Своими руками: силиконовый кабель для наушников

Решил сделать свой кабель, с блекджеком силиконом и армированием, т.к. недостатки в старом кабеле доставляли некоторые неудобства при использовании. Цель достигнута и результатом очень доволен. Подробности под катом. Заваривайте чай, усаживайтесь поудобнее, будет многа букаф.

Дано: надёжный кабель в двойной оболочке, который работает 5 лет и всё никак не хочет ломаться, и максимум до чего я его довёл — это лопнувшая внешняя(общая) изоляция и кембрик возле джека — монолитность конструкции была восстановлена с помощью термосоплей. Я давно уже купил классный угловой миниджек для замены штатного, но тот, подлец, упорно отказывается помирать. Кабель имеет 3 провода(от джека до делителя), каждый в отдельной изоляции, свиты вместе, после чего усажены во второй слой изоляции(скорее всего термоусадка). Проблемы с ним в основном механические: он и так довольно жёсткий, а на холоде вообще превращается в каменный, к тому же делитель весьма рельефный: я ношу кабель за спиной и при откидывании спины на спинку стула во время сидячей работы, делитель с упоением врезается в спину, как будто пытаясь отомстить за брата Митьку приговорённый миниджек. Есть также покупной кабель KZ. Претензии к нему: он тонкий, но при это жёсткий, и после относительно недолгого использования внешняя изоляция начала отслаиваться. Тоже дубеет на морозе.
Задача: сделать кабель со следующими характирестиками: мягкий, не дубеющий на морозе, с более гуманным делителем, желательно тоньше старого, с минимальным микрофонным эффектом(здесь я имею в виду не преобразование вибраций в электрический сигнал, а передачу вибраций, вызванных трением жесткого кабеля об тело, на корпус наушника и далее прямо на кости/хрящи слухового аппарата).

В ролях:
— Кабель силиконовый, 30AWG, S=0.064 мм2 (11 проводников d=0.08мм). $0.11-$0.37/м, цена зависит от выбранного метража.
— Коннекторы угловые двухпиновые, $4.75 за пару.
— Миниджек Neutrik NTP3RC, цена сейчас ~$7, покупался очень давно.
— Силиконовая термоусадка — что-то типа такой, брал в оффлайне $0.15-$0.30/м, в зависимости от диаметра.

В эпизодах: клей B-7000, термоклей, припой, паяльник.

Мягкий и недубеющий — это про силиконовые кабели(силиконовая изоляция). Но поскольку слой изоляции этого типа обычно довольно толстый, я решил начать с малых калибров и купил провода 28AWG(16х0.08мм, 0.81мм2) и 30AWG(11х0.08мм, 0.064 мм2), проводники — лужёная медь, внешний диаметр изоляции 1.2мм и 0.8мм соответственно.

А пока провода ехали, я думал как мне плести кабель: 3 провода плоской косичкой, или 4 провода ромбом — оба варианта имеют свои полюсы/минусы. У тройной косички более красивая форма и меньше расход материала, но изгибаемость плоской лены в одном и другом измерении будет сильно отличаться, к тому же в точке бифуркации придётся паять. У четверной косички вид не очень, зато гнётся равномерно в любой ориентации, не нужна пайка в середине, и к тому же, можно потом при желании кабель превратить в балансный путём замены обычного стереоджека на балансный 4-пиновый TRRS. Остановился всё-таки на 4-проводной косичке — уж больно не хотелось лишней пайки.

Сплёл небольшие фрагменты в качестве прототипов. Начать решил с 28AWG, т.к. чем толще проводник, тем меньше сопротивление пассажиров плацкарта. Кабель получился толстоватым, поэтому решил плести из 30AWG — получилось намного лучше. На фото: 28AWG/4, 28AWG/3, 30AWG/4, 30AWG/3:Тест в морозильнике при -20°C образец прошёл блестяще — никакого задубевания! «Усушка» проводов при плетении составляет ~15%(может слегка варьироваться в зависимости от плотности стягивания витков), т.е. из метровых отрезков провода получаем 85см плетёного кабеля.

Но открылась новая проблема: силиконовая изоляция настолько мягкая и податливая, что её вклад в упругость кабеля практически нулевой, и поэтому кабель получался очень мягкий(что ожидалось) и «пластилиновый»(чего я не учёл): согни его в форме ступенек и положи на стол — он так и останется лежать в виде ступенек, почти не выпрямляясь.

Ещё одна проблема — механическая надёжность: 4-проводное плетение даёт небольшой запас на растяжение и немного распределяет нагрузку между проводами, но для такого тонкого провода мне этого показалось слишком мало, и я начал думать чем его армировать, не потеряв при этом мягкость. Для начала заказал леску из ультравысокомолекулярного полиэтилена(UHMWPE) — он очень прочный, не впитывает воду, имеет очень низкий коэффициент трения(ниже из пластиков разве что у фторопласта). Здесь есть полезные сравнительные таблицы по пластикам. Но как проверить, что именно мне прислали китайцы, я не знаю — может там более дешёвый HDPE(его прочности тоже хватит с запасом, но UHMWPE работает при гораздо более низких температурах). Леска бывает 4-нитевая(более грубый рельеф) и 8-нитевая(более гладкая, внешне практически цилиндр). Я заказал 8-нитевую диаметром 0.5мм, приехала по факту 0.7мм. Леска тоже оказалась совсем неупругой.
Пока леска ехала и я думал как её вплетать, мне в голову пришел альтернативный вариант — закатать кабель в термоусадку целиком(как это сделано в старом). Но это автоматически сделает его жёстким почти как старый. Тогда я вспомнил, что при поиске термоусадки для заушин кабеля, я наткнулся на силиконовую, которая, как утверждалось, в усаженном состоянии остаётся мягкой. И, разумеется, меня всё ещё волновал вопрос поведения на морозе. Силиконовую усадку я нашёл в оффлайне на местном рынке по цене от $0.15/м в зависимости от диаметра, и начался процесс тестирования. Для начала натянул и усадил тестовый образец кабеля и сравнил его жёсткость со старым кабелем — новый оказался заметно мягче. Потом забросил их вместе со старым кабелем в морозилку на полчаса. При извлечении быстро попробовал сгибать оба варианта. Старый кабель ожидаемо прикинулся стальной арматурой. А вот силиконовый кабель в силиконовой усадке вёл себя «с мороза» практически неотличимо от тёплого. Второй эксперимент заключался в прогулке по улице в -15°C с двумя кабелями, свисающими из кармана, и периодическом их пощупывании(не спрашивайте как это выглядело со стороны; и вообще, это было ночью). Претендент снова показал себя очень хорошо. В процессе проверок меня ждал ещё один приятный сюрприз: силиконовая усадка добавила столько упругости готовому кабелю, что он теперь при отсутствии нагрузки старается принять форму ровного шнурка. Причем это «правильная» упругость — практически без ущерба мягкости.

Заодно решилась и проблема заушин с эффектом памяти: обычно в кабель возле разъёмов вставлена тонкая проволочка длиной около 10см и этот сегмент кабеля обжат термоусадкой — таким образом этот участок кабеля над ухом «помнит» форму. В моём случае отдельная усадка для заушин теперь не нужна и проволочка идёт под основной усадкой, которой покрыт весь кабель. Проволочку взял из тех, которыми связывают кабели в электронике — их есть как минимум 2 типа отличающихся по диаметру(жёсткости). Я взял вариант потолще и согнул вдвое — и «память» крепче, и решилась проблема острого конца, способного повредить кабель/усадку (обычно это решается путём сгибания петельки на конце, если проволочка одинарная). На фото прототипы с одинарной и двойной проволочкой под усадкой.
Далее пришлось повозиться с натягиванием совы на глобус усадки на готовый кабель. У меня были трубки на 3мм и 4мм, Я хотел использовать 3мм, т.к. 4мм усядет больше, и станет толще, а, значит, итоговый кабель будет жёстче. Но трёшка налазила только на самое начало кабеля и то с трудом, поэтому купил в оффлайне лыжную мазь аэрозольную силиконовую смазку — покрыл сам кабель и продул ею трубку усадки внутри. Но даже так процесс шёл с трудом. У меня были опасения, что можно порвать проводники при такой протяжке, но всё обошлось. На фото сравнение трубок 4 и 3 мм до и после усадки. Как вы можете заметить, у чурчхелы слева прилегание неплотное в некоторых местах. Чурчхела справа имеет более привлекательный вид.
Но вот пришла леска и я придумал где её применить. До делителя идёт плетение из 4 проводов, но потом на левый/правый каналы расходится всего по паре, т.е. заплести их не выйдет — только кое-как свить. И тогда я решил по 2 недостающих провода восполнить этой леской, причём сделать сквозное проходжение 2 лесок через точку бифуркации: от пинов для левого наушника до пинов правого наушника — непрерывной парой нитей. Это решило проблему механической надёжности и придало кабелю единообразный вид по всей длине. На фото эксперимент с более тонкой нитью (0.3мм) и неудачно выбранным чередованием нитей — пришлось расплетать.
После формирования основного кабеля настало время сформировать «делитель». На самом деле это просто несколько кембриков из той же силиконовой термоусадки, натянутых один поверх другого для придания жесткости этому узлу. Два слоя на каждом канале, два слоя на общем проводе, и два слоя нахлёста, перекрывающих те и другие. Красными рисками я отметил места «наслоения пород».
Перед пайкой главное не забыть понакидывать на провод кембрики из термоусадки — это то, что я забываю сделать из раза в раз в своих поделках: припаиваю, замечаю, ругаюсь, отпаиваю, натягиваю трубку и припаиваю заново. Но в этот раз всё прошло на удивление правильно. Не забыт и бегунок, стягивающий провода левого и правого каналов — при ношении кабеля за спиной он используется для затягивания провода на затылке — это очень удобно. Бегунок (на фото выше) тоже сделан из термоусадки.

Коннекторы для наушников — пожалуй, самая переоценённая часть покупки. У меня стандартный двухпиновый разъём, как и на большинстве наушников а-ля KZ. Я хотел именно угловые коннекторы, потому как вертикальные металлические бочёнки у меня вызывают только недоразумение. Предложений разборных угловых коннекторов довольно мало, поэтому цена на них держится высокая. Внутри коннектора пины идут сплошные(не полые трубочки). Подпаяться место есть, но особо не разгуляешься. Проектировка неудачная — можно было бы поудобнее сделать. Фото прозрачного со страницы продавца (я брал чёрный, но он уже в собранном виде):
Итак, провод в термоусадке и торчащей из неё проволочкой «на память» вкладывается в коннектор. Провод припаивается, конец проволочки торчащий из-под термоусадки и загибается в крючок и все оставшиеся пустоты внутри коннектора заливаются термоклеем. Клей также обволакивает крючок из проволоки, формируя бляшку и не давая выдернуть провод из коннектора. Половинки коннектора сажаются на клей — всеми любимый B-7000 — чтобы можно было при желании разобрать, ничего не поломав. На проводах болтаются синяя и красная трубки — это цветовая дифференциация штанов маркировка каналов — перемещаем их вплотную к коннектору, нагреваем — готово. После чего берём кусочки термоусадки большего диаметра, дополнительно растягиваем их тонкогубцами, натягиваем на сам коннектор и нагреваем — вуаля — коннектор гладкий и шва между половинками нет. Последняя доработка — посадка коннектора в наушнике была неполной, поэтому выбрал бормашинкой немного материала вокруг пинов(сделал выступающую прямоугольную часть длиннее). Но ведь что-то же должно было пойти не так. Ах, да — флюс не отмыт!™
Аудиоджек прекрасен. В отличие от китайских разработчиков коннекторов, инженеры Neutrik знают своё дело хорошо — внутри всё грамотно продумано. Брал я его много лет назад для ремонта какого-то кабеля, но он так и не пригодился, поэтому валялся в ящике долгие годы, и вот наконец настал его звёздный час. Стоил он каких-то совершенно негуманных денег, и брать его имеет смысл, если вы удобство пайки и надёжность ставите во главу угла. Но можно и какой-нибудь клёво выглядящий китайский джек поставить, которые по 3 штуки на доллар продают — разницы в звуке не будет, а когда износится — просто менять на новый — даже с ежегодной заменой так выйдет дешевле. Единственный замеченный недостаток — чёрное покрытие с металла стирается довольно быстро.
В сборе:
Итак, все работы закончены. Значит, пора проверить звучание.

По сравнению со старым кабелем, басы стали более собранными и чёткими, но при этом появилась какая-то дополнительная глубина. Середина тоже обогатилась: улучшилась микродинамика и эшелонирование образов, теперь ни одна деталь не ускользнёт от придирчивого уха. Верха стали просто прозрачными и воздушными, просто танцующими, а сибилянты… воу-воу, стоп! Вы всё еще читаете этот бред? Ну разумеется в звуке ничего не изменилось, как и ожидалось. Переходим к замерам.

А теперь, состоятельные кроты, давайте посчитаем.

Длина:
Старый кабель имеет длину 170см. Он свит слабо, практически прямой. Я накину ему 5см для паритета с моим.
Кабель KZ длиной всего 125см, пары свиты слабо, но есть второй уровень — витые пары свиты в метапару. Накину ему 15см — это с большим перебором.
Длина моего кабеля ~150см, и учитывая ранее замеренную «усушку», положим длину проводов ~175см.

Сопротивление, левый/правый каналы, полная длина (пины на коннекторе замкнуты, шупы прикладываю к контактам аудиоджека).
Старый: 3.35/3.11 Ом
KZ: 2.75/1.65 Ом
Мой: 1.21/1.26 Ом

У кабеля KZ видимо где-то повреждение, т.к. разница между каналами слишком большая. К слову, на слух она не ощущается. Небольшое различие между каналами в моём кабеле по-видимому вызванно неравномерностью длины при плетении, или разным сопротивлением контактов. Обрывов проводников нет, т.к. при 11 проводниках обрыв одного — это разница в 9%, а здесь всего 4%.

Кабелем с низкой ёмкостью считается где-то 50-100 пФ/м. Замерив ёмкость и поделив на длину, можно прикинуть данные значения для кабелей (разница по каналам незначительная, поэтому привожу одно значение).
Старый: 213/1.75 = 122 пФ/м
KZ: 115/1.40 = 82 пФ/м
Мой: 111/1.75 = 63 пФ/м

Индуктивность замерить не смог. У тестера минимальное определяемое значение 0.01 мГн, ни один из кабелей он не смог определить как индуктивность.

Итак, получившиеся цифры настолько незначительны, что ими можно пренебречь. К примеру, давайте посмотрим как ёмкость будет влиять на АЧХ сигнала. Для этого определим, на какой частоте данная ёмкость вызовет завал верхов на -3dB, воспользовавшись этой формулой: выходной импеданс плеера 0.6 Ом, ёмкость кабеля 63пФ/м, длина 1.75м. Получаем частоту 2.4 ГГц — это немного выше слухового порога человека, так что можно не беспокоиться. Можно расчитать и обратную величину: какой должна быть длина кабеля, чтобы получить, скажем, на 20кГц завал на -3dB: подставив те же значения, получим 210км.

Ещё один вопрос: есть ли смысл использовать литцендрат? Это можно рассчитать следующим образом: радиус эквивалентного одножильного проводника для 30AWG будет составлять 0.128мм. Для частоты 20кГц толщина скин-слоя для меди составит 0.467мм — т.е. толщина скин-слоя в несколько раз больше самого проводника. Скин-слой станет тоньше радиуса проводника только на частоте примерно 250кГц.
Вывод: использовать литцендрат для кабеля наушников смысла нет.

Ну а теперь самое главное: соответствие целям, для которых кабель создавался. Походив недельку с этим кабелем, всю гамму ощущений можно описать мемасиком Sweet Jesus:
На морозе не дубеет, мягкий, и как следствие, микрофонный эффект заметно ниже. Делитель спиной не ощущается как отдельная от кабеля сущность. По толщине вышел такой же как и старый, но за счет мягкости толщина совершенно не ощущается как недостаток.

Буду рад в комментариях услышать другие методы или технические приёмы для достижения аналогичного результата. Ибо нет предела совершенству.