การออกแบบสายนำสัญญาณ
- วันที่: 03/05/2014 16:46
- จำนวนคนเข้าชม: 9221
การออกแบบสายเพื่อใช้กับการนำสัญญาณระดับต่ำ(Low Level) ก็มีปัญหาหลักๆคล้ายกับการออกแบบสายเชื่อมระบบอื่นๆ เพียงแต่ผลในเชิงกลที่เกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็กนั้นลดลงไปอย่างมาก คุณสมบัติทางอีเล็คโทรนิคของสารทำฉนวนนั้น มีความสำคัญมากกับสายนำสัญญาณระดับต่ำ โดยฉนวนจะไปลดหรือกักเก็บพลังงานเอาไว้ และมันจะมีผลไปถึงสัญญาณเสียงที่ออกตรงปลายทางด้วย โดยทั่วไปค่าความคงที่ของฉนวน(Dielectric Constant) มักถูกนำมาใช้ในการโฆษณาเพื่อเน้นไปที่สเปค แต่ความจริงมันไม่ได้เป็นสิ่งชัดเจนกับการบอกว่าสารที่ต่างไปนั้นจะให้ผลทางเสียง จริงๆคือค่าสัมประสิทธิ์ของการดูดซับ(Coeffient of absorption) นั้นไม่มีประโยชน์มากนัก แต่ที่มีความหมายและมีผลมากกว่าก็คือ ปัจจัยในเรื่องความเร็วในการแพร่กระจาย(Velocity of propagation and dissipation)
ปัญหาก็คือตัวฉนวนจะก่อให้เกิดผลคล้ายๆกับตัวเก็บประจุ(Capacitor) โดยมันจะกักพลังงานเอาไว้ แล้วลดระดับพลังงานลงในที่สุด ซึ่งปัญหาทำนองเดียวกันนี้ก็เกิดขึ้นกับสารที่ใช้ทำแผงวงจร, ทำสาย และตัวต้านทานเช่นกัน มีเพียงสายในอุดมคติ(Ideal Wire)เท่านั้นที่ไม่มีปัญหาในเรื่องนี้ เมื่อนำโลหะตัวนำในสภาพของแข็ง(Solid Material)มาใช้ เราไม่สามารถเห็นถึงผลต่างๆทางอีเล็คโทรนิคได้โดยตรง การลดลงของพลังงานจะเป็นตัวบอกให้ทราบ พลังงานที่ถูกดูดซับไว้นั้นก็ยังคงอยู่ที่จุดเดิม แล้วเปลี่ยนสภาพออกไปเป็นพลังงานความร้อน และความร้อนนี้จะกลับไปมีผลต่อโลหะตัวนำนั้นอีกครั้งในเรื่องเฟส(Phase)ที่เบี่ยงเบนไป แต่ไม่ใช่เรื่องของการเลือกความถี่(Frequency Selective)ที่ระดับความถี่สูงๆ โดยปกติฉนวนทุกชนิดจะมีการดูดซับพลังงานเอาไว้ แต่บางครั้งก็ไม่มีผลมากนักเมื่อรวมกับคุณสมบัติอื่นๆ
สารสำหรับทำเป็นฉนวนที่นิยมใช้กันมากในปัจจุบัน มีอยู่ไม่กี่ชนิด อันได้แก่ PVC, Polyethylene, Polypropylene และTaflon ซึ่งบรรดาสารเหล่านี้สามารถที่จะเกิดฟองอากาศ(air foam)ได้ด้วย การพิจารณาเลือกใช้สารใดก็จะดูจากผลกระทบที่มีต่อการถ่ายนำสัญญาณในระดับต่ำ สำหรับ PVC นั้นถือว่าด้อยที่สุดเพราะมีการดูดซับพลังงานไว้มากที่สุด ในขณะที่ Polyethylene ได้รับความนิยมใช้กันมากที่สุด เพราะดูดซับพลังงานน้อยกว่า และมีความเพี้ยนต่ำมาก โดยมันจะมีความแข็งแกร่งทางอีเลคโทรนิคมากกว่า และ Teflon จะดีที่สุด(แต่ใช้กันน้อยเนื่องจากราคาสูง)
ค่าความจุ(Capacitance)จะมีความสำคัญมากกับสายนำสัญญาณระดับต่ำ ด้วยเหตุผลคือ หากสายนั้นมีค่าความจุสูงและมาก สัญญาณปรีเอาท์จากเครื่องเล่นต่างๆจะไม่สามารถขับสัญญาณออกมาได้ ค่าความเพี้ยนจะไม่เกิดขึ้นภายในสายแต่เกิดจากตัวสายเอง ดังนั้นมันจะไม่มีข้อด้อยใดๆจากการใช้สายนำสัญญาณระดับต่ำที่มีค่าความจุน้อย เหตุผลสำคัญประการหนึ่งคือ ค่าความจุที่สูงๆนี้ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นระหว่างตัวนำแบบลบ(Negative)และแบบบวก(Postitive) ซึ่งนั่นหมายความว่าพลังงานเป็นจำนวนมากจะถูกกักเอาไว้ที่ฉนวน สรุปก็คือไม่ว่าจะใช้สารใดมาเป็นตัวฉนวนก็ตาม ค่าความจุจะมีผลมากกว่า ยิ่งค่าความจุต่ำเท่าใดก็จะมีปัญหาลดน้อยลงเท่านั้น
ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับสาย
- เช่นกันกับอุปกรณ์ระบบเสียงรถยนต์ชิ้นอื่นๆ “สาย”ก็ต้องการระยะเวลาในการอุ่นเครื่องเหมือนกัน โดยสายจะปรับตัวเองให้ทำงานจนได้คุณภาพเสียงออกมา เมื่อผ่านการใช้งานไปแล้วประมาณ 2-3 สัปดาห์ เวลาที่ใช้มักเป็นการช่วยทำให้สารที่ใช้ทำฉนวนปรับสภาพทางอีเล็คโทรนิคจนเข้าที่เข้าทาง
- สายทั้งหลายจะมีทิศทาง(Direction)ในการถ่ายนำด้วยกันทั้งสิ้น ไม่ว่าจะเป็นสายไฟธรรมดา จนถึงสายพิเศษที่ทำการโลหะเงินบริสุทธิ์ ดังนั้นในการใช้งานบางชนิดจำเป็นต้องคำนึงถึงทิศทางด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสายนำสัญญาณเสียงและสายลำโพง บางครั้งต้องใช้ไปในทิศทางเดียวกัน บางทีก็ต้องใช้ในทิศทางตรงกันข้าม สายบางยี่ห้อที่ผลิตโดยบริษัทชื่อดังจะมีการทำคู่มือเพื่อการใช้งานมาให้ด้วย หรือไม่ก็แจ้งไว้ที่ตัวแกนของโรลสาย(Spool) และหากไม่มีแจ้งเอาไว้ อาจต้องใช้การเปรียบเทียบดูว่าด้านไหนจะได้เสียงดีกว่ากัน ซึ่งเปรียบเทียบได้ง่ายพอควร
- พาสซีฟ-ครอสโอเวอร์ของลำโพงบางยี่ห้อ สามารถต่อแบบ”ไบไวร์”(Biwiring) ได้ทันที โดยมีขั้วอันหนึ่งสำหรับวูฟเฟอร์และขั้วอีกอันหนึ่งสำหรับทวีตเตอร์ ซึ่งวิธีการนี้สามารถลดความเพี้ยนบางอย่างของลำโพงลงได้ การต่อสายลำโพงแบบไบไวร์นั้น จะต้องใช้สายทั้งสองเส้นทีเหมือนกัน หรือออกแบบมาลักษณะเดียวกัน หากสายทั้งสองมีความแตกต่างกันในเรื่องของเฟสมาก จะเกิดลักษณะการเลื่อนเฟสมากๆ ความสมบูรณ์และความเข้ากันได้ของลำโพงทั้งสองก็จะด้อยลง
- การเชื่อมต่อสายเพื่อให้มีคุณภาพสูงสุดนั้นมักเป็นการต่อแบบเชิงกล การบัดกรีไม่มีผลต่อการถ่ายนำที่ดีนัก เพราะตะกั่วไม่ใช่ตัวนำที่ดี ซึ่งการเชื่อมต่อสายด้วยการบัดกรีนั้นจะใช้ตะกั่วน้อยสุด ให้ผิวของโลหะตัวนำสัมผัสกันและกันมากที่สุด การหลอมละลายให้ติดกันจึงเป็นวิธีการต่อสายที่ดีที่สุด
ตัวนำสัญญาณชนิดต่างๆ
สายนำสัญญาณโดยทั่วไปมักนิยมใช้โลหะทองแดง(Copper) เป็นตัวถ่ายนำสัญญาณ แต่ถึงจะใช้ทองแดงเป็นสารตัวนำสัญญาณเหมือนกัน แต่คุณภาพของการถ่ายนำสัญญาณจะเด่นจะด้อยก็ขึ้นอยู่กับกรรมวิธีในการผลิตทองแดงนั้นๆขึ้นมา โดยเน้นให้มีความบริสุทธิ์สูงสุด เพื่อให้คลื่นสัญญาณเสียงผ่านได้สะดวกมากที่สุด จนเกิดการแปลงสัญญาณที่สุดปลายทาง ชื่อของทองแดงจึงถูกเรียกแตกต่างกันไปตามกระบวนการในการผลิตขึ้นมา ที่พบเห็นกันบ่อยก็ได้แก่
TPC(Tough Pitch Copper) เป็นสายที่ผลิตขึ้นเพื่อการใช้งานเกี่ยวกับไฟฟ้าทั่วไป อาทิ สายไฟบ้าน ซึ่งอาจมีการนำมาใช้กับระบบเสียงอยู่เหมือนกัน แต่เป็นสายแบบธรรมดา กระบวนการผลิตเส้นทองแดงชนิดนี้จะใช้กรรมวิธีการหลอมปกติ แล้วปล่อยให้เย็นตัวลงในสภาพบรรยากาศที่มีออกซิเจน(Oxygen) อยู่ประมาณ 300-500 PPM (PPM: Part Per Million หรือหนึ่งล้านส่วน) เส้นทองแดงชนิดนี้นอกจากตัวเนื้อโลหะตัวนำเป็นทองแดงแล้ว ยังมีส่วนผสมของไฮโดรเจน(Hydrogen)อยู่ด้วย
OFC(Oxygen Free Copper) เป็นสายที่ผลิตขึ้นโดยเน้นการกำจัดไฮโดรเจนออกไป และลดปริมาณของออกซิเจนลงให้มากที่สุด โดยการหลอมโลหะทองแดงให้อ่อนตัวลงเพื่อลดโครงสร้างของผลึกทองแดงให้เล็กลง สายประเภท OFC นี้จะมีค่าความบริสุทธิ์ของทองแดงมากถึง 99.99% และมีออกซิเจนเจือปนอยู่น้อยมากประมาณไม่ถึง 10 PPM
PCOCC(Pure Copper by OHNO Continuouse Casting Precess) กรรมวิธีการผลิตแบบนี้ ปัจจุบันถือว่าสุดยอดทางเทคนิคการผลิตทองแดง เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการถ่ายนำสัญญาณ พัฒนาขึ้นโดยศาสตราจารย์ OHNO แห่ง Chiba Institute of Technoloty เริ่มต้นจากการหลอมทองแดงให้เกี่ยวเนื่องกันแบบโมด์ความร้อน เพื่อทำให้ทองแดงเหลือเพียงผลึกเดี่ยว(Monocrystallization) ซึ่งการเกิดเป็นผลึกเดี่ยวนี้เอง จึงไม่มีทั้งออกซิเจนและไฮโดรเจน และยังช่วยลดอัตราส่วนของแรงดึงต่อแรงดันลงได้มากอีกด้วย จึงทำให้มีค่าความพลิกผันมากกว่าค่า Q นอกจากนั้น PCOCC ยังมีแรงต้านทานต่อสนามแม่เหล็ก อันเป็นปัจจัยสำคัญที่ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนภายในตัวนำ สัญญาณต่างๆที่ผ่านเข้ามาจึงไม่มีการบิดเบือน ปัจจุบันด้วยเทคนิคของ PCOCC นี้ ทำให้มีค่าความบริสุทธิ์ของทองแดงมากถึง 99,99999% เลยทีเดียว มีชื่อเรียกอีกอย่างว่าสาย 7N
