เรื่องของ “ตัวนำสัญญาณ” (conductors) ที่ใช้ในสายสัญญาณและสายลำโพง

โลหะวัสดุที่ใช้ทำ Cable Conductors หรือตัวนำสัญญาณเสียง (signal core) ที่นิยมใช้กันอยู่ในกลุ่มของผู้ผลิตสายสัญญาณและสายลำโพงสำหรับวงการเครื่องเสียงและโฮมเธียเตอร์ มีอยู่แค่ 2 ชนิด คือ ทองแดง” (copper) กับ เงิน” (silver)

แต่ถ้าจำแนกให้ละเอียดลงไปอีกขั้น จะบอกว่ามีอยู่ทั้งหมด 3 ชนิดก็ได้ คือ ทองแดง (copper), เงิน (silver) และ ทองแดงเคลือบเงิน (silver-plated copper) แต่ถ้าจะแยกให้ละเอียดลงไปมากกว่านั้นอีกก็ยังได้ คือเอาระดับ ความบริสุทธิ์ของวัสดุเข้ามาพิจารณาด้วย

หากเทียบกันในเชิงปริมาณแล้ว ระหว่าง ทองแดง กับ เงิน จะพบว่า ทองแดงเป็นโลหะตัวนำที่ผู้ผลิตสายสัญญาณและสายลำโพงในวงการเครื่องเสียงและโฮมเธียเตอร์นิยมใช้กันมากที่สุด เทียบเป็นเปอร์เซ็นต์ก็ต้องบอกว่ามากกว่าโลหะเงินหลายเท่า เหตุผลก็เพราะว่า โลหะทองแดงมีค่าเฉลี่ยที่เหมาะสม ทั้งในแง่คุณสมบัติในการส่งผ่านสัญญาณเสียงที่อยู่ในย่านความถี่ที่ไวต่อการรับรู้ของหูมนุษย์ และราคาซึ่งเป็นต้นทุนในการผลิตสายสัญญาณและสายลำโพงนั่นเอง

ในการนำโลหะทองแดงมาทำเป็น conductors หรือเส้นโลหะตัวนำนั้น นอกจาก ขนาดและ รูปทรงของเส้นตัวนำจะมีผลต่อคุณภาพเสียงแล้ว คุณสมบัติทางด้าน ความบริสุทธิ์ของเนื้อโลหะตัวนำเองก็มีผลต่อเสียงมากเช่นกัน ผู้ผลิตบางเจ้า อย่างเช่น Atlas Cables ของประเทศสก๊อตแลนด์ ให้ความสำคัญกับความบริสุทธิ์ของเนื้อโลหะตัวนำมาเป็นอันดับแรก

ลำดับความบริสุทธิ์
ของเนื้อโลหะทองแดง

ความบริสุทธิ์ของเนื้อโลหะทองแดงที่ใช้ทำเส้นโลหะตัวนำในสายสัญญาณและสายลำโพงของวงการเครื่องเสียงและโฮมเธียเตอร์ มีอยู่ทั้งหมด 4 ระดับ ดังนี้

1. Tough Pitch Copper (TPC)
2. Oxygen Free Copper (OFC)
3. Linear Crystal-Oxygen Free Copper (LC-OFC)
4. Ohno Continuous Casting copper (OCC copper)

Tough Pitch Copper
(TPC)

Tough Pitch Copper (TPC) เป็นชื่อที่ตั้งขึ้นมาใช้เรียกเส้นโลหะทองแดงที่ผลิตขึ้นมาด้วยขั้นตอนตามกระบวนการมาตรฐานอุตสาหกรรมทั่วไป คือไม่ได้ผ่านกระบวนการพิเศษเพื่อเพิ่มความบริสุทธิ์ใดๆ นั่นเอง

โดยปกติ เส้นตัวนำทองแดงชนิดนี้จะถูกใช้ในการผลิตสายเคเบิ้ลเอนกประสงค์ อย่างเช่น สายไฟเอซี รวมถึงสายสัญญาณราคาถูกที่ไม่ได้เน้นคุณภาพ เส้นโลหะตัวนำแบบ TPC นี้ ผลิตด้วยการหลอมทองแดงครั้งแรกให้ออกมาเป็นเส้นตัวนำทรงกระบอกขนาดใหญ่ เสร็จแล้วก็ถูกปล่อยให้เย็นลง หลังจากนั้น จึงนำไปรีดให้มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่เล็กลงตามความต้องการใช้งานอีกทอดหนึ่ง

ภายในเนื้อเส้นทองแดง TPC จะมีอ๊อกซิเจนและวัสดุเจือปนอื่นๆ ฝังตัวอยู่ประมาณ 300 ถึง 500 ppm (part-per-million) ซึ่งเป็นที่ยอมรับกันว่า มากเกินไปสำหรับนำไปใช้เป็นโลหะตัวนำสำหรับทำสายตัวนำสัญญาณที่มีเกนต่ำ อย่างเช่นสายสัญญาณให้กับวงการเครื่องเสียงและโฮมเธียเตอร์ แต่ถึงแม้ว่าจะนำไปใช้ทำสายลำโพงหรือสายไฟเอซีที่มีปริมาณไฟฟ้าผ่านเยอะๆ อย่างเช่นสายไฟเอซี ก็ยังทำให้เกิดการสูญเสียรายละเอียดของเสียงอยู่ดี มีผลให้เสียงของซิสเต็มมีลักษณะที่อับทึบ ไม่สดใส ซึ่งเป็นผลมาจากโลหะตัวนำ TPC กับผลจากการใช้ฉนวน PVC คุณภาพต่ำที่ใช้กับสายไฟและสายลำโพงราคาถูกโดยทั่วไปนั่นเอง

Oxygen Free Copper
(OFC)

โลหะตัวนำทองแดงแบบ Oxygen Free Copper (OFC) ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาที่ประเทศญี่ปุ่น ช่วงประมาณปี ค.. 1975 ซึ่งเป็นครั้งแรกที่ทำให้รับรู้กันว่า คุณภาพเสียงมีส่วนเกี่ยวพันกับคุณภาพของทองแดงที่ใช้ทำโลหะตัวนำ และเกี่ยวเนื่องไปถึงกระบวนการที่ใช้ในการผลิตโลหะทองแดงด้วย

ทองแดง OFC ใช้กระบวนการผลิตด้วยกรรมวิธี ฉีดขึ้นรูปภายใต้สภาพแวดล้อมที่ปราศจากการปนเปื้อนอ๊อกซิเจน มีผลให้สามารถลดปริมาณของอ๊อกซิเจนในเนื้อทองแดงลงไปเหลือแค่ 10 ppm เท่านั้น เมื่อเทียบกับทองแดง TPC แถม OFC ยังให้ค่าความเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีกว่า TPC อยู่ระหว่าง 0.5% ถึง 2% มีผลให้ทองแดง OFC ให้คุณภาพเสียงที่ดีกว่าทองแดง TPC มาก จนเป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่า โลหะตัวนำที่มีความบริสุทธิ์สูง ให้เสียงที่มีความชัดเจน สดใส มากกว่าโลหะตัวนำแบบ TPC ที่เคยใช้กันมา ซึ่งไม่ได้ผ่านกระบวนการผลิตแบบพิเศษ เหตุผลเพราะว่า OFC มี รอยต่อของผลึกหรือชิ้นย่อยๆ ในเนื้อทองแดง น้อยกว่าโลหะทองแดงแบบ TPC ซึ่งรอยต่อของผลึกที่ว่านี้นี่แหละคือต้นเหตุที่ทำให้เสียงแย่ลง

ในวงการผู้ผลิตทองแดงตัวนำ ใช้ตัวอักษร N กับ ตัวเลขกำกับด้านหน้า เป็นสัญลักษณ์ในการบ่งบอกความบริสุทธิ์ของเนื้อทองแดงตัวนำ อย่างเช่น 6N ก็คือทองแดงที่มีความบริสุทธิ์เท่ากับ 99.9999% เป็นต้น นั่นคือ ตัว N ใช้แทนเลข 9 นั่นเอง ดังนั้น ตัวเลขข้างหน้าตัว N ที่มีค่ามากกว่า หมายถึงตัวนำที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า ตัวอย่างในภาพข้างบน 7N มีความบริสุทธิ์สูงกว่า 6N อย่างนี้เป็นต้น

Linear Crystal-Oxygen Free Copper
(LC-OFC)

ช่วงประมาณเดียวกัน ในปี 1975 บริษัท Hitachi ได้พัฒนากระบวนการในการผลิตโลหะทองแดงที่มีจำนวนของผลึกชิ้นย่อยๆ ในเนื้อทองแดงน้อยลงไปอีก แล้วตั้งชื่อเรียกโลหะตัวนำทองแดงที่ผ่านกระบวนการผลิตแบบนี้ว่า Linear Crystal-Oxygen Free Copper ย่อว่า LC-OFC พร้อมจดสิทธิบัตรเป็นของตัวเอง

กระบวนการผลิต LC-OFC ก็คือ หลังจากฉีดขึ้นรูปเสร็จแล้ว เส้นทองแดงนั้นจะถูกนำไปให้ความร้อนอีกครั้งด้วยการอบ ซึ่งทำให้เนื้อของทองแดงเกิดการขยายตัว กลายเป็นผลึกที่มีความยาวมากขึ้น ซึ่งปกติแล้ว ในผลึกทองแดงในเส้นตัวนำแบบ LC-OFC ที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 มิลลิเมตร จะมีความยาวเท่ากับ 130 mm. ในขณะที่ผลึกทองแดงในเส้นตัวนำแบบ OFC หรือ TPC ที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 มิลลิเมตร จะมีความยาวแค่ 4 mm. เท่านั้น!

Ohno Continuous Casting copper
(OCC copper)

เมื่อปี 1985 โปรเฟสเซอร์ Ohno จากสถาบัน ชิบะ ออฟ เทคโนโลยี ประเทศญี่ปุ่น ได้พัฒนากระบวนการผลิตเส้นทองแดงที่ปราศจากผลึกขึ้นมาได้เป็นผลสำเร็จ

ขณะที่โลหะบริสุทธิ์แข็งตัว ผลึกของมันจะขยายตัวจากรอบๆ นิวเคลียสออกไปในลักษณะทรงเลขาคณิตตามรูปแบบมาตรฐานของโลหะชนิดนั้นๆ คล้ายการขยายตัวของเซลส์ของต้นไม้นั่นเอง ขนาดของผลึกโลหะที่ขยายตัวนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยการอบความร้อนซ้ำๆ เหมือนกับกระบวนการผลิตแบบ LC-OFC นั่นเอง ถ้าอธิบายเปรียบเทียบโครงสร้างของเส้นทองแดงว่าคล้ายกับถุงน้ำตาล ทุกๆ ผลึกน้ำตาลในถุงจะมีขอบด้านนอกของมันเอง ซึ่งในสถานะตัวนำไฟฟ้านั้น รอยต่อระหว่างผลึกจะมีพฤติกรรมคล้ายตัวต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าที่มีค่าไม่เท่ากันในแต่ละจุด ถ้าเส้นตัวนำมีจำนวนผลึกน้อยก็จะมีจำนวนรอยต่อระหว่างผลึกเกิดขึ้นน้อยตามไปด้วย ก็จะทำให้เกิดความต้านทานการไหลของกระแสไฟน้อยลง สัญญาณเสียงที่อยู่ในรูปของกระแสไฟที่ไหลไปตามตัวนำจากด้านหนึ่งออกไปอีกด้านหนึ่งก็จะถูกรบกวนน้อยลง

ทางซ้ายเป็นกระบวนการผลิตเส้นตัวนำทองแดงแบบธรรมดาทั่วไป ส่วนทางขวาเป็นกระบวนการผลิตเส้นตัวนำแบบ OCC

กระบวนการผลิตแบบ Ohno จะใช้วิธีหล่อด้วยการให้ความร้อนต่อเนื่องตั้งแต่ตอนที่เนื้อทองแดงออกมาจากแม่พิมพ์ไปจนถึงขั้นตอนการรีดเป็นเส้นอย่างช้าๆ จึงทำให้เส้นตัวนำแต่ละเส้นมีผลึกแค่ผลึกเดียว แต่แน่นอนว่า ไม่มีทองแดงที่บริสุทธิ์ร้อยเปอร์เซ็นต์อยู่จริงๆ ในเนื้อเส้นตัวนำจึงยังคงมีผลึกเล็กๆ ที่เกิดจากวัสดุที่ปนเปื้อนอยู่ในเนื้อบ้าง ซึ่งทำให้เกิดคลื่นแปลกปลอมปนเข้าไปกับคลื่นเสียงที่วิ่งผ่านเส้นตัวนำไปบ้าง แต่ก็เล็กน้อยมากจนแทบจะไม่ส่งผลต่อคุณภาพเสียง แต่ละผลึกของตัวนำทองแดงที่ผลิตด้วยกระบวนการ OCC เมื่อถูกดึงเป็นเส้นเล็กๆ ที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากับ 0.3 mm จะได้ความยาวถึง 125 เมตร

มรรคผลนั้นชัดเจนมาก ด้วยเส้นตัวนำที่แทบจะไม่มีรอยต่อของผลึก ทำให้ gain ของสัญญาณเสียงไม่ถูกกักให้ตกหล่นอยู่ในเส้นตัวนำ ส่งผลให้รายละเอียดของเสียงถูกจัดส่งไปที่อุปกรณ์ที่รอรับอยู่ที่ปลายสายได้อย่างครบถ้วนทั้งหมด

ตารางเปรียบเทียบ ความบริสุทธิ์ ของทองแดง
ที่ใช้ทำเส้นตัวนำขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.3 mm

จากตารางข้างบนนี้ จะเห็นว่า เส้นตัวนำที่ทำมาจากทองแดงธรรมดาแบบ TPC มีอ๊อกซิเจน (O2) ปนเปื้อนอยู่ถึง 200 – 500 ppm (สองร้อยถึงห้าร้อยส่วนในหนึ่งล้านส่วน) ในขณะที่เส้นตัวนำทองแดง OFC มีอ๊อกซิเจนปนเปื้อนอยู่ ไม่ถึง 10 ppm ส่วนเส้นตัวนำแบบ OCC มีอ๊อกซิเจนปนเปื้อนอยู่น้อยมาก คือ ไม่ถึง 5 ppm เท่านั้นเอง

ส่วนการเปรียบเทียบจำนวนผลึกทองแดงที่มีในเส้นตัวนำความยาว 1 เมตร (Crystals per metre) ก็จะเห็นว่า เส้นตัวนำแบบ OCC ที่ความยาวหนึ่งเมตรจะมีจำนวนผลึก ไม่ถึง 1 ผลึก! ความหมายก็คือ เส้นตัวนำแบบ OCC ที่ยาวหนึ่งเมตร จะไม่มีรอยต่อของผลึกเกิดขึ้นเลย ในขณะที่เส้นตัวนำยาว 1 เมตรที่ใช้ทองแดงแบบ OFC จะมีผลึกอยู่ในเนื้อทองแดงทั้งหมด 50 ผลึก ส่วนตัวนำทองแดงแบบ TPC ที่ความยาวหนึ่งเมตร มีผลึกอยู่ในเนื้อตัวนำมากถึง 150 ผลึก เลยทีเดียว

Silver-plated Copper

ผู้ผลิตสายสัญญาณบางยี่ห้อ ใช้ตัวนำที่ทำด้วยทองแดงเคลือบผิวด้วยโลหะเงิน เพื่อช่วยเสริมไดนามิกของความถี่สูงให้ดีขึ้น ทำให้เสียงที่อับทึบของซิสเต็มมีลักษณะที่สดใสมีชีวิตชีวามากขึ้น แต่ผู้ผลิตบางยี่ห้อมีความเห็นว่า ตัวนำทองแดงเคลือบเงินทำให้เกิดอาการรบกวนต่อประสาทการรับฟังเมื่อฟังไปนานๆ

Pure Silver

ด้วยความต้านทานที่ต่ำกว่า ทำให้โลหะเงินมีคุณสมบัติของความเป็นตัวนำไฟฟ้าสูงกว่าทองแดง แต่ไม่ว่าจะเป็นทองแดงหรือเงินก็ตาม ขนาดหน้าตัดของเส้นตัวนำจะมีผลมากเมื่อนำมาทำเป็นสายสัญญาณเสียง แต่เนื่องจากโลหะเงินมีราคาสูงกว่าโลหะทองแดงมาก ในกรณีที่ต้องควบคุมต้นทุนในการผลิต ทำให้เส้นตัวนำโลหะเงินที่ใช้ทำสายสัญญาณมักจะมีเส้นผ่าศูนย์กลางที่เล็กมาก มีผลให้เสียงทุ้มบาง ถ้าทำให้มีขนาดหน้าตัดที่เหมาะสม ตัวนำโลหะจะให้เสียงที่เร็ว สวิงไดนามิกได้กว้าง และถ่ายทอดความถี่เสียงได้ครบตลอดทั้งสเปคตรัมโดยไม่มีรอยต่อ รวมถึงให้รายละเอียดของเสียงที่ดีมากด้วย /

*************
* ขอบคุณข้อมูลจากเว็บไซต์   Atlas Cables

mm

About ธานี โหมดสง่า

View all posts by ธานี โหมดสง่า