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音响实际操作知识---音响常用的线材
发布日期:[2015-2-4 11:20:24]    共阅[1265]次
导电材料
    一般我们采用的导电材料是金属材料,铜、银、铝及合金,首先金属材料导电性能较好(ρ较小,即电阻小。其次金属材料导热性能好,当电流流过产生的热量容易传导出去。再者,金属材料比较容易加成线材,同时有一定的抗拉强度和弯曲性能。
              锭材                         放大
    首先金属材料经过熔炼加工成锭材,由于金属材料在凝固结晶过程中会产生偏析现象,在晶界处产生杂质富集,这些元素中受影响最大的是氧、硫等非金属元素和铁等磁性元素,氧、硫等元素会化合反应,形成氧化物和硫化物,这些化合通常是非导体或半导体,引起大的电阻和晶界处产生电容,引起信号衰减和失真。而铁是磁性物质,会引起信号的失真。所以往往我们在制造音响会采用线中采用无氧铜,以减少氧含量,选用高纯度的材料以减少其他杂质元素。
    不同的晶粒间,原子的排列方向是不一致的,当信号流过时,电子运动会改变方向和产生折射和散射,引起导电性能的下降和信号失真,所以在制作音响线中,我们往往采用长晶粒铜甚至是单晶铜线。   
    虽然在锭材加工成线材过程中,通过挤压,轧制会打碎部分晶界和氧化物等片状结构,成较小的散状或通过热处理来改善部分性能,我们首先要保证材料的纯度和结晶方向。
1:铜是我们最常用的制线导电材料。按照国家标准铜(制作线材用的铜)的纯度必须大于99.7%,电阻率 时小于17.24n ,当镀锡线和镀银线有所变化(在原材料检查一节中再谈)
TPC:电解铜,就是我们普遍制作铜材料的原始材料。
OFC:无氧铜,去除电解铜中的部分氧分子和杂质,一般纯度在99.99%左右,是音响用线的最低标准,也就是常说的4N铜。
Hi-OFC:高传导无氧铜,通过进一步去除铜中氧化物,并去除其他杂志,使铜的纯度提高到99.99%以上,同时经过加工和热处理,尽量使各晶粒中原子排列的晶格尽量一致,改善导电性能。
LC-OFC:通过机械加工和热处理方法使高传导无氧铜的晶粒长大,减少导线晶界造成的信号失真。
PCOCC:单结晶无氧铜,在熔炼铜时,用定向生长和快速凝固的方法,使铜的晶体生长拉长,最长的可以达到100米以上,使导线内晶界消失,根本上消除晶界和氧化物对信号失真的影响。
PSC:实心光面铜:由于我们在线材拉丝过程中,铜的表面不光滑和表面氧化杂质带入,影响了信号传输的平滑性,特别是高频信号。由于趋肤效应,高频信号只在表面传输,不光滑和不清洁的表面使高频信号传输不畅和失真(就像汽车开在坑洼路面)。PSC就是在PCOCC的基础上对线材进行抛光和去除表面杂质。
              TPC          OFC           LC-OFC          PCOCC
纯度         >99%       >99.99%        >99.99%         >99.999%
氧含量      <500ppm     <20ppm         <20ppm         <5ppm
结晶长度    >0.00002m    >0.003m        >0.1m           >1m
2:银也是我们常用的制线导电材料。因为银较贵,一般只作表层材料,使低频从中心铜线进行,高频从表层银层进行。
    银的导电性能略比铜好些,但由于电阻率略低,即电导率 高,趋肤效应比铜略明显,但为什么银用在高频线材中?因为银的化学性能比铜更加稳定,它的表面不易氧化,所以它的高频传输性能比铜好,在高频线中,如视频线,数字信号级中做表面层材料,当然在一些高档的线材中一般采用纯银材料。首先是有更好的导电性能,其次作为高档线有更好的商业价值。
银材料也有OFS、HI-OFS、PCOSC、PSS不同纯度和档次之分。
    铜合金,这是一种不常用制线导体材料,俗称黄铜。主要成分铜、银、锌合金。现在在高档线材中很流行的一种材料。它的音色与传统的铜线有很大差异,对有些器材是很合适的,对于有些器材是很不合适的,也可以说是具有很大个性的制线材料。由于铜合金电阻比铜大一个数量级,所以它的趋肤效应比铜不明显,它的高频传输和低频传输更加一致。同时它的抗氧化性能比铜好,它的表面更有利于高频传输。缺点也是很明显的,它的电阻率很高,长距离的传输损耗太高,在需要长距离传输的专业场合是不适用的。同时,由于高频和低频传输特性与铜有一定差别,容易引起正常用铜线材调试平衡的系统用了铜合金材料后会产生新不平衡,所以它的使用性有一定的局限,通常表现为高音亮丽。
碳纤维,过去碳纤维导体主要用在一些高输入阻抗的仪器和医疗器材上(在江苏有些厂在生产)。它的抗老化,抗氧化,抗拉强度极为优异。它的内阻很高大约高于铜线的3个数量级,同时它的直径一般在几个 ,所以它的趋肤效应不明显。以上的特点决定的碳纤维很适应高频信号传输,但它的缺点也是十分明显的,它的内阻很高,1米长的信号线内阻一般为几百欧姆,而同样尺寸的铜线只有零点几欧姆或更低,对于输入阻抗低的器材是极不适合,引起信号衰减,动态压缩。在大电流场合中也是不适合的。VDH的 the third一条300多万条碳纤维组成的喇叭线,每米阻抗高达70 电阻,已经高于一般信号线电阻,常用喇叭线长3米。有0.2 ×2电阻已经超过喇叭分频器内电感内阻,甚至超过喇叭内阻十分之一,严重降低的阻尼系数,对于低阻抗和大型喇叭箱低频非常不利,更不用说在需长距离传输的专业场合,它的成品线材制作与铜线工艺也不同。
解释:前面所叙的铜的纯度是铜棒的纯度。这些纯度的表示方法是带有许多商业意义的,但做线行业都这样称呼。
    铜的纯度达到99.999%以上当前的检测技术是无法检测的(包括美国国家计量局)。因为化学分析高纯材料是用减量法进行。要精确的数据,使用的天平必须达到几十亿分之一精度,这种精度受风,潮气影响。那怕是在真空中称量也是难以达到的。再加元素周期表上面的所有元素去减量。所以,一般线材铜丝能真正达到99.99%纯度已是很好了。99.999%铜在提纯后需用玻璃真空封装,如长期接触大气是不可能达到99.999%的铜丝。我曾经在中科院分析国外各线厂的各种高纯铜制成的线材,线材都是极新,而且号称7N,8N纯铜,实际纯度无法达到99.99%。含氧量最低的是古河线60PPm,其它均大于100ppm.。为什么会有与标称有如此大的差别呢?经过离子探针的进一步剥离和分析,发现材料生产工艺是严重影响线材质量的根源。首先线材拉丝过程中模具的不光滑引起拉丝滑痕,这些拉丝滑痕中往往带入润滑油等其它杂质,通过下一道拉丝卷入导线中,其次热处理过程中的氧化和生产过程中的导线保存不良,产生氧化受潮及其它气体的化学反应。
    高纯铜线和大晶粒,晶粒趋向均匀的材料,确实是对线材的性能有一定的提高,主要是中低频的改善,但高频性能提高主要决定于导体的表面,所以对于制线角度来说,导线加工工艺的质量保证要远重要于纯度。
    目前,值得注意是黄铜丝材料。在国外中高档线中颇为流行。(一般家庭使用)在不是很长距离的应用,由于高音亮丽,在AV系统中使用比较适合,它的成分Cu加20-30%Zn.由于Zn与Cu是固溶状态,一般不会产生其它结构,导电性能还是可以接受的,电阻率一般是纯铜的4-8倍。由于它化学稳定性好于Cu,生产时对材料保存,使用要求也不需要太严。同时,黄铜丝的成本也不高,拉丝的加工性能与铜相似,所以工艺上也不需要改动。至于部分厂家加入银这纯粹是商业炒作,因为Ag加入黄铜后电阻反而增加,化学稳定性也没有什么提高,唯一提高的是硬度,结果使拉丝工艺更加困难,实际生产中,只需加入使正常化学分析可以检测到的银就可以了,就达到商业价值。
绝缘材料
    现在生产的电缆绝缘材料主要是塑料。油、橡胶、纱已很少使用,电缆对塑料性能有如下要求。
电绝缘性能:体积电阻率,介质损耗角 介电常ε数,介电强度。
机械性能:拉伸强度高,断裂伸长率大,柔韧性好,冷弯曲性好,耐振动性好,耐磨性好,
热性能:耐温等级,长期使用温度及短时工作温度。热交形率,耐热冲击。
耐气候性:环境老化,耐气候老化,耐温,耐辐照。
安全性能:阻燃低烟、防霉、防鼠
主要用途:芯线绝缘用塑料,填充塑料,外皮用塑料。
下如,我们对音响线重点要求的绝缘性能进行分析,体积电阻率,一般PVC  ρ>1×1013     PE  ρ>1×1015     聚四氟乙烯ρ>1×1018 都能满足音响用线要求。
介质损耗角 :这对音响线来说是很重要的,如果 高,意味着高频信号会受到衰减,这样减少不是简单的信号振幅大小变化,而是一些小信号的损失,实际听感上, 大的介质制成的线高音发暗,发浑,小细节丢失。
1MHZ       PVC        PE         交联PE        聚四氟乙烯   聚全氟乙丙烯  发泡PE
    4-5×10-3   2-3×10-4    3-5×10-4         2-3×10-4     2-3×10-4     1-2×10-4
    明显PVC的 大于PE 20倍左右,所以一般制造高档音响用线是不使用PVC做绝缘材料,特别是用在高频场合,如视频线,数码信号线是绝对不能使用PVC材料的,而通常会发泡PE。
介电常数:前面已谈过,芯线间的电容正比于介电常数ε,通常制造线材中,尽量减少电容,以减少高频衰减和增高脉冲的上升速度,(部分特别设计的有强烈个性音频线例外)所以要选用低的介电常数的绝缘材料。
1MHZ   空气    PVC    PE      交联PE   聚四氟乙烯   聚全氟乙丙烯    发泡PE
ε          1     6~10   2.2~2.4        2.3~2.5      2~2.2          2~2.2            1.4~2  
 
介电强度(俗称耐压): 是PVC、PE等,它的介电强度均大于10kv/mm完全能满足音响用线的几十伏耐压。
    造成PVC在电绝缘性能上差主要原因,PVC是有极分子结构的。正常下每个分子具有固有电矩,在电场作用下,产生排列,称为取向极化。在高的频率下,由于分子的惯性较大,
    取向极化跟不上的电场的变化,产生严重的损耗,而PE只是惯性很小的电子产生位移极化,所以在高频下损耗低。通常音响用线制造中,尽量不要选择有极分子机构类材料。     
常用到线用塑料有如下特点 :
软PVC:稳定性好,通过交联式其它方法的改性,耐温等级高,改性后可以耐到120℃左右。容易制作,容易添加其它材料,达到阻燃,低烟,抗磨,抗拉,但电性能不好,所以一般选用软PVC作为音响用线的外皮材料。
高低压聚乙烯PE:它的介质损耗角小,介电常数也小,吸水小,化学性能稳定,广泛用作音响线缆的绝缘材料,缺点也是很明显的,耐热性低一般70℃左右,尺寸变化大,加工工艺不适当时,容易发生开裂,近年来,通过加入交联剂,防老化剂,聚异丁烯等,使性能做到很大提高,耐热等级可达到105℃完全能达到作为音响用线绝缘材料的要求。一般来说,中高档的音响用线均采用PE绝缘。随着使用的电流频率提高(如视频用线,数码用线)需要进一步降低介质损耗和介质常数,我们就应采用发泡PE,但要注意的发泡PE的吸水性较大,制作成品线时应该注意,并对两端进行密封。
聚四氟乙烯(俗称特富龙):这是一种极为优异的制线用材料,它的电绝缘性能与PE相同,但它的热性能,化学稳定性,机械性能是其中塑料无法比拟的,它的耐温等级可达到300℃。可是它的成本较高,制线困难(无法用传统方式挤出)所以只有高档线缆才采用。
聚全氟乙丙烯:由于聚四氟乙烯性能极为优异,但制线困难,所以进行改进加入丙烯,使它可以用传统方法挤出。除了耐温等级略低于聚四氟乙烯(200℃),其它的性能与聚四氟乙烯相同。市场上看到的俗称特富龙线,大多数均为聚全氟乙丙烯。
    用作填充材料的塑料,一般要求吸水少,抗拉强度高,减震性能好的材料。
 
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