HDMIケーブルの構造

HDMIケーブルは正式には「ケーブルアセンブリー(Cable Assembly)」と呼ばれます。
ケーブルアセンブリーは、末端にプラグまたはコネクターが取付けられたケーブル加工品（一般的に言う「ケーブル全体」）のことを指します。

HDMIケーブルの「コネクター」

HDMIの規格上、５種類のコネクター（プラグ、端子）が存在します。

それぞれのコネクターには、「ピン」と呼ばれる「接点」が存在します。

コネクター	ピン数
Type A	19
Type B	29
Type C	19
Type D	19
Type E	19

片側のコネクターのピンと反対側のコネクターのピン同士はそれぞれケーブルを通して繋がっています。
そして一つ一つのピンには、様々な信号が伝送されます。
どのピンにどのような信号が伝送されるかは「Pin Assignment（ピンアサイン）」によって決められます。
例えば、Type A（タイプA）と呼ばれるコネクターのピンアサインは以下のように決められています。

全てのコネクターのピンアサインはこちら

ピン＃	HEAC非対応	HEAC対応
１	TMDS Data2+	TMDS Data2+
２	TMDS Data2 シールド	TMDS Data2 シールド
３	TMDS Data2-	TMDS Data2-
４	TMDS Data1+	TMDS Data1+
５	TMDS Data1 シールド	TMDS Data1 シールド
６	TMDS Data1-	TMDS Data1-
７	TMDS Data0+	TMDS Data0+
８	TMDS Data0 シールド	TMDS Data0 シールド
９	TMDS Data0-	TMDS Data0-
１０	TMDS Clock+	TMDS Clock+
１１	TMDS Clock シールド	TMDS Clock シールド
１２	TMDS Clock-	TMDS Clock-
１３	CEC	CEC
１４	Utility	Utility, HEAC+
１５	SCL	SCL
１６	SDA	SDA
１７	DDC,CEC グラウンド	DDC,CEC グラウンド,HEAC シールド
１８	+5V	+5V
１９	HPD	HPD, ,HEAC-

１９個のピンにはそれぞれ決められた信号が入出力されます。
HDMI機器同士をHDMIケーブルで接続して使用する（通信させる）には、この「１９本」のピン同士がケーブルを介して「結線」されている必要があります。
※HEAC非対応のケーブルでは、#14ピンが非結線の製品もあります。

HDMIケーブルの「ケーブル」と「接合部分」

HDMIケーブルの規格上、ケーブル部分の内部に関する規定や接合部分についての決まりはありません。
つまり、この部分が様々なケーブルや製造元であるメーカーによって異なります。

一般的には、先程の「ピンアサイン」から通信する信号の種別を把握し、その信号に適した「線材（せんざい）」を選択します。

そしてこれらの組み合わせが、ケーブル全体の「能力」と「価格」に大きく影響します。
この組み合わせが、「レシピ」のようなものになります。

一般的にケーブルメーカーが、HDMIケーブルのみを制作していることは極めてまれです。
HDMIケーブル自体の歴史が他のケーブルと比べてまだまだ浅いということもありますが、ほとんどのメーカーでは、HDMIが登場する前からケーブルメーカーとして、いろいろな種類のケーブルの生産に力を入れてきました。
それらの背景や経験によってそのメーカーが得意とする分野があります。
その結晶が「レシピ」となりますので、一般的に情報公開はされていません。

ケーブル

導体の素材

ケーブルの導体には、電気信号が流れるため「電気伝導率（electrical conductivity）」が高い素材が選択されます。
一般的にケーブルの導体には銅やアルミ、銀、金などの金属が使用されています。

それでは、なぜ「銅やアルミ、銀、金」などの金属が導体として選択されてるのでしょうか？

なぜ金属が導体として選ばれるのか？

小難しい話ですが、電気伝導の原理は、金属の内部に存在する「価電子（かでんし）」によって引き起こされます。

すべての物質は、最小単位である「原子（atom）」の集合体によって構成されています。
これらの原子は中心となる「原子核（atomic nucleus）」と、その周囲を常に回転している「電子（electron）」から成ります。
そして原子核は「陽子（proton）」と「中性子（neutron）」から成り立っています。
以下が、「陽子（赤）」、「中性子（黒）」、「電子（青）」のイメージ図です。
黒の線は電子が移動する軌道を表していますが、実際は定まった軌道を回っているわけではありません。

原子核の中にある陽子はプラス、電子はマイナスの電気を帯びています（帯電状態）。
この帯電状態の物質は電荷（でんか：electric charge）を持つといい、その大きさは「クーロン：C」と呼ばれる単位によって表されます。
ちなみに中性子は電荷を持ちません。

これらの「陽子」、「電子」、「中性子」の数は、原子によって異なります。
そして電子の構成（配置や数）は、原子（たとえば金属の種類など）によって異なります。
いずれの場合においてもイメージとして原子は「電子」を幾重（１重のときもある）にもまとうような構造になります。

ようやく最初の「価電子」について説明できますが、ざっくり説明すると「価電子」は、原子がまとっている電子のうちの一番外側に存在し、かつ「不安定」な状態の「電子」のことを指します。

すべての「電子」はマイナスの電気を帯びています。
そして「価電子」は電子のうちでも「不安定」な状態のものを指します。

原子の集合体である導体に電気が通ると、導体に「自由電子」が入ってきます。
この「自由電子」が「原子」の周りを廻っている「価電子」を押し退けます。
その結果「価電子」はそれまで廻っていた軌道から離れて「自由電子」となります。
この押し退けられた「自由電子」が別の「価電子」を押し退けていく連鎖が発生します。
この電子の「入れ替わり」が連鎖的に次々に起きることで「電子の流れ」となります。

電気をよく通すことで知られている「銅やアルミ、銀、金」などの金属の原子は、それぞれ少ない抵抗力で軌道から離れることができる価電子を「１つ」持っており、強力な連鎖反応を引き起こすことが出来ます。

導体の伝導率を考える上で「オームの法則（Ohm’s Law）」は基礎となります。

「オームの法則」では、導体の2点間の電位差が、その2点間に流れる電流に比例することを主張しています。
このとき比例係数として考慮すべきものが導体の「電気抵抗（electric resistance）」となります。

この「抵抗」と「伝導」は相反するものになります。
抵抗が低いとより多くの電子を伝導することができ、抵抗が高いと伝導できる電子は少なくなります。

導体が１つの物質のみで構成され、その断面積が一定かつ一定の電流が流れている場合、
その物質の抵抗率は「プイエの法則（Pouillet’s Law）」によって導き出すことが出来ます。

プイエの法則では、同じ物質で導体が出来ている場合、
１．導体が短い方が抵抗が小さくなる（電気を通しやすい）。
２．導体の断面積が大きい（太い）方が抵抗が小さくなる（電気を通しやすい）。
としています。

「抵抗率」は、一般的に「Ω･m」で表され、記述として「ρ」が用いられます。
※オーム（ohm、記号:Ω）
「伝導率」は、一般的に「S/m」で表され、記述として「σ」が用いられます。
※ジーメンス（siemens、記号:S）

ρはσの「逆数（σ＝1/ρ）」として定義されています。

以下が20℃の状態におけるざまざまな物質の「電気抵抗率」と「電気伝導率」をあらわした表です。
電気抵抗は、温度によっても変化します。

物質		電気抵抗率 ρ（Ωm）	電気伝導率 σ（S/m）
Silver	銀	1.59×10-8	6.30×107
Copper	銅	1.68×10-8	5.96×107
Annealed Copper	焼きなまし銅	1.72×10-8	5.80×107
Gold	金	2.44×10-8	4.10×107
Aluminium	アルミニウム	2.82×10-8	3.5×107
Calcium	カルシウム	3.36×10-8	2.98×107
Tungsten	タングステン	5.60×10−8	1.79×107
Zinc	亜鉛（あえん）	5.90×10−8	1.69×107
Nickel	ニッケル	6.99×10−8	1.43×107
Lithium	リチウム	9.28×10−8	1.08×107
Iron	鉄	9.71×10−8	1.00×107
Platinum	白金（プラチナ）	10.6×10−8	0.943×107
Tin	錫（すず）	10.9×10−8	0.917×107

電気抵抗の基準として、1913年に国際電気標準会議（IEC、International Electrotechnical Commission）によってIACS（International Annealed Copper Standard）が制定されました。
この規格によって国際的に採択された焼きなまし標準軟銅の「体積抵抗率: 1.7241×10^-8 Ωm」を、「100%IACS」として規定しています。

導体の直径

導体の断面積（直径）が大きければ、より多くの電子を伝導することが出来る点についてはご理解いただけたかと思います。
次に、この「直径（断面積）」について規格があるかという点です。

ほとんどのケーブルメーカーでは、線材に使用する導体の直径の基準に「AWG（American Wire Gauge：米国ワイヤー・ゲージ規格）」を用いています。
この背景には、EIA、TIA、ANSIなど、AWGのゲージ数が指定されている規格が多々存在するため、AWGが業界基準になっていることに起因します。

下表がAWGの抜粋です。
抵抗値は「100%IACS」を基に算出しています。
AWG#37以上のケーブルも存在しますが、AWGのゲージ数が大きくなるほど導体の直径（断面積）は小さくなります。

AWG	直径 (mm)	断面積 (mm2)	抵抗 (Ω/km)	直径 (inch)
4/0	11.68	107.2	0.1608	0.46
3/0	10.4	85.03	0.2028	0.4096
2/0	9.266	67.43	0.2557	0.3648
0	8.251	53.48	0.3224	0.3249
1	7.348	42.41	0.4066	0.2893
2	6.544	33.63	0.5127	0.2576
3	5.827	26.67	0.6464	0.2294
4	5.189	21.15	0.8152	0.2043
5	4.621	16.77	1.028	0.1819
6	4.115	13.3	1.296	0.162
7	3.665	10.55	1.634	0.1443
8	3.264	8.366	2.061	0.1285
9	2.906	6.634	2.599	0.1144
10	2.588	5.261	3.277	0.1019
11	2.305	4.172	4.132	0.09074
12	2.053	3.309	5.211	0.08081
13	1.828	2.624	6.571	0.07196
14	1.628	2.081	8.285	0.06408
15	1.45	1.65	10.45	0.5707
16	1.291	1.309	13.17	0.05082
17	1.15	1.038	16.61	0.04526
18	1.024	0.823	20.95	0.0403
19	0.9116	0.6527	26.41	0.03589
20	0.8118	0.5176	33.31	0.03196
21	0.7229	0.4105	42	0.02846
22	0.6438	0.3255	52.96	0.02535
23	0.5733	0.2582	66.78	0.02257
24	0.5106	0.2047	84.21	0.0201
25	0.4547	0.1624	106.2	0.0179
26	0.4049	0.1288	133.9	0.01594
27	0.3606	0.1021	168.9	0.0142
28	0.3211	0.08098	212.9	0.01264
29	0.2859	0.06422	268.5	0.01126
30	0.2546	0.05093	338.5	0.01003
31	0.2268	0.04039	426.9	0.008928
32	0.2019	0.03203	538.3	0.00795
33	0.1798	0.0254	678.8	0.00708
34	0.1601	0.02014	856	0.006305
35	0.1426	0.01597	1079	0.005615
36	0.127	0.01267	1361	0.005

導体の条件

HDMIの導体において、重要な条件は冒頭の「ピン」にあります。
導体の「素材自体の抵抗が少なく」、「断面積が広い」状態が、理想的な導体であることは、ここまでの説明でご理解いただけたことと思います。
一見、導体が太ければ太いほど理想的なように感じられるかもしれませんが、HDMIのコネクターは「小型化」を推進して策定されており、そのコネクターに存在するピンは極めて小さく出来ています。
ピンのサイズはコネクタータイプによって異なりますが、コネクター自体のサイズが小さいほどピンの大きさも小さくなる傾向にあります。

タイプAのピン

タイプAのコネクターは、ピンを「1mm」間隔で配置することが仕様で決められています。
※規格上は、ピンの中心と反対側のピンの中心の間隔が「0.5mm」と定められています。
内部では、各ピンが曲げられており「レセプタクル（メス）」と確実に接触するように「バネ」のような構造になっています。
余談ですが、下段のピンの18番ピンのみが他のピンと比べて「1mm」ほど奥まった場所に配置されています。
これは、18番ピンにアサインされている「＋５V」の接続（接触）が、必ず他の全てのピンの接続が終わった状態でのみ行われるようにしているからです。
タイプAでは、ピンがレセプタクルと接触する部分は「0.3mm」にすることが決められています。

タイプCのピン

タイプCのコネクターは、ピンを「0.4mm」間隔で配置することが仕様で決められています。
タイプA同様、18番ピンのみが他のピンと比べて奥まった場所に配置されています。
タイプCでは、ピンがレセプタクルと接触する部分は「0.12mm」にすることが決められています。

タイプDのピン

タイプDのコネクターは、ピンを「0.4mm」間隔で配置することが仕様で決められています。
※規格上は、ピンの中心と反対側のピンの中心の間隔が「0.2mm」と定められています。
タイプDでは、「18番ピン」ではなく「19番ピン」のみが他のピンと比べて「0.5mm」ほど奥まった場所に配置されています。
※タイプDではピンアサインが他のコネクターとは若干異なります。
タイプDでは、ピンがレセプタクルと接触する部分は「0.2mm」にすることが決められています。

コネクターとケーブルの「接合部分」

各コネクターとケーブル部分は、人の手によって「はんだ付け」されます。
HDMI規格では、ケーブルと接続する側のコネクターの仕様の規定はありません。
様々な種類のコネクターが実際存在します。

これらは、様々な要素によってメーカー側で選択（レシピのひとつ）されます。

導体の種類

導体の断面積が大きければ、電気抵抗を少なくすることが出来ます。
ケーブルの導体は、大きく分けて「２種類」の構成で製作されています。

単線

１本の「導線」で構成された導体を「単線」と呼びます。

撚り線

複数の「導線」を束ねそれらを「ねじり合わされた」状態で構成した導体を「撚り線」と呼びます。