浅谈音频电缆

2019-09-11 20:26:46 183

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,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

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-Frequency Interference,

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。

电阻、容抗、感抗

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。