浅谈音频信号传输介质———音频电缆

诸葛鲧哥

浅谈音频信号传输介质———音频电缆
安徽人民广播电台
       根据音频信号的特性可分为模拟音频信号和数字音频信号，不管是音频设备之间的互连，还是音乐制作设备、声音回放设备的连接，都需要一种介质———音频电缆，它担负着音频数据的传输工作。根据传输音频信号的特性，音频电缆可分为模拟音频电缆和数字音频电缆，下面针对两者的特性和区别进行一定的阐述和分析。
       一、模拟音频电缆
       模拟音频电缆可分为传声器音频电缆、传输线路电缆和音箱电缆等。通常情况下，音频电缆的中心部分是导体，作为音频信号的载体；导体外层包裹着不导电的塑料或橡胶；再外层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；最外层外皮可以保护内部各层，使电缆经久耐用。模拟音频电缆一般使用铜线作导体，因为它造价低，导电性能好，比较柔韧，但是经常将铜线导体暴露在空气中会容易被氧化而变成不良导体氧化铜，影响电流的传导。 模拟音频电缆常使用典型的几种接插形式有卡侬口（XLR）、大三芯（1/4英寸）或莲花口（RCA）等。
       模拟音频电缆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，电容与电缆的电阻联合，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。
       二、数字音频电缆
       数字音频电缆用于传输 AES/EBU数字音频信号的实芯铜导体同轴电缆和单线对屏蔽双绞电缆，常用于 AES/EBU卡侬口（XLR）平衡传输的专业数字音频接口和S/PDIF数字音频接口。其特性参数：取样率为32kHz-192kHz；带宽为4.069MHz-24.5 MHz；速率为3.072Mb/s。数字音频电缆的规格：音频同轴电缆有RG11、RG6、RG59、miniRG59和RG179；音频双绞电缆有22AWG、24 AWG和26 AWG，其中RG6和22AWG的附表见表1，其他规格的技术要求表格参看中华人民共和国广播电影电视行业标准GY/T 224-2007。
双绞屏蔽电缆的优点是在传输距离较短时铺设较容易，与其它传输手段相比，投资相对较少，技术也较成熟，维护方便；其缺点是传输距离较远时频响较差。AES/EBU规定了长度在100 m以内数字音频信号的传送标准，信号源及与负载阻抗均应为110Ω。因为AES/EBU数字音频信号的频率高达6 MHz，电容和高频损耗将引起高频跌落，最后音频信号的边沿变圆，幅度降低，以至于接收器无法识别“1”和“0”，所以100 m以内采用110Ω平衡传输，如用100 m以上的传输电缆，则在电缆终端接收器上选加均衡器来提高传输效率，亦可使用非平衡式阻抗为75Ω的同轴音频电缆传输。
       数字音频信号通过数字音频双绞屏蔽线电缆的传输参考距离如表3所示：  
表中的数据是在下面所列数值的情况下得出的距离：最高允许的输出信号的振幅为2V；最低允许的输入信号的振幅为0.2Ｖ。
　　AES/EBU标准由于阻抗范围宽，电缆特性阻抗范围可以从88～132Ω，其中110Ω最为理想，双绞线应当进行屏蔽，如果是多线对电缆，每一组线对都应当单独屏蔽，一组线对可以传输两个通道的数字音频信号。大多数数字音频电缆使用发泡聚乙烯以使尺寸减至最小，标准的发泡聚乙烯很容易挤压，可能造成特性阻抗的改变，所以电缆制造商使用了一种特殊的发泡高密度聚乙烯，与标准的发泡绝缘体相比大大提高了耐冲击性能。
　　三、模拟和数字音频电缆之间的区别
　　模拟音频电缆可以用于数字音频信号传输，确切的长度由纠错性能和接收器的信号不稳定公差决定。大多数模拟音频电缆的特性阻抗为40～70Ω，阻抗波动并不会影响模拟音频的音质，而这对于数字音频信号就很可怕，数字音频信号是频率很高（高达6MHz）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阻抗匹配，整根电缆的阻抗必须保持一致，如AES/EBU电缆必须从一端到另一端显示恒定的110Ω阻抗。
　　如果用模拟音频电缆临时代替数字音频电缆会怎样呢？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；另外，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。
　　数字音频电缆用于模拟信号传输，由于数字电缆的电容极低，因此比模拟电缆更为优异。如BELDEN9180数字音频电缆。在传输音频信号时可比同类型模拟音频电缆在同样衰减的情况下多传30%的距离。
　　总之，在日常使用音频电缆传输音频信号时，需注意根据传输音频信号的特性和外界干扰的程度来选择不同类型的电缆，主要目的是保证高质量的传输音频信号。