解剖 樂器（instrument）cable ( 搬家文 from yahoo blog , Day 3 )

（本文譯自 Pro Co Sound 的 “Cable Anatomy：Understanding the instrument cable”）

樂器 cable 是用在高阻抗還是低阻抗的線？

通常，訊源阻抗（source impedance）是線材選用的決定因素。樂器 cable 的使用，涵蓋的訊源範圍相當大。許多鍵盤樂器（keyboard instrument）、混音器（mixer）和信號處理器的訊源阻抗很低（50～600 ohm）。另一方面，標準的電吉他和 bass 的拾音器，卻有著高電感性的高訊源阻抗（20,000 ohm 以上）。典型的負載阻抗（load impedance）都大於 10,000 ohm，把電流限制在很小的範圍，約幾 milliampere。

樂器 cable 承載多大的功率？

以電吉他為例，電壓的範圍可能會從幾 millivolt，到像從 mixer 送過來的超過 10 volt。根據歐姆定律，代表它的功率小於千分之一 watt。

樂器 cable 需要怎樣的頻率響應？訊源產生的最低和最高的頻率為何？

整個可聽見的頻寬帶（bandwith）範圍，約從 bass guitar 與合成器的 41 Hz（以下），到鍵盤鐃鈸的 20 kHz。錄音應用需要較大的頻寬以保留熱門表演的嘶聲。一把電吉他也有 82 ～ 5kHz 以上的頻率範圍。

樂器 cable 需要多大？較粗的 cable 聲音會比較好嗎？較粗的 cable 壽命比較長嗎？

為了能與 1/4 吋的 phone plug（6.3mm插頭）匹配， cable 最大直徑實際上被限制在約 .265 吋以內。越粗的線需要越大的插頭套筒，在緊密靠近的插座或空間有限的地方，有時候就沒辦法用了。至於聲音和使用壽命，「不是你把它做的有多大，而是你如何讓它變大。」（“it’s not how big you make it，but how you make it big。”）

樂器 cable 的基本組成部份是哪些？每一部份的功用為何？

同軸結構是一般非平衡樂器 cable 常使用的。最簡單的包含一個「中心導體」，從訊源承載電流，以「絕緣介質」與「遮蔽網」隔離，遮蔽網同時也是電流回流的導體。這三個部份有時會加上「靜電隔離層」，減少操作雜音，最後以外層「被覆」增加保護和美觀。

什麼是線蕊狀（stranded）中心導體？為什麼它這麼重要？

線蕊狀（stranded）導體，是由一群銅蕊集結在一起組成一個較大的導線。實心（solid）導體只有一蕊（strand），在製線時，是最便宜也最容易製作組裝的，因為它們不用扭絞和鍍錫，而線蕊型態是需要為焊接先做準備的。（編按：strand 有時我們稱「蕊」，有時稱「股」。不過「股」可能有「多蕊」意含，易生混淆。以實心導體為例，用「蕊」會比較接近，故本文及站上文章皆以「蕊」為 strand 譯文。）

使用實心導體的問題是，當它彎曲盤繞時容易金屬疲勞和折斷。這使得 cable 需要經常移動時，蕊狀導體成為 cable 的必需品，特別是它們要交到人類手上玩音樂的時後。細微蕊狀導體會增加 cable 成本，因為生產時間增加，以及需要高價精緻的機械裝置，將微小易斷的線蕊組成單一導體。中心導體的線蕊程度只是 cable 整體彈性度的影響因素之一，不過一般說來確實越細蕊的導體，越能增加 cable 的彈性度與彈性壽命。

什麼是導線（wire）的 guage ？樂器 cable 用多少 guage 的導線？

銅線直徑以 AWG（American Wire Guage）標示，號數越大 size 越小。例如，20 AWG 導線比 18 AWG 小。通常，樂器 cable 的中心導體約在 18～24 AWG 的範圍，其中的線蕊約 32～36 AWG。許多製造廠因為設備太老舊，做不出比 36 AWG 還細的導體。日本廠商可以做到 40 AWG 的超細微導體。（編按：本站預定十月底引進的兩款  the best Belden microphone / instrument cable 即是 40 AWG wire 的製程。）

樂器 cable 的中心導體應該要有多大 guage？

因為樂器使用到的電流小到可以忽略，中心導體使用的銅量，對信號傳到擴大機的影響程度極小。事實上中心導體的大小主要決定於（1）最大直徑要小於等於 .265 吋，同時又要（2）足夠的張力強度，能忍受嚴苛的操作而不損壞。20AWG 變成非常通用，通常由 26 x 34 awg 或 41 x 36 awg 組成。 20 AWG 導體的折損點大約 31 磅；把導體 size 減小到 22 AWG，折損點也降到約 19 磅（減少 39%）；反之，如果增加到 18 AWG，則可以承受到 49 磅的張力（增加 58%）。樂器 cable 最常出現的損壞情況就是中心導體斷裂。

鍍錫銅與純銅蕊狀導體的差異何在？

有時候中心導體在組成導線前會先過錫。鍍錫銅比較好焊，特別是有長時間（數月～數年）存放需求的時候，因為鍍錫層可以防止氧化。如果 cable 製造後馬上就要使用，那麼是不需要鍍錫的，徒增不需要的花費而已。更何況，集膚效應（skin effect）會讓鍍錫銅的使用，對 cable 的高頻信號傳輸存有潛在的威脅。然而沒有鍍層的純銅，氧化形成也會使表現退化。

集膚效應如何影響鍍錫銅？

簡單的說，cable 電流產生的電磁場，造成頻率增加時，電子流越趨集中在導體外層表面流動的現象，稱為集膚效應（skin effect）。如果這個表面鍍有錫層，它的電阻比銅高，cable 的高頻響應會掉落，變成像一個衰減器一樣。

中心導體的絕緣材料為何？

中心導體周遭的絕緣材料可能是熱固型的（thermoset，rubber、E.P.D.M.、neoprene、Hypolon），或熱塑型的（thermoplastic，polyethylene、polypropylene、PVC、PEP）。熱固型材料附著在導體上，經過熱處理硬化，產生很高的熔點，使它在焊接時非常好用。但是熱處理硬化過程，會增加成本，而且不可預期的收縮，讓想維持希望的壁厚（wall thickness）變得困難。熱塑型絕緣處理便宜，但是遇過熱時會回到液狀，在焊接較大導體時需要特別注意。在過去十年間，樂器 cable 的絕緣介質選擇，已從橡膠或 E.D.P.M. 移到高密度聚乙烯，成本是最大考量。

絕緣材料如何影響彈性度？

絕緣材料與它的厚度，對 cable 的彈性度具有決定性的影響。很細微的蕊狀導體，如果加上很硬的絕緣合成，將會顯得跟實心導體一樣。絕緣層越薄，cable 整體柔軟度越高。

絕緣層需要多厚？

絕緣厚度的基本電氣要求稱為介電強度（dielectric strength），由 cable 的工作電壓（working voltage）決定。樂器 cable 涉及的電壓很低，防止絕緣崩壞的介電強度需求也不高。不過有一個重要的考慮因素，當使用在像電吉他這類樂器時，導體與遮蔽網之間的電容（capacitance）量是要特別注意的。

電容（capacitance）是什麼，有什麼作用？

電容是儲存電荷的能力。在 cable 上，中心導體與遮蔽網之間的電容以 picofarads per foot（pF/ft）表示，值越低電容越小。Cable 電容與訊源阻抗（source impedance）結合，在樂器和擴大機之間形成一個低通濾波器（low-pass filter）；也就是它會切掉高頻，類似樂器上的音調控制（tone control）。

為什麼低阻抗 cable 比較好？如何消除 cable 電容？在損失高頻之前，cable 可以有多長？

較低的 cable 阻抗，可以讓較多自然的「明亮」、「鮮活」或「刺激」的感覺從樂器傳送到擴大機，相對反應在 treble 的控制可以減量，減少嘶嘶聲和不必要的雜訊。高頻損失是否到能聽見及不悅感受，依訊源，放大與其他狀況而定。提高訊源阻抗或增加 cable 長度，都會增加耗損。並沒有一個高頻損耗會突然出現或突然消失的點。吉他通常在高頻時有相當高的訊源阻抗，因為它拾音器的天生電感特性，會加重 cable 的電容效應。當吉他 cable 超過 40 呎時，聲音常常明顯變得混濁。反之，鍵盤樂器、取樣器、混音器以及其他低訊源阻抗的 line-level 器材，可以經常用數百呎長度的 cable 順利運作。

低電容 cable 是怎麼做的？

Cable 外部直徑受限於必須使用的插頭，cable 電容則是導體 size（強度）、絕緣材料（成本）及絕緣厚度（大小與彈性），相互影響的結果。「介電常數」（dielectric constant）用來衡量材料的絕緣品質。有些材料絕緣超好，但不實用 – 例如：玻璃！就實用性而言，熱塑型材料遠比熱固型家族來的優越。例如，聚乙烯（polyethylene）的介電常數 2.3，而橡膠（rubber）是 6.5。這會讓同樣絕緣厚度，以「聚乙烯」絕緣的 cable，電容值只有「橡膠」絕緣 cable 的 1/3。聲音的清晰度也會因而提高。

樂器 cable 的最佳萬能絕緣材料是什麼？

聚乙烯（polyethylene）是非常經濟又很難超越的一個（鐵氟龍好一點，但是太貴，而且柔軟性也沒那麼理想）。唯一的缺點是熔點低，在焊接時需要良好的接觸技巧。

靜電遮蔽（electrostatic shield）是用什麼做的？

靜電遮蔽（electrostatic shield）最早出現在 cable 上是以人造纖維編織而成。今天含碳纖的聚脂纖維做成的「noise - reducing tape」，在好的高阻抗 cable 中是很常見的。越漸受歡迎的是導電塑膠（conductive – plastic，carbon – loaded PVC）的靜電遮蔽。導電 PVC 可以噴出成型，就像另一個絕緣層一樣，可以 100% 包覆絕緣介質，厚度維持一致，以及很低的摩擦作用。

C – PVC 優越的導電性，比半導電性膠帶，更容易排出造成「碰撞聲」的小電荷。射出成型的 C – PVC 比聚酯纖維膠帶薄而且柔軟，後者沿著 cable 縱向纏繞，限制了 cable 的彎曲度。雖然導電塑膠（附銅瀉流導線）已經取代銅編織網或螺旋遮蔽（編按：指靜電遮蔽的應用），不過 10 kHz 以上時，它的遮蔽效果就大減了。

為什麼有些 cable 有麥克風效應？

就如先前說過的，中心導體、絕緣介質與遮蔽網形成同軸 cable 的電容器；還有，很多麥克風製造商會告訴你，電容器的極板偏斜，會產生一個電壓。（這是電容式麥克風的基礎！）類似的，當我們的 cable 電容器極板（導體與遮蔽網）偏斜時（例如踩到它或者撞擊到硬地板），一樣會產生一個電壓。很不幸地，這個電壓通常會以像「突然撞擊」的聲音，從擴大機送出，令人非常難受。這類型的效應稱為靜電雜訊（triboelectric noise）。

Cable 雜訊如何降低？

靜電遮蔽的瀉流作用，對靜電性（triboelectric）雜訊的消除大有幫助。靜電性（triboelectric）衝擊雜訊，也可以藉由較厚、較軟的絕緣介質，降低 cable 電容而減少，因為導體的偏移也按比例減少了。高阻抗應用中，單一導體的同軸結構，比絞線對（twisted pair）優越的主要理由也在此 – 在既定的直徑範圍內，它可以容許使用比較厚的絕緣介質。靜電效果在高訊源阻抗中會被更突顯，當訊源成開路（open circuit）時是最糟糕的 – 例如，一條 cable 插在擴大機上，另一端卻沒有樂器接上。這類型的雜訊測試，需要把 cable 接上一個有遮蔽的負載，以模擬真實樂器的訊源阻抗。

遮蔽網做什麼用？

同軸 cable 的遮蔽網（shield），用作信號電流的回流導體，同時也是防止干擾雜訊到達中心導體的屏障。這些由 cable 遮蔽網，不同程度可以防範的干擾，有 radio frequency（RFI，CB & AM radio），electromagnetic（EMI，power transformer），以及 electricstatic（ESI，SCR dimmers、relays、日光燈等）。

什麼原因讓一種遮蔽方式比另一種好？

（編按：請參考「選擇正確的 microphone cable」，文中有述。）

三種基本遮蔽的特性是什麼？哪一種「最好」？

（編按：請參考「選擇正確的 microphone cable」，文中有述。）

哪一種遮蔽網最能對抗由 AC 電源線或電源變壓器所產生的 60 – cycle 哼聲？

很沮喪的事實是，最令人厭煩的哼聲產生頻率（60 & 120 Hz），頻率太低，幾乎沒有任何東西可以阻擋，除了實心含鐵的管子 – 鐵、鋼、鎳等 – 沒有一項對 cable 柔軟性是有幫助的！對電磁耦合的干擾，唯一解決之道是盡可能縮小迴路面積。這也是平衡線應用中，「絞線對」會被歡迎使用的原因之一。

不要將樂器 cable 與延長線並排放置；不要將過長的 cable 捲成一圈，塞到擴大機的把手上 – 這會變成一個絕佳的 60 Hz 哼聲的拾音器。