Качество сигнального кабеля в основном зависит от взаимоотношений между его проводниками и диэлектриками. В 19 веке для передачи телеграфных сигналов использовался один неизолированный провод (воздушная линия), а земля служила обратным проводом. Расстояние передачи и динамический диапазон определялись напряжением и чувствительностью повторителя. В такой системе можно было передавать по кабелю 8 калибра сигналы "морзянки" на расстояние более 300 километров!
К началу 1870-х годов системы типа "голый провод, возврат по земле" достигли своего предела. Изобретение телефона (Александр Белл, 1876 год) привело к необходимости создания огромного множества линий с низким уровнем шумов и искажений. Существующие в то время телеграфные кабели обладали сравнительно большой емкостью, вследствие чего коэффициент ослабления кабельных цепей оказывался чрезмерно велик, и это существенно ограничивало дальность телефонной связи.
В 1873 году Джеймс Максвелл вывел четыре закона, объяснявших известные электрические и магнитные явления, но приемлемое решение "кабельной проблемы" было найдено лишь два десятилетия спустя.
К 1890-м годам были разработаны экранированные кабели с изоляцией из хлопчатобумажной пряжи. Лучшая диэлектрическая постоянная и скорость распространения сигнала позволили достичь более высокого качества звучания и увеличить дальность передачи, однако этого качества было недостаточно. Все проблемы с кабелями были и всегда будут связаны с разницей в скорости прохождения сигнала по проводнику и диэлектрику. По неизолированному проводу сигнал движется со скоростью света, однако в кабелях – существенно медленней из-за гораздо меньшей скорости распространения сигнала в диэлектрике. В результате передача сигналов акустического спектра с приемлемым качеством возможна только на ограниченном расстоянии. Как акустические кабели старинные витые пары с хлопчатобумажной изоляцией по сути немногим уступали современным аудиокабелям. Хлопок – лучший диэлектрик по сравнению с пенополиуретаном. Кабели обрабатывались сухим азотом, благодаря чему диэлектрическая постоянная не превышала 2,0. Однако невозможность передавать сигналы акустического спектра на большие расстояния привела к тому, что в начале 20 века основанная Беллом телефонная компания АТТ предложила большую награду за решение этой проблемы.
В 1904 году патент на решение (и приз АТТ) получил сербский физик, профессор Колумбийского университета Михайло Пупин. Размещая на кабеле с определенным интервалом катушки индуктивности, ему удалось добиться существенного улучшения прохождения сигнала в диапазоне телефонных частот (0,3 – 3,4 кГц). Так называемые "катушки Пупина" по сути не устраняют "кабельную проблему", однако позволяют использовать кабели по назначению. Жертвуя динамическим диапазоном и полосой пропускания, удается добиться разительного увеличения расстояния, на которое можно передавать распознаваемую речь.
Сами по себе кабели с конца 19 века мало изменились. Подлинное решение проблем, связанных с акустическим спектром телефонного кабеля, так и не было найдено. Системы с использованием различных несущих (радио, цифровые) просто обходили эти проблемы, превращая сигнал в легко повторяемую последовательность импульсов. Благодаря этим системам стала возможной прокладка первого трансатлантического кабеля телефонной связи.
В начале 1960-х годов аудио индустрия начала устанавливать собственные стандарты. Шумные "симметричные 600-омные линии" стали пережитком еще до прихода стереофонии, а широкое распространение транзисторной техники в начале 1970-х привело к появлению "систем с повышением импеданса". Такие системы обладают высоким КПД, однако практически никак не борются с гашением и резонансами сигнала в кабелях. В результате качество сигнала терялось, причем проблема была связана не только с транзисторами – это было лишь одно из звеньев всей цепи. В погоне за простотой, совместимостью компонентов, динамическим диапазоном и экономностью конструкции из системы пришлось выкинуть систему управления кабельными резонансами – что привело к характерному звучанию, чрезмерно яркому и утомляющему при длительном прослушивании.
Осознание того факта, что кабели являются неотъемлемой частью "акустического уравнения", привело в начале 1970-х годов к многочисленным экспериментам, появлению различных кабельных "альтернатив" и оживленной полемике среди аудиофилов. К 1980-м годам стало ясно, что главная причина – отнюдь не в потерях, и что проводники оказывают существенное влияние на кабельные резонансы и общий характер звучания. Испытывались самые разнообразные варианты – тонкие бронзовые жилы с индивидуальной изоляцией, различные виды скруток и сплеток, цельные проводники различных форм из различных металлов. Влияние диэлектриков на сигнал удалось свести к минимуму, при этом были сделаны важные открытия в области кабельной геометрии.
В 1990-е стало больше внимания уделяться борьбе с такими явлениями, как резонансы, свойственные тем или иным металлам и диэлектрикам, микрофонный эффект, паразитные токи и другие составляющие комплексной картины под названием "передача акустического сигнала по кабелю". Для достижения приемлемого динамического диапазона (более 100 дБ) требуется тщательная проработка конструкции кабеля и его разъемов. Однако основная проблема все та же: диэлектрики не могут передавать заряд столь же быстро, как проводники передают сигнал, и с возникающей электрической турбулентностью не может справиться ни одна "система повышения импеданса".
К началу 21 века все кабельные "расклады" были известны, ключевые игроки рынка были поглощены производством, не забывая при этом и о теоретических исследованиях. В 2009 было доказано, что асимметричность заряда диэлектрика и его затухания вызывает волновые искажения, смещения по постоянному току, переходные помехи и потерю низкоуровневой информации. Возможно, именно поэтому значения диэлектрической постоянной колеблется в зависимости от частоты. Это один из ключевых фундаментальных вопросов, которые стоят в наши дни перед конструкторами аудиокабелей.
Скорость распространения сигнала в цельных и витых проводниках составляет не менее 127% по сравнению с лучшим цельным диэлектриком. "Уравновешивание" этой разницы – ключ, от которого зависит качество кабеля. Просто уменьшать "вовлеченность" диэлектрика или размещать катушки индуктивности на концах кабеля – не ответ. Только благодаря согласованию скорости распространения сигнала в проводнике с диэлектрической постоянной можно устранить резонансы и волновые искажения, не поступаясь полосой пропускания, динамическим диапазоном и естественностью звучания.
Представьте, что сигнал в кабеле – это лодка, входящая в канал на большой скорости. Вначале лодка разрезает поверхность воды и создает приличные волны. По мере движения лодки волны все более и более сглаживаются (построение заряда в диэлектрике), и по мере достижения лодкой скорости волны (скорости распространения сигнала) турбулентность убывает. Теперь лодка может идти на скорости волны, не создавая никакой турбулентности.
Согласование скорости распространения сигнала в проводнике с диэлектрической постоянной позволяет создать тихий акустический кабель, который будет передавать чистое и естественное звучание оригинального сигнала. Ведь даже детали с уровнем на -60 дБ ниже фундаментального сигнала влияют на звучание, и то, как передаются такие детали – показатель качества кабеля.