线材制作大揭密

xiaotuzi

音响导线是怎么做出来的？我们一边讶异于电源线、讯号线、喇叭线，甚至小小一条数字线对于声音所造成的变化，一方面又对越来越昂贵的高级线材望而兴叹。要报导线材的制造秘密，当然得找万隆不可，这是我第一个浮现的想法。事实上，台湾一直是全世界最大的高级音响导线OEM基地，而位于云林古坑的万隆公司又是个中佼佼者，许多国外名厂的线材都是委由万隆加工制造。碍于合约关系，我们无法告诉你哪些线是从万隆出来的，不过希望你看过这篇简单的报导后，对线材的神话与迷思可以有更进一步的认识与化解。 <br>
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台湾的唯一<br>
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根据经济部两年前的一篇报告，指出从1970年起，全球铜消耗量以每年2.5％左右温和成长，成为使用量仅次于钢铁及铝的金属。铜具有优异之热／电传导性、良好之抗蚀性及良好之成形性等特性，为3C产品零组件之重要原材料。台湾是世界第六大精炼铜消费国，十年来复合年增率达11％，居全球之冠，每人精炼铜消费量达28.4公斤，居全球第二，但是间接外销比例大。铜半成品可分为电线盘条及伸铜品两大产业，产值合占我国金属制品业的17％，下游关联产业主要有电线电缆、电子信息、家电、机械五金、建筑、饰品等。目前一贯作业制造厂商约有56家，1998年产值为555亿元，总产量约77万公吨，电线电缆占68％，伸铜品占32％。不过与其它工业国相比，台湾的竞争力较差，专家推荐台湾较具发展潜力产品包括电解铜箔、轧延铜箔、导线架铜片、精密黄铜片、磷青铜片、ACR内螺纹卷管、无铅黄铜棒、铜包钢接地棒、高纯度线材（OCC）、高传导极细线、161KV超高压电缆线等。<br>
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从这篇报告中我们可以发现，台湾的铜制品产量相当的大，其中电线电缆又占了大宗，而且制造厂家众多，不过整体竞争力却不佳。OCC算是较高附加价值的技术之一，尤其是用在音响导线上。目前接受工研院材料所移植OCC制程（Ohno Continuous Casting Process）的公司有两家，一家是上市公司台一国际，一家就是万隆。台一国际成立有三十多年，目前在杨梅、新竹、观音等地分别设有炼铜、漆包线、电线电缆、绝缘材料四个事业部。炼铜事业部主要产品包括从0.32mm-8mm的无氧铜线以及OCC 单结晶无氧铜线。台一国际与太平洋电缆等是国内重要的光纤电缆厂商，对音响用线着墨较少，所以音响迷的焦点仍得放在万隆公司身上。 <br>
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什么是OCC？<br>
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其实万隆不单是台湾第一家以OCC技术制造音响导线的厂商，在全世界也都算是少有。据我了解，除了万隆之外，日本的住友 （Sumitomo） 及古河 （Furukawa）也都有类似产品。但古河只卖成品，不卖材料，而住友又对音响市场用力不深，因此万隆一枝独秀，吸引了许多国外的OEM订单。OCC技术是日本千叶大学理工学院（Chiba Institute of Technology）大野教授所研发的「大野连续铸造法」，可提炼出纯度至少4N，最高达到6N的纯铜或纯银线材，OCC的结晶长度比一般无氧铜（OFC）长达50-100倍以上，平均结晶长度为125m。由于这种铸造法有十多国专利，因此后面必须加上OCC，前面则由生产商自订，古河称为PCOCC，而万隆称为UPOCC （Ultra Pure Copper by Ohno Continuous Casting Process）。<br>
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OCC制程是一种热模连续铸造制程，与一般传统连续铸造最大差异在于利用加热的铸模，而非传统所用的水冷模。铸模内壁温度保持在铸造金属的凝固温度以上，使金属凝固时不会从模壁凝固结晶，而是沿铸模口外之铸造拉引方向呈单方向组织凝固。此一制程技术可应用于生产纯铝、铝合金、纯铜、铜合金、纯银与其它合金及高温合金（Tm&gt;1200℃）。同时也可制造不同形状的连续产品，例如线材（1.5-12mmψ）、板材（5-130mmω）、管材、异形材等。OCC材料的特色为单方向结晶或单晶组织，内部组织偏析少、杂质低，具有良好加工性（伸线、压延），具有电子信号高传真性，另外也适用于直接铸造加工性困难的高合金线材及板材。在工业上，OCC材料的运用包括音讯、视讯导线、喇叭；IC所用连接材料；焊接及接点材料；高性能热交换器管，以及高精密零件用材料（要求加工性）。 <br>
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纯度与结构<br>
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最早万隆是想向日本古河购买材料来加工，但古河只卖成品，不卖材料，迫使万隆从1991年开始参与工研院材料所的研究，并完成技术转移。从简单的电解铜，进步到无氧铜OFC，大结晶的无氧铜LCOFC，以及今天的单结晶铜OCC，究竟这些材料与导线之间有什么关系？我们可以这么说，影响导线声音表现的要素有三，分别是材料、绝缘与包覆，加上线材的结构。在材料部份，这些年来，设计者莫不把全力放在材料纯度的提升与结晶结构的改良。<br>
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以最常使用的铜来说，材料就包括便宜的电解铜TPC（Tough Pitch Copper）、进一步除去TPC内所含的氧化杂质等不纯物的高纯度无氧铜OFC、让铜形成大的结晶，使其结晶粒子的界面空隙减少而成的LCOFC（线形结晶无氧铜）、以及讯号传送方向的结晶粒子界面理论上为零的OCC（单结晶状高纯度无氧铜）。我愿意多花一点篇幅介绍万隆，或者介绍OCC，主要也是想破除所谓高纯度铜的迷思。 <br>
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你要几N？<br>
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市面上有太多号称6N甚至8N的线材，最离谱的还有所谓9N银线。Ｎ是金属材料纯度的表示，与材料的种类无关，例如：99.99％即有4个9，称为4Ｎ材质。OFC以上的铜大都为4Ｎ，这也是音响导线用得最多最普遍的材料，具规模的炼铜厂都可以生产4N铜。进一步以化学方式除去含氧量与其它微量金属，是可以让纯度再提升，但仪器不一定测得出来。万隆的高董事长就说，他们与工研院合作进行量测，但国家级的工研院也只能测量到5N，再来的误差就太大了。那么6N或8N怎么来的？高董事长含蓄的表示，他个人对这些数据持保留态度。一般在科学量测时，有所谓的加法与减法，假设同样的材质，以加法量测，将氢分子等微量元素按比例计算，得到其纯度为5N。以减法量测，这些微量元素含量极低，几乎无法计算，就当成零，于是最后其纯度变成8N。一个5N，一个8N，但它们是同样的东西哪！<br>
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高纯度的铜或银，不仅制造困难，要保证在空气中长期维持稳定更加困难。事实上当铜从炉具拉出来的剎那，就已经开始氧化了，所以部份线材设计者对6N以上的材料不以为然。但一些日本厂商却在这部份投入心血研究，例如高纯度铜一拉出来就边冷却边施以特殊包覆，减少氧化的可能性，日本能源Acrotec就是其中佼佼者，纯度99.99997的6N铜就由他们领先世界生产出来。Acrotec所推出的8N铜线，其规格已经达到大气中的极限，将不纯物质及Stress排除殆尽，在绝缘体材质及构造上也运用了独有的科技，Acrotec说8N铜线的不纯物含量仅为6N的1/100，确实非常惊人。<br>
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Stress理论也是由Acrotec提出来的，他们认为导线中有压抑（Stress）的存在，在加工时会导致内部变形，这是除了结晶结构与纯度之外材料的另一个重点。导线经过弯曲或加热之后，导体内的结晶构造会产生变化，因此原子层次的歪曲、变形会造讯号传输上的障碍。Acrotec以特殊热处理法把原子排列转位的缺点减低，让结构相当安定，而且变得柔软有弹性，这是传统OFC材料无法克服的缺点。免除加工变形的6N铜其结晶数仅有4N铜之1/80~1/100，铜原子成为Stressfree状态，可以有较佳传输效果。 <br>
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OCC的优势<br>
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Acrotec可以说是高纯度材料的代表，但在结晶结构上，Acrotec的6N铜是属于LCOFC。Stressfree 6N线经过长达12个小时250℃加热的结果，其气体放出量远比OFC少得多，低温时的热传导率也比OFC高一个位数以上。同时，其柔软似金的特性，使得6N铜得以取代半导体Bonding用的金线。此外，诸如残留阻抗比、极低温的磁场拒斥率等电气特性，都比OFC强过甚多。Acrotec认为音响导线最重要的是在拉线后所进行的热处理过程，他们将原子排列的缺陷减至十亿分之一以下，机械歪斜极低，近乎于自然排列的状态，这也就是为何称之为 Stressfree的由来。铜结晶与结晶之间的杂质被浓缩时是很不好的现象，如果将结晶巨大化，结晶数不仅减少，杂质也相对地减少，这就是LCOFC的精神所在。没错，以电子移动的观点来看，结晶间的不纯物质减少，电子移动就阻碍少，原子排列也比较有规则，对电子讯号的传递是十分有利的，OFC材质有所谓「格子缺陷」的凌乱原子排列，并非最理想的材料。<br>
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那么，OCC的一个结晶可长达一百多米，等于音响导线都只用到一个结晶而已，岂不是比LCOFC更好？我问过万隆高董事长，他有没有比较过彼此的差异，因为Acrotec的铜纯度显然要略胜OCC一筹。高董事长爽快的说没比较过，因为自己做线的，他实在无法忍受市售发烧线的高昂价格，而且他以为线的结构远比材料要重要得多。有关导线的结构与设计者有关，不在本篇讨论，所以我们还是专注在材料部份。<br>
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LCOFC有它的好处，OCC优点又在哪里？传统电解铜都是一边冷却一边铸造的，OCC则完全相反，先将铸形加热，于铸出后再予冷却，如此一来，铜的结晶连续成长，结晶粒界面的空隙不会成形。在万隆的OCC熔炉内，温度高达摄氏1160度，炉具为特殊耐高温合金，炉心内灌入惰性气体防止液态的金属氧化。在炉心内另有多道过滤设备，除去金属所含的杂质，因此金属的纯度可以达到6N的要求。利用地心引力让液态金属自然的流出来，形成直径8mm左右的圆棒，一个小时只能铸造六十米左右，速度非常慢。照高董事长的说法，OCC一方面是产量少，一方面是成本高（过去使用石墨棒加热，一次就要六支，每支九千多元，现在改用合金加热线仍然不便宜），所以价格也降不下来。OFC无氧铜与OCC单结晶铜成本大概相差八倍，如果是OCC银线，成本更高达OFC铜的十五倍。不过OCC因为结晶长度很长，延展性特佳，加工后结晶不易折断，因此很适合拿来做复杂的编织。 <br>
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名牌音响线的真貌<br>
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虽然OCC有很多好处，但万隆帮忙代工的许多名牌音响线，只有极少数高价产品才舍得用OCC，绝大部份仍然以OFC材料为主。高董事长日前寄了一组超级喇叭线给我试听，这是以OCC纯银线制成的，结构经过特殊设计，声音非常的好，纯净度惊人，而低音又不会太轻。早几年前，万隆也尝试用OCC纯银线制作各种产品，并以自有品牌Neotech推出，价格相当吸引人。不过我向高董事长坦承，那些线固然透明清澈，低音量感却是不足，平衡性并不理想。说到这里，高董事长再次提醒线材结构的重要性，的确，使用的材料固然会影响声音质素，但最终的声音表现仍取决于结构。<br>
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目前万隆有五位研发人员，负责开发各种新的线材结构。高董事长说一条好的音响导线，应该具备低电容、低电感、低电阻与低集肤效应等物理性，但并非绝对的。例如卡拉OK或专业用的麦克风线，与电容量就没太大关系，反而要求有更低的电感，才能降低干扰。而数字线呢，主要讲求阻抗准确，导体中心也要正确。事实上设计线材时有一套公式可以依循，包括材料、绝缘体等可用对数公式计算，一般他们都是计算好后先试做样品，再以仪器测量。<br>
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部份国外厂商其实并不具备设计能力，他们请万隆提供一些样品，试听后再修改塑造出自己的风格，名牌线就如此诞生了。还有更夸张的，某英国品牌连修改都省了，直接请万隆在样品上换个商标就推出市场。当然，仍有一些名牌是直接寄来设计图，要求工厂按图制造，这已经算是有本事的。高董事长也说，这些技术底子较强的厂商，确实有些关键是我们所不清楚的，一组喇叭线要卖几十万台币，真得有几把刷子才行。至于那些不单委托OEM，连设计也假手他人的厂商，他们也会提出一套冠冕堂皇的理论与说词，真假如何，就有赖消费者自己来判别了。 <br>
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结构真正重要<br>
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这么说好象很不负责任，也不尽然如此，因为音响导线的电气特性不外就是电容、电阻、电感等几部份，同样一盘菜，就看大家怎么运用调理了，我们实在不能说有什么错。有一次在工研院与几个研究员闲聊，他们就开玩笑的说，想开发一些音响线材赚外快，结构由他们负责，说词我来搞定，理论与实际是可以完全脱钩的。明白这么回事以后，以后读者在选购线材时，各种神妙理论不妨仅供参考，最终的声音表现仍有赖耳朵来决定。有没有一种线材能搭配所有的音响系统又有杰出表现的？看来不容易，不同的结构影响了导线的声音表现，而不同的音响系统需要各异的调味，所以读者在选购线材时，别忘了贵的不一定适合你。<br>
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在还未参观制线工厂之前，我对几千条细线如何缠绕成一条较粗的导线，一直心存好奇。看过之后，才发现缠绕线的工作已经全部机械化了，只要设计师想得出来，工厂就有办法代劳，当然越复杂的结构成本越高。一般缠绕线的方法，不外乎有三种：以一条或三条裸线为中心，其余周围之裸线以此为圆心向同一方向卷绕，称为「同心绕法」；也有以全部的裸线为一体，向同方向卷绕的「集合绕法」；另外就是采取折衷的「复合绕法」，大部份欧美制造的线似乎以采用「同心绕法」居多。<br>
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最早的讯号线，基本上都采用单蕊结构的同轴导线，这是1930年代为了电话的长距离传送所开发出来的。由于低信号损失，一条导线上能传送多数的信息，不易受外来噪声的影响等，因此同轴导线能应用于所有的信号传送上。不过后来发现，一般的同轴导线其中心导体为一条单线﹐单线太细会使电气阻抗增加；太粗的话，则频率高的讯号不易通过。因此有人将多数比头发更细的导线束成一股﹐使低频到高频的传送损失减少；但又有人发现，细线的截面积较小，中低频段的信号「流通效率」较高频差，所以他们利用不同粗细、个别绝缘的导体，负责不同频段信号的传输，如此即可避免集肤效应，同时又能够达到全面性的要求。了解材料的重要性，接着我们知道，原来结构也真的很重要，同样的材质与同样的屏蔽，但只要线径粗细或缠绕方式有异，结果将相差十万八千里。 <br>
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包覆隔离也不能忽略<br>
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美国NBS是线材结构的天才，据说NBS内部的单蕊铜线都是工业用的普通材料，但经过特殊的编织结构后，NBS发出别人望而兴叹的声音，但也因材料先天受限，NBS的质感仍有可议之处。结构重要，隔绝外来噪声的包覆处理也不能忽略，隔绝越好，讯噪比越佳。一般的多层同轴线，是将外部导体的外围绝缘，再包以隔离网专用导体，藉此彻底的阻断经由讯号线所混入的噪声。影像的线则将复数的外部导体质直接卷绕而成﹐这是为了制定的75Ω规格。<br>
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在一条线里面，除了最外层的隔离网或软质PVC包覆外，里面最多可以有十多层各式各样的填充与隔离设计。常见的填充材料有棉线、PE绳或PVC条等，由于绝大多数的导体截面积都是圆形的，因此必须藉由填充材料的填塞，构成紧密扎实的支撑，以避免线材在曲折时造成压扁的现象。导体的绝缘处理，也有绝缘漆包、PVC以及铁氟龙等不同方式，各种绝缘材质的电气个性互异，设计者可按需求来选择。一般说来，以价格最高的铁氟龙效果最佳。至于隔离层，主要是防止大气中的电磁波进入，使导线变成天线，常见的材料有铝箔、镀锡铜网等，甚至有用OFC无氧铜编织的隔离网。<br>
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为了降低失真与隔绝干扰，音响用导线也有以平衡传送的结构，对正半波、负半波与地线分别传送，理论上，这是效果最好的方式。包覆与隔离多了以后，导线看起来都粗粗壮壮的，尤其是电源线，真的已经和蟒蛇看齐了。那么电源线、喇叭线等是否可以互通使用呢？比如把多出来的电源线拿来做喇叭线？理论上是可以的，但最好有一些另外的处理，因为音乐信号并非像电力一样只有50或60Hz，在流动的过程中同时含有各种频率成分的变化，不但要承受大能量，而且还要做到能无损失的传送复杂的音乐讯号才行。 <br>
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平地起高楼<br>
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说了这么久，我们才将话题转移到万隆电线电缆公司。高董事长说跨入这一行真是误打误撞，1980年公司成立时，任妇产科专科医师的高董事长仅是出资的股东之一而已，后来几翻波折，高医师成了高老板。1981年万隆开始开始生产各种电线电缆，初期员工约25人，到目前有员工100人，每年平均以30%之成长率稳定成长。高董事长客气的说工厂看起来很大，实际上每年的营业额才二亿台币左右，算是中小型公司而已。读者别忘了，这二亿的素材进入音响市场后，起码要卖二十亿以上，卖线的人吃肉，制线的人喝汤而已。真是这样吗？也未必。每种线材生产前都要打样，至少一百米，主要是一百米以上的线材用仪器量测才可看出端倪。万一打样成绩不好，成本就白费了；就算打样成功，一次最低生产量又是几百，甚至几千米，卖线的人得寿命够长才能看到成品出清哪。这么说来，卖线的人也有不少风险，市场越萎糜不振，线的售价只好越来越高。<br>
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高董事长对这种不正常现象也感到无奈，因为连他们都不是稳赚的。记得前面说OCC在生产时速度极慢，从炉具流出来成型的OCC甚至不能用机械拉动，只能*地心引地慢慢的下垂，精密度很高。结果南投的921大地震猛力一摇，把这部昂贵的OCC炉具差点翻倒，一位技术员说设备好象搬了家似的，花了好久时间才修护并就定位。原本OCC的产量就已经很慢很少了，大地震后很长一段时间，OCC宣告缺货，高董只能眼睁睁看着钞票跑掉。话虽这么说，高董从医师转行专注在线材制造上，一方面兴趣，一方面也逐渐有了成就感。高董的弟弟原来是检验科的医学技师，后来也入行帮忙，现在专门生产与加工插头等线材的零附件，一个从上游到下游的线材王国俨然成型。

一个人

嘿嘿，玄学！<br>
这样的文章，发烧友喜欢看。

乡巴佬

台湾是世界第六大精炼铜消费国，XIAOTUIZI你大了哈哈<br>

liaosha

真长知识~~~~~~~~~~！

jiangnanyu

线材制作的学问还很多啊!

maxc2000

等到铜矿用完的时候，会是什么样呢

63513298

厉害啊 可是我用不着 呵呵 我不是发烧的

冰山一角

见识！不错。<br>

Franke

厉害啊

whstxiaowu

小东西大学问