层。这带来了一些问题，也带来了一些机遇。大多数的线缆为了避免腐蚀，都用的铜线外表镀了一层锌。在高频应用场合（>5MHz），锌的电阻高于铜，会造成不经济。所以在有些需要强度频率又高的场合（>50MHz），用的反而是强度和电阻都很大的钢导线，然后表面覆盖一层铜。这样又有强度，电阻又很低。也有的情况会在铜导线表面镀银，这主要是因为上面说到不能镀锌，所以大家很多时候就用裸铜。但裸铜氧化或者跟包皮（尤其是特氟龙）反应以后生成的氧化铜导电性很差。但银氧化以后生成的氧化银导电性跟银差不多。所以这样可以保证线材在高频应用中的电阻保持稳定。不过以上这些跟模拟音频都没有关系，因为频率太低了，集肤效应可以忽略，基本上可以用满整根导线的所有截面积。

总之，音频领域花了很多精力来研究线缆，尤其是电磁屏蔽和集肤效应的影响，但这些都是为了高频率大带宽远距离数字传输使用的，跟20kHz量级的模拟音频都没什么关系，模拟音频就用1880年代的双绞线技术就已经超出人耳极限了。不过虽然双绞线技术本身就足够了，但直到21世纪双绞线线材才满足模拟音频要求。这主要是因为互联网的发展推动制造业把双绞线的两边做得精确匹配，这样才可以实现电磁干扰的精确抵消。如果只是玩模拟音频，把各种不同组件中间连起来的电缆就用普通的平衡线就好，有钱的话可以加点额外的电磁屏蔽比如金属编织网，但也不会带来可感的好处。

Comments