时间:2024/1/28来源:本站原创作者:佚名
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音频接口可以将信号从一个组件传送到下一个组件。一个音频接口,一般会由源(输出)电路,电缆和负载(输入)电路几个部分组成。音频接口一般会分为有消费者版本(2线,非平衡)和专业版本(3线,平衡),主要区别在于其各种形式的抗电磁干扰的稳健性(图1)。那么,数字音频接口是否需要数字级音频线缆呢?由于增加电缆长度会对模拟和数字音频信号产生不利影响,因此大型系统需要使用平衡接口。一根电缆通常包含多根电线或导线;不平衡音频接口通常会设计两个导体,其中一个是屏蔽线。而平衡接口一般会设计三个导体,由双绞线和屏蔽线(通常称为“屏蔽双绞线”或简称STP)组成。因此,电缆本身就可以称为不平衡或平衡。于是我将这篇文章限制在对平衡接口和电缆的讨论中。平衡的模拟和数字接口需要不同的电缆吗?首先让我们先来聊一些基础话题。模拟音频接口模拟接口接口将信号转换为时变电压来传递,其形状必须由包括电缆的接口保留(图2)。假设输入和输出电路设计良好,那么电缆就会成为信号衰减的来源。电缆具有电学性质,其中电容往往是影响信号质量的关键因素。电缆电容具有随着频率增加而使信号短路的特性,这会导致信号的高频内容丢失。虽然这听起来很具破坏性,但消费者和专业产品的音频接口都旨在将电缆电容的影响推到可听频率范围之外。图1-不平衡和平衡的音频接口如果使用合适的电缆并保持合适的长度,理论上音频不会受到任何影响。但是电缆效应却不可能彻底消失,并且,对于“人类听觉的最高阈值”这一点,目前还没有确切统一的说法。因此,这也催生了“需要特殊电缆来保持模拟信号的保真度”这种玄学言论的出现。数字音频接口数字信号由沿着电缆流传输并在负载(输入)处恢复的数据包组成。AES3数字格式包括两个通过STP电缆单向传输的音频数据通道。与平衡模拟接口一样,电缆屏蔽仅用作屏蔽,不需要在信号源和负载之间传递信号。虽然模拟信号在任何特定时刻都可以呈现唯一值,但数字信号却只有两种状态。“位”可以是0,也可以是1。而数字音频目标就是在数字输入处保持这种区别。而电缆电容仍然存在,并且可以通过舍入位之间的转换来重新对信号进行塑形(图3)。图2-模拟音频波形具有复杂的形状,必须由音频接口来进行保留。模拟和数字信号之间的主要区别是带宽或频率范围。模拟音频波形包含大约20kHz的有用信息。而数字信号带宽可以很好地扩展到MHz(兆或数百万Hz)的区域。这是非常必要的,因为数据只有两种状态,因此必须流动许多位才能传输来自原始模拟波形的复杂信息。由于电缆电容引起的高频损耗会使数字波形的尖锐边缘变圆。但是在正常情况下,这种舍入对信号所携带的信息没有影响,因为零或一实际上是由转换或过零确定的。这意味着数字信号的线路远比模拟信号“不易损坏”,因为它不是音频,而是数据。这是数字音频相对于模拟的主要优势。图3-数字波形。信息由转换承载,因此波形的微小舍入不会降低数据完整性。外带线缆则不同,它不是模拟或数字的,它只是一种具有阻抗特性的电缆,可以重塑沿其传播的信号。随着电缆长度的增加,模拟和数字波形都受到电缆电容的影响。但是这两种接口类型在短距离内基本都不会出现太大问题的。额外注意事项数字音频的全有或全无的特性可以通过眼图测试来说明(图4)。这是一个特殊的分析仪,它覆盖了数字音频的数千位。噪声和抖动的影响会减小“眼睛”的大小,但只要它大于AES3的最小值,信号完整性就会得到保留。由于电缆电容是累积的,因此在某种程度上高频滚降会影响模拟和数字信号的完整性。特定于音频行业的数字音频格式,例如AES3和SPDIF,实际上是被设计的时候,是打算用于与模拟接口的。“老旧的25英尺麦克风电缆”可以传输数字音频而不会降级,因此数字信号不需要特殊的电缆(图5)。如果声音系统需要混合使用模拟和AES3数字设备,只要将模拟输出路由到模拟输入,将数字输出路由到数字输入,就可以为每个设备使用相同的电缆。简单为佳,这是开拓者们在发明专业和消费者数字音频接口和格式时的想法。图4-圆形数字脉冲看起来像眼睛。如果眼睛瘫痪太多,数据完整性就会丢失。具有讽刺意味的是,数字信号的长度过长对模拟信号的影响可能更大。让我们扩展两者的规则,并考虑英尺(米)的电缆线路。模拟信号会出现一些高频损耗,这取决于节目素材,可能会导致发出稍微“混乱”的声音。而如果失去1和0之间的区别,那么数字信号可能会彻底暴走或停止。在比较数字电视和模拟电视时,我们都经历过这一点。降级的模拟信号仍然是“可观看的”,而降级的数字信号会产生锁定,斑点和其他类型的混乱问题。“数字”,无论是音频还是视频,几乎都是一个全有或全无的原则。图5-25英尺的模拟级麦克风电缆(顶部)在眼睛测试中的表现与数字级STP(底部)相同。多长?对于模拟或数字音频,电缆的长度没有“硬性的限制”。可以肯定地说,不论是数字还是模拟,伸展英尺是没有问题的。但我可以向你保证,模拟信号仍然可以在那个距离上工作,尽管有一些可能会听到一些高频损耗。在该长度,数字信号不太可能包含可以恢复到连续波形的信息。我并没有推荐是模拟音频好还是数字音频好的意思,因为首先,你就不应该把线缆弄到英尺。不过,我随时都会将“泥泞的音频”这个说法修改为“无音频”。而外带线缆,对于短距离来说,你通常可以逃避有关布线的各种难题。在不到英尺(30米)的情况下,我不用担心电缆电容会破坏任何一种信号类型,但任何损耗都可能对模拟信号产生更大影响。随着接近专业数字音频的软“米限制”,电缆的属性成为一个更重要的因素,专门为数字音频设计的电缆可以提高接口的完整性。相同的电缆可以减轻模拟接口中的一些高频损耗。基本上,对于短距离来说没什么关系,对于长距离来说,一切都开始变得更加重要。特殊因素数字级专业音频电缆是低电容STP,在其设计的射频范围内,它会呈现特定阻抗。这通常为欧姆——与接口中的输入和输出阻抗相同。阻抗匹配减轻了可能破坏数据的源和负载之间的反射。保持这种阻抗匹配的重要性也会随着电缆长度而增加,并且当您接近数字格式的建议距离限制时,会变得更加重要。数字音频在其推荐的工作距离内使用时,对“电缆效应”非常不敏感,购买更昂贵的电缆也不会产生更好的声音。但是具有讽刺意味的是,类别电缆(例如,Cat-5和Cat-6)具有非常低的电容和欧姆的阻抗,并且是可用于AES3数字音频的出色电缆(图6)。虽然低成本Cat-5可能提供与数字级STP电缆类似的性能水平,但它在布线、卷绕和运输方面可能会非常非常麻烦。但对于固定安装,它是一种成本又低使用又便捷的数字信号传输方式,也适用于平衡模拟接口。向数字音频过渡的原因之一是在信号传输方面,数字传输可以将电缆从等式中脱离出来。虽然它没有完全实现这一点,但数字音频的二进制“全有或全无”性质意味着,损失的影响不再是灰色地带,也不会有那种有些电缆听起来比其他电缆“更温暖”或“更清洁”的情况出现。这意味着电缆根本不重要,等到它真的重要了的时候,你也会非常明显地意识到这一点。图6-数字STP和CAT5,均为英尺,通过眼睛测试,颜色鲜艳。同时,屏蔽双绞线数字级电缆旨在改善双绞线和屏蔽层之间的对称性,使平衡输入和输出更好地完成工作。当电缆长度接近米限制时,它并不昂贵并且变得越来越有帮助。由于良好的编织屏蔽数字电缆价格与良好的编织屏蔽模拟电缆相似,因此我在便携式系统中更喜欢使用数字电缆,通用于模拟和数字接口。数字级STP电缆可提供箔屏蔽,价格约为编织屏蔽数字级STP的一半,但成本远高于模拟箔屏蔽STP。廉价的铝箔屏蔽STP几十年来一直是安装声音的主要支柱,它适用于模拟接口,甚至是短距离的数字接口。因为铝箔STP价格便宜,所以它不会消失,这对于带有数字系统改装的模拟系统的大房间来说是一个问题,因此建议更换线路或者模拟设备(图7)。以下是关于此主题的内容总结:-平衡接口是模拟和数字信号的首选。-此距离限制是模拟信号衰减的梯度下行,也是数字信号衰减的下降。-虽然电缆本身不是“数字”,但当电缆设计为具有非常高的对称性、低电容和特定的RF阻抗时,电缆就会变成数字级。-对于长电缆,数字级STP是首选,因为它具有更好的对称性,更低的电容,并且价格与良好的模拟电缆相似。-箔片STP在市场上以及便携式和固定安装模拟系统中都非常常用。儿高电容使其不适合长距离电缆中的数字音频。图7-安装级箔片STP未通过眼睛测试。它不应该长时间用于数字音频。作为音频从业者的一个重要部分是知道什么东西在什么时候是重要的。对于模拟和数字接口,使用尽可能短的电缆运行来设计音响系统始终是一个好习惯。但越接近极限,对数字级编织或箔片STP的投资就会变得越来越合理。
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