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浅谈音频电缆及其相关问题
( 2013-1-9 )
不管是音乐制作设备还是声音回放设备,音频电缆一直是一个重要的部分,但是相当多的人并不重视它。这或短或长的线,有粗有细的芯,以及各种各样的接头,担负着音频数据的传输工作,而如果一套好的音乐回放设备,没有搭配一条合适的音频电缆,就不能达到最好的回放效果,有时甚至会“惨不忍听”。本文介绍了音频电缆及其相关问题,目的只有一个——使声音信号达到最佳传输效果。
      数字音频电缆
      一般来讲,因为许多数字音频电缆使用与模拟音频相同的接插件(如卡农口XLR,莲花口RCA等),不少人就用模拟电缆临时代替数字电缆。虽然也能凑合,但必须认识到这样做是非常错误的。
      模拟电缆和数字电缆有完全不同的阻抗要求,模拟电缆因为长度不同,在电缆各点上,阻抗在30到90欧姆之间变化,阻抗波动并不会影响模拟音频的音质。而这对于数字音频就很可怕,数字音频信号是频率很高(大约3MHz)的脉冲波,为了精确地传输信号,电缆必须与发送和接收设备匹配,整根电缆的阻抗必须保持一致。例如AES/EBU电缆必须从一端到另一端显示恒定的110欧姆阻抗,这也是AES/EBU电缆要比外表差不多的麦克风电缆昂贵许多的原因。
      如果用模拟电缆临时代替数字电缆会怎样呢?首先由于阻抗不匹配,电缆中将产生驻波反射,“污染”信号,使脉冲波的轮廓模糊。污染同样来自电缆的分布电容,它能降低电缆的高频响应,影响脉冲的上升时间。脉冲波形高、低电压的转换定义出信号的0和1,如果受到了不正确的阻抗和电容影响,脉冲信号被污染,接收端对信号的解读就会出现误差,出现时间上的前后偏移(叫做抖晃,Jitter),从而降低了音频的质量,甚至会出现错码。
      制作电脑音乐离不开音频电缆,它们没有麦克风、合成器、调音台、监听音箱等设备那样具有引人注目的外形,经常是一团乱麻一样铺得满地。一般用户对设备比较经心,对电缆比较马虎,接通就行了,不大注意质量。如果所有设备的水平普遍低下,电缆的不足还显不出来;如果工作室里的设备都很高级,劣质电缆就成了音质的“瓶颈”,大家将跟着它降级。这时对电缆投资更换就非常必要。
      模拟音频电缆大致可以分为3类:麦克风电缆,吉他/线路电缆和音箱电缆。通常情况下,音频电缆的中心部分是导体,是音频信号的载体。导体外部覆盖着不导电的塑料或橡胶,再外面是由导体构成的屏蔽层,它一方面隔绝外界的干扰,另一方面构成信号的地线(回路)。最外面一层外皮可以保护内部各层,使电缆经久耐用。音频电缆一般使用铜线作导体,因为它造价低,导电性好,比较柔韧。但是暴露在空气中的铜容易被氧化而变成不良导体氧化铜,影响电流的传导。
      模拟音频电缆使用典型的几种接插形式,麦克风通常使用卡农口(XLR),线路连接使用大三芯(1/4英寸)或莲花口(RCA),音箱电缆的接头经常是裸铜线,有时也用香蕉插头或其它插头。插头插座结合时,富有延展性的镀金层可以填充连接中的缝隙,保持最良好的连接。

  电缆的屏蔽要求
      许多种类的干扰会影响电缆内音频信号的传送,因此电缆需要有良好的屏蔽性能。常见的一类干扰来自无线电信号,英文为Radio- FrequencyInterference,简称RFI。电缆如果捡拾到无线电台发射的信号,经过放大电路时就可能被检波放大,混在音频信号之中造成干扰。屏蔽不好的电缆犹如一根天线,很容易被无处不在的电波干扰。RFI是一种电磁波,同属于电磁波干扰源的还有电动机线圈、荧光灯、霓虹灯等。另一类常见的干扰叫静电(Electrostatic)干扰,来自电火花、静电放电等。
      电缆中间的屏蔽层能够保护中心的导体免受上述几类干扰,但是屏蔽层对某些类型的电磁波无效,只能用平衡传送的方法来抵消它们(使两条导线捡拾同样的干扰,通过变压器让两个干扰信号的方向相反,达到互相抵消的目的)。屏蔽线主要用于麦克风、吉他、线路电缆,因为这些信号源的电平都比较低,必须加以扩大,在扩大信号的同时,混进去的干扰信号同样会被放大,造成严重的后果。
      音箱电缆传递高电平信号,相比之下干扰信号微不足道,所以不需要屏蔽,但是音箱电缆有它自己的要求。比如导线的电阻对于麦克风电缆不很重要,但音箱线要通过大电流,阻抗的问题就很突出,原则上是越短越粗越好。需要注意的是,有的音箱线端也装有大二芯或卡农插头,同麦克风线一样,有时甚至外表也差不多。但它们所用的电缆完全不同,一定不要混淆或用错。
      阻抗包括电阻、容抗、感抗,以欧姆为单位。电阻很好理解,各种材料的导电性不同,同一种材料也因为线径和长度的不同而具有不同的电阻。例如500英尺 16号线规的铜线电阻为4欧姆,线规号每增加或减小3号,电阻就加倍或减半。500英尺13号线规的铜线电阻为2欧姆,19号线规的电阻为8欧姆,以此类推。这么小的电阻变化对于音箱的影响相当大。音箱的阻抗一般在2至8欧,如果我们用一个4欧阻抗的音箱,电缆阻抗也是4欧,加起来就变成8欧,而且只有一半功率送到音箱,另外一半完全消耗在电缆中
      许多高质量的音箱电缆使用足够的线径(12到18AWG)和中等长度(少于100英尺),细算起来,即使使用18号线,电阻仍有1.3欧姆,线路上将有一些功率损失。在麦克风电缆中,容抗比电阻更成问题。中间隔着绝缘体的两个金属物体可以形成电容器,音频电缆的屏蔽层和内部导体正好就是这样的关系,因此整条电缆就形成一个大电容,以它的容抗阻挡交流电流的流动。
      根据电容的性质,频率上升会使容抗减小,然而这一电容与电缆的电阻联合,将形成低通滤波器,电缆越长截止频率点就越向下移,衰减越大。这是通常建议不用过长电缆的重要理由。导线的另一个属性是感抗。音频信号在导线中流通时产生随电压变化的磁场,物理学称为“自感”。这一磁场对信号的通过产生阻力,它随频率的降低而变小,与电阻、容抗交互作用将产生复杂的结果。
      在线路电平的电路中,由于电流弱,自感产生的磁场也不强;然而大电流信号(如扬声器信号)的磁场就强大得多。使用高质量的音箱电缆可以减少自感磁场,改善音质。